山西白家溝井田充水因素分析

王百新

（山西省地質勘查局217地質隊，山西大同037008）

1 概述

隨著煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，礦井開采的區(qū)域和縱度不斷擴大，尤其是隨著現(xiàn)代化開采設備的使用和開采方法的改進，大縱深、大面積、大采高、快速度的現(xiàn)代化高效開采，大大提高了開采量和開采強度。開采過程中所面臨的地質問題越來越多，受水害的影響越來越強，煤礦水害事故發(fā)生的條件、威脅程度及水害形成的機理都在發(fā)生變化。大氣降水、地表水、地下水、老窯（空）水等引發(fā)的礦井突水、突泥（砂）事故頻發(fā)，特別是重大傷亡事故時有發(fā)生，給國家和人民帶來的經(jīng)濟損失巨大，人身傷害、意外死亡極其慘痛，礦井水對煤礦安全生產(chǎn)有著極大的威脅。所以，加強礦井水害防治工作的研究，深入調(diào)查對礦井充水因素的分析其研究意義十分重大。

2 白家溝井田簡介

井田位于河東煤田北段，行政區(qū)劃跨保德縣及興縣兩地。中心距保德縣18km，北占保德縣3個鄉(xiāng)(孫家溝、南河溝、尚河溝)，南跨興縣魏家灘鎮(zhèn)3個自然村。井田西邊最近距黃河2.5km，因受風雨侵蝕，形成了復雜黃土沖溝地貌，地形起伏較大，沖溝發(fā)育，沖溝中可見零星的基巖出露。井田屬典型溫帶大陸性氣候，一年之中，四季分明，變化顯著，冬、春較長，夏、秋較短；冬季寒冷少雪，春季干燥多風，夏季炎熱，秋季涼爽。井田內(nèi)無生產(chǎn)礦井及老小窯，僅在井田北部及東部分布有7座生產(chǎn)礦井。

3 井田充水因素分析

礦井充水量是礦井建設的重要指標，對礦井充水量進行預測對于防治礦井突水、淹井等礦山事故、保障礦山安全生產(chǎn)具有重要意義，本文就從大氣降水、地表水、地質構造、碎屑巖裂隙承壓含水層、生產(chǎn)礦井及老空區(qū)積水等幾個方面深入研究和分析礦井充水的影響因素。

3.1 大氣降水對礦井充水的影響

井田降水量少，地形有利于地表洪流排泄，不利于對地下水的補給，各含水層均被厚層黃土與紅粘土隔水層覆蓋，不利于降水入滲。碎屑巖裂隙含水層地下水的主要補給來源是同層含水層的側滲徑流補給，碎屑巖裂隙含水層之間還有層間隔水層隔離，水力聯(lián)系不密切。因而大氣降水對礦井充水幾乎沒有影響。

3.2 地表水對礦井充水的影響

井田無較大的地表水體，有季節(jié)性泉點、溪流與人工水塘。煤層埋藏較深，上覆多層層間隔水層，導水性差，因而地表水對礦井充水影響很小或無影響。

3.3 地質構造對礦井充水的影響

井田內(nèi)只有小斷裂與褶皺構造，一般斷裂構造對礦井充水影響不大。ZK503與ZK1301水文地質鉆孔抽水試驗結果說明：井田北部ZK503鉆孔附近煤系地層的碎屑巖裂隙含水層富水性與井田南部ZK1301鉆孔附近煤系地層的碎屑巖裂隙含水層富水性相比，ZK503鉆孔明顯的弱。ZK1301鉆孔在煤系地層的鉆探過程中出現(xiàn)了4次漏水現(xiàn)象，巖芯在破碎段有明顯的構造擦痕，結合抽水試驗涌水量明顯大于ZK503鉆孔的現(xiàn)象，說明ZK1301鉆孔附近可能存在導水的斷裂構造，對礦井充水有影響。褶皺構造使砂巖與不同巖性的接觸帶產(chǎn)生賦水裂隙，形成富水性不同的含水層，使各組地層巖體含水，因有上覆層間隔水層相隔，對礦井充水影響不大。

3.4 碎屑巖裂隙承壓含水層富水性對礦井充水的影響

山西組、太原組裂隙含水層地下水是煤層開采直接充水水源，本次勘查在井田北部、南部布設ZK503、ZK1301兩個水文地質鉆孔，ZK1301鉆孔在煤系地層的鉆探過程有4次明顯的漏水，154.50～164.80m處9號煤層頂板；202.50～203.50m與206.00～211.50m處12號煤層頂板；235.50～238.00m處13號煤層頂板漏水尤其嚴重，表明井田南部太原組含水層富水性中等，對礦井充水有一定影響。

各煤層采空導水裂隙帶互相貫通，延伸至下石盒子組地層中部至地表，因而煤系地層及以上碎屑巖含水層對礦井充水有很大影響，尤其是井田東部，13號煤層厚且埋藏淺，煤層采空導水裂隙帶可延伸到地表，煤礦礦井疏干排水可導致井田范圍煤層以上碎屑巖裂隙含水層地下水水位下降至煤層底板；井田西部，13號煤層薄且埋藏深，煤層采空導水裂隙帶可延伸到下石盒子組碎屑巖含水層。

3.5 生產(chǎn)礦井及老空區(qū)積水

據(jù)野外調(diào)查訪問、收集資料，井田內(nèi)沒有生產(chǎn)礦井與老小窯。經(jīng)過煤炭資源整合，緊鄰井田北部、東部有7座煤礦開采石炭—二疊系煤炭資源。鑒于煤礦企業(yè)嚴格保守生產(chǎn)經(jīng)營的秘密，搜集系統(tǒng)的礦井水文地質資料非常困難。經(jīng)多方努力，搜集到山西中地地質工程有限公司編制的王家?guī)X煤礦4號煤層的采掘工程平面圖與其它4座煤礦不同煤層的采掘工程現(xiàn)狀圖。通過白家溝井田煤系地層碎屑巖裂隙含水層地下水水位外推，緊鄰井田的生產(chǎn)礦井煤層底板與地下水水位的關系如表1所示。

由一覽表中數(shù)據(jù)確定：北部王家?guī)X煤礦4號煤層全部處于地下水水位以下，其他有資料煤礦的煤層，部分處于地下水水位以下，存在采空區(qū)積水的可能性。

依據(jù)已收集的資料與井田附近生產(chǎn)礦井地質與水文地質條件分析，井田北部、東部的7座生產(chǎn)礦井，除王家?guī)X煤礦外，其他5座煤礦的礦井積水對白家溝井田的礦井充水都有影響，尤其是泰安煤業(yè)有限公司采空區(qū)已接近白家溝井田東邊界，晉保煤業(yè)有限公司的煤礦采空區(qū)與白家溝井田有550m安全距離，對白家溝井田的開采生產(chǎn)有一定威脅。任何一方超層越界開采形成的采空區(qū)積水都會給白家溝井田的開采生產(chǎn)帶來災難性的透水事故。

表1 白家溝井田與相鄰煤礦煤層底板標高（m）、煤層水位一覽表

3.6 奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶承壓水對礦井充水的影響

奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層在井田廣泛分布，地下水極其豐富，是井田最主要的含水層。井田范圍奧灰水水位標高803～849m之間，先期開采區(qū)奧灰水標高834～849m之間。13-2號煤層底板標高－182～868m；11-2號煤層底板標高-130～901m；8號煤層底板標高-100～908m。

井田內(nèi)突水系數(shù)等于0.06MPa/m的突水臨界區(qū)分界線為奧灰水與8、11-2、13-2號可采煤層底板高差等于709.47m、490.88m、299.89m的分界線，對煤層底板的靜水壓力分別為 6.9575MPa、4.8139MPa、2.9409MPa。奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層地下水水位高于開采煤層，先期開采區(qū)西部的13-2號可采煤層突水系數(shù)大于0.06MPa/m，達到突水臨界區(qū)，要注意斷裂構造地段的底板突水，井田西部的11-2、13-2號可采煤層突水系數(shù)大于0.10MPa/m，達到突水危險區(qū)，存在底板突水危險性。因此奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層地下水對礦井充水有很大影響。

4 礦井水害防治應采取的措施

水害主要有煤系地層碎屑巖裂隙含水層地下水、構造裂隙水與奧灰水。先期開采區(qū)水文地質鉆孔抽水試驗驗證，煤系地層含水層為弱—中等富水含水層，鉆孔涌水量在南部ZK1301鉆孔處較大，附近可能存在斷裂構造破碎帶。物探驗證，先期開采區(qū)內(nèi)有小斷層。

奧灰水水位介于803～849m之間，井田西南部奧灰水水位高于13-2號可采煤層底板985m，經(jīng)計算，井田西南部13-2號可采煤層最大突水系數(shù)達到0.1747MPa/m，進入底板突水危險區(qū)，具有底板突水的危險，在近構造破碎帶，還會涌水。

礦井水害主要是斷裂構造裂隙水與奧灰水。針對這2種地下水害，礦井水害防治宜采用以下措施。

針對斷裂構造裂隙水，正常開采時，堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，加強防范。采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施。同時根據(jù)實際生產(chǎn)情況，不斷修改充水性圖。

針對煤層帶壓開采，奧灰水底板突水的問題，建議在井田西部開鑿水源井兼長觀孔，一方面抽水降壓，解決煤礦生活飲用水的水源問題，另一方面，監(jiān)測奧灰水水位動態(tài)，按奧灰水對煤層的靜水壓力，合理設計采掘面的寬度，以確保安全生產(chǎn)。

5 總結

本文在分析了白家溝井田自然及地質條件的基礎上，深入研究了大氣降水、地表水、地質構造、碎屑巖裂隙承壓含水層、生產(chǎn)礦井及老空區(qū)積水等因素對礦井充水的影響，并針對這些影響因素提出了礦井水害防治措施，對于礦井水害防治相關工作有著長遠而深刻的戰(zhàn)略意義。