河南神火昌平礦水文地質(zhì)類型劃分及突水因素分析

李科花，胡 盛

（河南省煤田地質(zhì)局四隊(duì)，河南平頂山467000）

河南神火昌平礦水文地質(zhì)類型劃分及突水因素分析

李科花*，胡 盛

（河南省煤田地質(zhì)局四隊(duì)，河南平頂山467000）

禹州神火昌平礦業(yè)有限公司所采煤層埋深淺，區(qū)內(nèi)采空區(qū)較多，水文地質(zhì)類型復(fù)雜。礦井的充水水源為大氣降水、地下水和采空區(qū)積水。礦井主要水害是滯留于采空區(qū)的老空水，但太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙水、太原組下段灰?guī)r和寒武系灰?guī)r巖溶裂隙水、斷層水也不容小覷。最后指出在礦井的生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程操作，取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施，做到大水不淹井、小水不淹面，明確責(zé)任，分工負(fù)責(zé)，杜絕水害傷亡事故。

水文地質(zhì)類型；突水因素分析；老空區(qū)；禹州神火昌平礦業(yè)有限公司

禹州神火昌平礦業(yè)有限公司批準(zhǔn)開采二1、一4煤層，生產(chǎn)規(guī)模15×104t∕a。礦井采用一對(duì)斜井開拓。先期只開采二1煤層，采煤方法采用走向長(zhǎng)壁后退式放頂煤采煤法，通風(fēng)方式采用中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)。礦井正常涌水量40.67m3/h，最大涌水量90.82m3/h[1]。

1 地質(zhì)概況

礦區(qū)東距禹州市37km，南距磨街鄉(xiāng)1.5km，為低山丘陵地貌，屬淮河流域沙穎河水系，區(qū)內(nèi)沒(méi)有河流和水庫(kù)等地表水體，沖溝為區(qū)內(nèi)排泄地表水的主要途徑。平時(shí)無(wú)地表水流，雨季可匯集成暫時(shí)性水流或山洪，總體流向自西南流向東北。該區(qū)為暖溫帶大陸性半干旱氣候，氣溫適中，四季分明，降水多集中在每年的6～9月份，其降水量占全年的70%；年最大降水量為1235.5mm，年最小降水量為430mm，年平均降水量719mm；最大年蒸發(fā)量為1847.80mm。

1.1 地層

區(qū)內(nèi)賦存地層由老至新依次為古生界寒武系上統(tǒng)鳳山組（∈3f）、石炭系上統(tǒng)本溪組（C2b）和太原組（C2t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）和下石盒子組（P1x）和新生界第四系(Q)。本區(qū)范圍內(nèi)出露地層為二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組。主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組（C2t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s），含煤（包括煤線）7層，可采煤層2層，即礦山開采的二1煤層、一4煤層。

1.2 構(gòu)造

本區(qū)基本構(gòu)造形態(tài)為地層走向42°，傾向132°，傾角15°的單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)斷層不發(fā)育。礦區(qū)東南部邊界發(fā)育1條祖師廟斷層，走向37°，傾向307°，傾角71.5°，落差270m，礦區(qū)構(gòu)造詳見圖1。

圖1 礦區(qū)構(gòu)造綱要圖

2 水文地質(zhì)特征

2.1 主要含水層

依據(jù)本區(qū)地層巖性、含水層的富水程度、地下水的埋藏條件，對(duì)開采煤層影響較大的含水層由老到新劃分為：寒武系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、太原組下段灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、二1煤層頂板砂巖裂隙含水層。

（1）寒武系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層。為二1、一4煤層間接充水含水層。主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，厚度大，在區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面以上，溶洞和裂隙較發(fā)育，鉆孔漏水率達(dá)50%，但深部富水性弱。鉆孔涌水量0.00767～3.85L/（s·m），滲透系數(shù)0.00281～47.62m/d，恢復(fù)水位迅速，屬?gòu)?qiáng)含水層[2]。

（2）太原組下段灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層。該含水層是二1煤層間接充水含水層，為一4煤層直接充水含水層，為L(zhǎng)1-L4石灰?guī)r組成，含水層厚10.88～21.62m，一般15.00m，厚度穩(wěn)定。石灰?guī)r裂隙、巖溶較發(fā)育，多被方解石充填，鉆孔漏水較多，深部裂隙、巖溶發(fā)育程度銳減。鉆孔單位涌水量0.000424～2.07L/（s·m），滲透系數(shù)0.00301～19.49m/d。

（3）太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層。該層為二1煤底板直接充水含水層，為一4煤層間接充水含水層。由L7-L11灰?guī)r組成，該組含水層厚度7.89～21.40m，一般厚15.00m。其中L8-L9石灰?guī)r最為發(fā)育，厚度占含水層厚度的90%左右。巖溶裂隙不太發(fā)育，富水性弱，但極不均一。鉆孔單位涌水量0.0000732～0.0166L/（s·m），滲透系數(shù)0.000446～0.213m/d。

（4）二1煤頂板砂巖孔隙裂隙承壓含水層。系指二1煤以上60m范圍內(nèi)的中、粗粒砂巖含水層，厚度11.27～21.88m，其中以大占砂巖和香炭砂巖為主，含弱孔隙裂隙承壓水。裂隙不太發(fā)育，鉆孔漏水少，鉆孔單位涌水量0.000346～0.072L/（s·m），滲透系數(shù)0.00178～0.715m/d。

2.2 主要隔水層

區(qū)內(nèi)各含水層之間，均含有相對(duì)隔水層。石炭系本溪組鋁質(zhì)泥巖、太原組中段隔水層、二1煤層底部隔水層。在正常的地質(zhì)條件下，這些相對(duì)隔水層可以阻隔各含水層組之間的水力聯(lián)系，但由于巖相變化、斷層及裂隙的破壞，以及采掘活動(dòng)的影響，若水壓太大時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生水力聯(lián)系，依據(jù)區(qū)內(nèi)主要可采煤層及水文地質(zhì)條件，重點(diǎn)對(duì)二1煤層以下隔水層加以敘述：

（1）本溪組隔水層。巖性主要為淺灰色鋁土質(zhì)泥巖和鋁質(zhì)巖，具鮞狀及豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。下部夾紫紅色“山西式”鐵礦，含鮞粒、豆粒和赤鐵礦，厚約10.00m，正常情況可阻隔太原組下段巖溶裂隙水與寒武系巖溶裂隙水含水層之間的水力聯(lián)系，但在隔水層薄弱地帶兩含水層有一定的水力聯(lián)系。

（2）太原組中段隔水層：主要由砂質(zhì)泥巖和泥巖組成，厚19.20m左右，為太原組下段、上段灰?guī)r含水層之間的隔水層，隔水性較好。

（3）二1煤層底部隔水層。太原組灰?guī)r頂部至山西組下部二1煤層之間，厚0～17.27m，平均厚度為8.37m，主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖，抗拉強(qiáng)度0.44～1.77MPa。正常情況為良好的隔水層。但當(dāng)?shù)V井開拓時(shí)，在礦山壓力和底板含水層承壓水頭壓力的共同作用下，在遇煤層底板薄弱處，可能失去隔水作用，而發(fā)生底板突水。

3 充水因素分析

礦井充水特點(diǎn)及充水強(qiáng)度（礦井水的涌入方式、水量大小和動(dòng)態(tài)）取決于礦床充水條件[3],只有查明礦井的充水條件，才能提出正確的防治措施。

3.1 充水水源

根據(jù)該礦所處地質(zhì)條件和煤層的埋藏深度，礦井的充水水源為大氣降水、地下水和采空區(qū)積水。

（1）大氣降水。大氣降水對(duì)礦井充水的主要影響是當(dāng)形成一定規(guī)模的采空區(qū)后，引起地表變形而形成的地裂縫，大氣降水沿地裂縫進(jìn)入礦井而使礦井涌水量增大。在未來(lái)的采礦活動(dòng)中大氣降水是礦井充水的水源。另一方面，大氣降水多集中在8、9、10月份，大氣降水對(duì)地表水、地下水等具有補(bǔ)給作用，從而是雨季之后礦井涌水量增大，詳見圖2。

圖2 礦井涌水量與降雨量相關(guān)曲線圖

（2）地下水。進(jìn)入礦井的地下水主要來(lái)自開采煤層頂、底板直接充水含水層中地下水。

二1煤層頂板直接充水裂隙含水層一般富水性弱，進(jìn)入礦井的方式主要為淋水、滴水，正常情況下對(duì)礦井涌水量影響不大。

太原組上段灰?guī)r含水層是二1煤層底板直接充水含水層，同時(shí)也是一4煤層頂板直接充水含水層，富水性中等，是目前礦井涌水量中的主要組成部分。

太原組下段灰?guī)r含水層是一4煤層底板的直接充水含水層，富水性中等，是開采一4煤層時(shí)礦井充水的主要含水層。

寒武系上統(tǒng)巖溶裂隙含水層為二1、一4煤層底板間接充水含水層，正常情況下對(duì)開采二1煤層影響不大，對(duì)開采一4煤層影響較大。

（3）采空區(qū)積水。礦井淺部存在采空區(qū)，它往往積水較多，在其附近進(jìn)行采礦活動(dòng)時(shí)，積水來(lái)勢(shì)兇猛，對(duì)安全產(chǎn)生構(gòu)成威脅。

3.2 充水通道

（1）砂巖裂隙。開采初期，地下水通過(guò)頂板的裂隙以滲水的形式充水，回采冒落后則多以淋水的形式充水。

（2）灰?guī)r巖溶裂隙。巷道掘進(jìn)和煤層開采揭露或接近底板含水層時(shí)，在高水頭壓力作用下，地下水通過(guò)巖溶裂隙或底鼓突水的形式向礦井充水。

（3）斷層。斷層導(dǎo)水通道以兩種形式導(dǎo)致礦井涌水或突水。

①斷層帶以涌水或突水的形式向礦井充水。斷層破壞了上、下不同含水層之間隔水層的隔水性能，在垂向上溝通了不同含水層相互之間的水力聯(lián)系。礦井疏排時(shí)，在高水頭壓力和礦壓作用下，斷層導(dǎo)水性不斷加強(qiáng)，致使地下水通過(guò)斷層帶向礦井涌水或突水。一旦與強(qiáng)含水層溝通，極易造成淹井，對(duì)礦井威脅較大。

②斷層對(duì)口部位向礦井涌水或突水，因斷層錯(cuò)動(dòng)，致使煤層的直接充水含水層與其它強(qiáng)含水層對(duì)接，使得強(qiáng)含水層中的地下水通過(guò)斷層直接或間接向礦井涌水或突水，如不采取有效措施，將會(huì)發(fā)生災(zāi)害性事故。

4 充水現(xiàn)狀

4.1 礦井突水情況

2010年7月，礦井開采二1煤層時(shí)，發(fā)生突水事故，井下煤幫出水，造成井下巷道淹沒(méi)930m。突水水源不詳，初步分析可能為老空水，但也有可能是寒武系白云質(zhì)灰?guī)r水通過(guò)祖師廟斷層導(dǎo)水裂隙帶突水淹井。

4.2 礦井涌水量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)2011年10月～2012年9月的礦井涌水量觀測(cè)資料，涌水量12.56～90.82m3/h，年平均40.67m3/d，詳見表1。

表1 礦井涌水量統(tǒng)計(jì)表

5 礦井水文地質(zhì)類型

根據(jù)礦井受采掘破壞或影響的含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量或者突水量分布規(guī)律、礦井開采受水害影響程度以及防治水工作難易程度，礦井水文地質(zhì)類型劃分為簡(jiǎn)單、中等、復(fù)雜、極復(fù)雜4種[4]。

按分類依據(jù)就高不就低的原則，根據(jù)礦井水文地質(zhì)類型劃分的6個(gè)指標(biāo)8項(xiàng)內(nèi)容，確定本礦井的水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型，詳見表2。

6 突水因素分析

礦井主要水害類型是老空區(qū)積水、斷層水、太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙水、太原組下段灰?guī)r和寒武系灰?guī)r巖溶裂隙水及二1煤層頂板水。

（1）老空水。礦井主要水害是滯留于采空區(qū)的老空水，一旦透水，往往具有突水迅猛，水量大，具有強(qiáng)大沖潰力，破壞性很大，極易造成淹井事故。如2010年7月，井下煤幫出水，造成井下巷道淹沒(méi)930m，可能為老空水。

（2）斷層水。斷層破壞了上、下不同含水層之間隔水層的隔水性能，溝通了不同含水層相互之間的水力聯(lián)系，致使地下水通過(guò)斷層帶向礦井涌水或突水。一旦與強(qiáng)含水層溝通，極易造成淹井，對(duì)礦井威脅較大。應(yīng)特別注意防范斷層水。

（3）二1煤層頂板水。煤層頂板水雖然是主要的突水水源，但就其量而言對(duì)礦井威脅不大，在巷道設(shè)計(jì)、掘進(jìn)和回采時(shí)，應(yīng)保證煤層頂板水能夠自行流出。

（4）太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙水。帶有一定的承壓性，且往往通過(guò)斷層帶與上寒武系地下水有一定的水力聯(lián)系，對(duì)礦井充水影響較大，有時(shí)會(huì)造成淹井事故。

（5）太原組下段灰?guī)r和寒武系灰?guī)r巖溶裂隙水。帶有一定的承壓性，且易通過(guò)斷層帶或隔水層薄弱帶與上寒武系地下水有一定的水力聯(lián)系，對(duì)礦井充水影響較大，極易造成淹井事故。

表2 水文地質(zhì)類型劃分依據(jù)一覽表

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，可知礦井突水與諸多因素有關(guān)，并且是這些因素相互作用的結(jié)果。因此在礦井的生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照《煤礦防治水規(guī)定》和《煤礦防治水工作條例》安排探放水工程，防治老空水。同時(shí)要專門研究礦井水害，編制相應(yīng)的專項(xiàng)防治水設(shè)計(jì)，以避免因水文地質(zhì)工作給礦井帶來(lái)的損失。堅(jiān)決貫徹“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探，先探后掘、先治后采”的原則，采取防、堵、疏、排、截得綜合治理措施，做到大水不淹井、小水不淹面，明確責(zé)任，分工負(fù)責(zé)，杜絕水害傷亡事故。

[1]王貴和,原偉強(qiáng)，等.禹州神火昌平礦業(yè)有限公司礦井水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告[R].河南省煤田地質(zhì)局四隊(duì)，2012.

[2]高生，張鵬，等.禹州神火集團(tuán)昌平礦業(yè)有限公司瞬變電磁勘探工程地質(zhì)報(bào)告[R].中國(guó)煤炭地質(zhì)總局物測(cè)隊(duì)，2012

[3]刑會(huì)安，盧全生，原連成.九里山礦本部水大原因分析及對(duì)策[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2008（11）:31.

[4]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2009:109.

TD74

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1004-5716(2015)11-0134-04

2014-03-07

2014-03-25

李科花（1984-），女（漢族），河南鄭州人，工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)技術(shù)管理與研究工作。