礦井水文地質(zhì)類(lèi)型劃分及涌水量預(yù)測(cè)

任波

摘 要：本文以地質(zhì)勘察資料依據(jù)，通過(guò)理論分析與水文地質(zhì)比擬法，主要從礦井水文地質(zhì)類(lèi)型劃分及礦井涌水量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行分析。得出以下結(jié)論：1、3號(hào)煤水文地質(zhì)類(lèi)型為中等，15號(hào)煤水文地質(zhì)類(lèi)型為復(fù)雜。2、3號(hào)煤層采動(dòng)后礦井涌水量為170～340m3/d，為井下防治水工作提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)比擬法；水文地質(zhì)類(lèi)型；礦井涌水量

中圖分類(lèi)號(hào)：P641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.礦井概況

某礦井位于山西省陽(yáng)城縣芹池鄉(xiāng)北1km處，隸屬陽(yáng)城縣芹池鎮(zhèn)管轄。井田面積4.5km2，生產(chǎn)能力礦井生產(chǎn)能力600kt/a。礦井批準(zhǔn)開(kāi)采3#、15#煤層，井田內(nèi)無(wú)地質(zhì)構(gòu)造。礦井由兩個(gè)聯(lián)辦煤礦兼并重組而成，井田范圍內(nèi)存在大面積采空區(qū)，主要分布在3號(hào)煤層，聚有一定的積水。山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)小西煤業(yè)有限公司位于井田東北部，無(wú)越界開(kāi)采，井田邊界有大面積采空區(qū)，礦井涌水量為120～ 144m3/d，山西陽(yáng)城伯附煤炭有限責(zé)任公司位于本井田東側(cè)，井田面積3.192km2，批準(zhǔn)開(kāi)采3號(hào)煤層3號(hào)煤層現(xiàn)涌水量為160～264m3/d。山西沁水石店煤業(yè)有限公司位于本井田西側(cè)，單獨(dú)保留礦井，井下一般礦井涌水量100m3/d，最大120m3/d，礦井于2015年投產(chǎn)，目前已回采3個(gè)工作面，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，井田西側(cè)采空區(qū)最大，并有大量積水。

2.礦井水文地質(zhì)評(píng)價(jià)

井田內(nèi)水文地質(zhì)條件對(duì)礦井安全生產(chǎn)具有重要意義，是防治水工作的基礎(chǔ)。本文從礦井水文地質(zhì)條件、地下水的補(bǔ)給與排泄條件、礦井充水影響因素及礦井地質(zhì)構(gòu)造四方面出發(fā)，對(duì)礦井水文地質(zhì)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。

2.1 井田水文地質(zhì)條件

由于本文主要分析的礦井水文地質(zhì)條件主要涉及含水地層、隔水層，因此本文依據(jù)井田內(nèi)分布含水層的時(shí)代、巖性、地下水類(lèi)型等，歸納總結(jié)了礦井區(qū)域內(nèi)水文地層特征。

含水地層主要是松散含水層，屬第四系，主要有土黃色黏土、亞黏土及砂和礫石，井田區(qū)域內(nèi)廣泛分布，滲透系數(shù)為218.4m/d；風(fēng)化裂隙含水層位于上石盒子組，屬二疊系，平均巖石厚度235m，主要由灰白色砂巖、紫紅色泥質(zhì)巖組成，單位涌水量為0.115L/s·m。滲透系數(shù)為0.52m/d，地下水類(lèi)型屬于潛水；碳酸鹽巖溶裂隙含水巖位于太原組下方，屬石炭系，平均巖石厚度78m，主要由粉砂巖、砂質(zhì)泥巖組成，裂隙發(fā)育，單位涌水量為0.02L/s·m，滲透系數(shù)為0.152m/d。地下水類(lèi)型為承壓水；碳酸鹽巖巖溶含水層，地層屬奧陶系，主要分布在峰峰組和上馬家溝組，由角礫狀泥灰?guī)r、石灰?guī)r組成，單位涌水量0.103L/s·m，滲透系數(shù)0.144m/d，地下水類(lèi)型為承壓水。

隔水地層主要是太原組底部泥質(zhì)砂巖，平均厚度20.29m左右，裂隙發(fā)育和石炭系、二疊系之間灰?guī)r巖石厚度在50m～79m之間，巖性致密，不透水。

井田內(nèi)奧灰?guī)r溶水由北西向南東逕流，水位標(biāo)高701m～703m。3、15號(hào)煤層局部區(qū)域低于奧灰水位，煤層開(kāi)采屬于帶壓開(kāi)采。

2.2 地下水的補(bǔ)給與排泄條件

松散含水層主要接受大氣降水補(bǔ)給。風(fēng)化裂隙含水層與碳酸鹽巖溶裂隙含水層，由于隔水層阻斷作用，大氣降水和地表水對(duì)地下水影響不大，地下水流方向由北西至南東。碳酸鹽巖巖溶含水層屬奧陶系，主要受地表水滲透補(bǔ)給作用，地下水向東南方向延河排泄。

2.3 礦井充水因素分析

依據(jù)井田水文地質(zhì)及開(kāi)采范圍，礦井充水主要受大氣降水、地表水、地下水采空區(qū)及地質(zhì)構(gòu)造5個(gè)方面影響。

（1）大氣降水對(duì)礦坑充水的影響

礦區(qū)位于山西省陽(yáng)城，屬于大陸季風(fēng)氣候，每年7、8、9三個(gè)月雨水量較大，屬豐水期，期間礦井最大涌水量為160.8m3/d，枯水期為每年的10月至來(lái)年4月，最小涌水量為50m3/d；每年的5、6月為平水期，涌水量為79.2m3/d。上述統(tǒng)計(jì)資料表明：礦井涌水量變化與降雨量變化一致，礦井涌水量主要影響因素為大氣降水。

（2）地表水體對(duì)礦坑充水的影響

井田內(nèi)風(fēng)化裂隙含水層與碳酸鹽巖溶裂隙含水巖層，巖石裂隙發(fā)育，局部有小型斷層，同時(shí)3號(hào)煤層工作面回采，導(dǎo)致煤層頂板受到應(yīng)力擾動(dòng)破壞，進(jìn)一步加劇巖石破壞，形成了地表水導(dǎo)水通道。

（3）地下水對(duì)礦坑充水的影響

3號(hào)煤層充水水源：3號(hào)煤層上方風(fēng)化裂隙含水層和碳酸鹽巖溶裂隙含水層，主要巖性為砂巖，裂隙發(fā)育。同時(shí)由于工作面回采，上覆巖層在開(kāi)采應(yīng)力擾動(dòng)下形成了裂隙帶，從而將地下水導(dǎo)入工作面，導(dǎo)致工作面涌水量迅速增大。15號(hào)煤層充水水源：主要受奧陶系巖溶含水層突水影響和碳酸鹽巖溶裂隙含水層。但隔水層地質(zhì)巖性較好，灰?guī)r巖石厚度在50m～79m之間，巖性致密，不透水，具有良好隔水作用，因此碳酸鹽巖溶裂隙含水層對(duì)15號(hào)煤涌水影響不大。

（4）采空區(qū)積水對(duì)礦井充水的影響

礦井由兩個(gè)聯(lián)辦煤礦兼并重組而成，井田范圍內(nèi)存在大面積采空區(qū)，主要分布在3號(hào)煤層，其中3號(hào)煤層采空區(qū)，有3處采空區(qū)積水，小窯破壞區(qū)位于井田北部淺埋區(qū)，有1處采空區(qū)積水，積水面積2554m2。積水量1.68萬(wàn)m3。井田中部和南部各有1處采空區(qū)積水，屬于兼并重組前礦井開(kāi)采形成的古采空區(qū)，積水面積分別是2554m2、3242m3，總積水量1.68萬(wàn)m3。另一方面，礦井四鄰都出現(xiàn)不同程度、不同面積的采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)積水量不清楚，對(duì)礦井生產(chǎn)造成了嚴(yán)重威脅。

3.地質(zhì)構(gòu)造對(duì)礦井充水的影響

礦井地形西北高，東南低，屬于單斜構(gòu)造，傾角4°～6°。井田內(nèi)大型斷層一條，落差近15m，傾角60°，小型斷層較多，斷層落差在3m～5m之間。井田內(nèi)無(wú)井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)陷落柱和巖漿巖侵入，井田地質(zhì)構(gòu)造類(lèi)型屬于簡(jiǎn)單。實(shí)際采掘經(jīng)驗(yàn)表明，巷道掘進(jìn)穿過(guò)斷層時(shí)，巷道頂板淋水較大，同時(shí)礦井涌水量增大。

3.1 礦井水文地質(zhì)類(lèi)型

礦井水文地質(zhì)類(lèi)型劃分主要依據(jù)：井田區(qū)域水文地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造、地下水補(bǔ)給和井田地質(zhì)構(gòu)造。

井田3號(hào)煤層充水為裂隙含水層，處于工作面上方裂隙帶內(nèi)，受工作面采掘影響較大。隔水層裂隙發(fā)育，同時(shí)井田內(nèi)斷層較多，井田范圍內(nèi)采空區(qū)面積較大，存在古采空區(qū)。因此3號(hào)煤水文地質(zhì)類(lèi)型為中等。

井田15號(hào)煤層充水為裂隙含水層和奧灰水巖溶含水層。其中裂隙含水層之間隔水層，巖性細(xì)密，不透水，但井田絕大部分區(qū)域內(nèi)，奧灰?guī)r溶含水層水位標(biāo)高高于15號(hào)煤底板，具有突水危險(xiǎn)。15號(hào)煤層由于尚未采掘，不存在采空區(qū)積水，地質(zhì)構(gòu)造情況不明。因此該礦井15號(hào)煤水文地質(zhì)類(lèi)型為復(fù)雜。

4.礦井涌水量預(yù)測(cè)

根據(jù)礦井水文充水因素分析及水文地質(zhì)類(lèi)型劃分，礦井3號(hào)煤層涌水量采用水文地質(zhì)比擬法，進(jìn)行整合后礦井涌水量預(yù)算：

Q=Q0×F/F0

經(jīng)計(jì)算，整合后礦井涌水量按面積比為170～340m3/d。由于15號(hào)煤屬于下水平開(kāi)采，屬于帶壓開(kāi)采，缺少區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造資料，本文在此不作研究。

結(jié)論

論文根據(jù)某礦井水文地質(zhì)資料，應(yīng)用理論分析和水文地質(zhì)比擬法對(duì)礦井水文地質(zhì)類(lèi)型進(jìn)行評(píng)價(jià)并對(duì)3號(hào)煤層涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，得出以下結(jié)論：

（1）3號(hào)煤水文地質(zhì)類(lèi)型為中等，3號(hào)煤層北部存在帶壓開(kāi)采問(wèn)題。15號(hào)煤水文地質(zhì)類(lèi)型為復(fù)雜，15號(hào)煤層大部分區(qū)域存在帶壓開(kāi)采問(wèn)題。

（2）3號(hào)煤層主要水源來(lái)自3號(hào)煤層頂板及地表溪流水的滲入。3號(hào)煤層采動(dòng)后預(yù)計(jì)礦井涌水量為170m3/d～340m3/d。為井下防治水工作開(kāi)展提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王長(zhǎng)申，武強(qiáng)，馬國(guó)平.復(fù)雜條件下礦井水文地質(zhì)類(lèi)型劃分方法[J].煤炭學(xué)報(bào)，2006（1）：54-58.