晉圣三溝鑫都煤業(yè)礦井水文地質(zhì)類型劃分

郭海波

（山西晉煤集團(tuán)晉圣三溝鑫都煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048200 ）

1 概述

晉圣三溝鑫都煤業(yè)位于沁水盆地西部邊緣，地貌類型為侵蝕性山區(qū)地貌。井田內(nèi)大致為中部高，東部和西部低，通過以往地質(zhì)工作和井下開采揭露，目前井田范圍未發(fā)現(xiàn)陷落柱。根據(jù)歷次勘探成果及井下揭露情況，15號煤層為大部可采的穩(wěn)定煤層，2號煤層為大部可采的較穩(wěn)定煤層。井下開采至今未發(fā)現(xiàn)有地溫、地應(yīng)力異?，F(xiàn)象，故屬地應(yīng)力、地溫正常區(qū)。目前開采2號煤層并對15號煤層水文地質(zhì)進(jìn)行勘探，為該礦今后延深開采下部的15號煤層提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

2 礦井水文地質(zhì)條件

2.1 主要含水層

根據(jù)本區(qū)含水層巖性及水文地質(zhì)特征，礦區(qū)內(nèi)主要含水層主要劃分為以下四種：第四系松散沉積物孔隙潛水含水層、二疊系碎屑巖類裂隙含水層、石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r及砂巖巖溶裂隙含水層、奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖溶裂隙含水層。第四系主要由黃色亞砂土及紅色亞粘土組成，地下水的動態(tài)受季節(jié)變化影響較大。二疊系主要由K9、K8、K7等砂巖組成，其中 K9、K7巖層對2號煤層的影響較小，K8巖層對2號煤層影響較大。石炭系主要由灰?guī)r及厚層中粒砂巖組成，含水層厚度各地段分布相差較大，含水層屬弱富水性含水層，水質(zhì)較好，地下水的動態(tài)受季節(jié)變化影響較大。奧陶系上部為灰黑色中厚層狀豹皮狀灰?guī)r夾灰?guī)r，下部為泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r，其含水層屬承壓水類型，分布較穩(wěn)定，地下水的動態(tài)受季節(jié)變化影響較大。

2.2 主要隔水層

礦井區(qū)域內(nèi)主要有2組隔水層，它們分別為石炭系、二疊系含水層層間泥巖類隔水層和本溪組及太原組底部泥巖類隔水層。

（1）石炭系、二疊系含水層層間泥巖類隔水層主要巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖，單層厚度變化較大，呈層狀分布于風(fēng)化帶以下的砂巖及灰?guī)r含水層之間，隔斷了砂巖含水層之間的水力聯(lián)系，但在井田西部2#煤層埋藏淺，多被開采區(qū)域煤層上覆巖體導(dǎo)水裂隙形成，其上部的泥巖層已失去其隔水性能。

（2）本溪組及太原組底部泥巖類隔水層位于15號煤層底至奧灰?guī)r層頂面之間，巖性以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及鋁土質(zhì)泥巖為主，平均厚度31.93 m，巖層致密，為區(qū)內(nèi)良好隔水層。

2.3 地下水的補(bǔ)、徑、排條件

（1）奧灰水的補(bǔ)給區(qū)域主要為泉域邊界大面積奧陶系碳酸鹽巖地層出露區(qū)，地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給和河流的滲漏補(bǔ)給；延河泉域中部大面積分布二疊系碎屑巖層，或在沁水盆地中大面積出露三疊系碎屑巖地層，受厚層隔水層阻隔，大氣降水首先對淺層裂隙水進(jìn)行補(bǔ)給，在遇斷層破碎帶進(jìn)而對奧灰水進(jìn)行補(bǔ)給。本區(qū)域奧灰水流向由西北向東南，然后在沁水端氏至陽城潤城一帶由北向南徑流，在潤城鎮(zhèn)向南的沁河河谷西岸，下河村至延河村一帶，長度約45 km，主要以泉群的形式排泄，次要以深井開采排泄。

（2）二疊系碎屑巖裂隙地下水主要接受大氣降水的補(bǔ)給，或地表水的補(bǔ)給，徑流方向一般由地勢較高向較低方向運(yùn)移，在地形切割或遇斷裂構(gòu)造地段以小泉的形式排泄，或礦井開采疏干排泄。

（3）松散地層含水層主要分布于溝谷、河流岸灘地帶，地下水接受大氣降水補(bǔ)給或地表河流的補(bǔ)給，一般向河流的下游徑流與排泄。

3 充水條件分析

開采煤層上覆巖體圍巖中賦存地下水，煤層開采時，圍巖中地下水失去平衡，地下水涌向開采礦井，充水水源、充水強(qiáng)度與充水通道形成對礦井充水的三要素，它們在充水過程中的不同組合，形成了不同的充水條件。

3.1 地表水對礦井開采的影響

礦區(qū)北部的杏河為季節(jié)性河流，距本整合區(qū)的北部邊界最近直線距離約100 m左右，對本區(qū)煤層的開采影響不大。據(jù)調(diào)查，本區(qū)杏河歷史最高洪水水位約+1065.0 m，本礦井工業(yè)廣場地面標(biāo)高為1101.884 m，主平洞井口標(biāo)高為1114.59 m，洪水位遠(yuǎn)低于工業(yè)廣場及井口標(biāo)高，不存在洪水灌入礦井的危險。

3.2 構(gòu)造對礦井充水因素的作用和影響

（1）斷層

本井田構(gòu)造屬中等類型。區(qū)內(nèi)發(fā)育有1條逆斷層和5條正斷層，走向?yàn)楸蔽骱捅睎|向，未發(fā)現(xiàn)陷落柱和火成巖體存在。斷層附近次生小斷層較發(fā)育，礦井在實(shí)際生產(chǎn)中有所揭露，斷距0.5～5.2 m，多屬正斷層，但在斷層破碎帶未發(fā)現(xiàn)涌水現(xiàn)象，井田內(nèi)斷層不具導(dǎo)水性。

（2）背斜構(gòu)造

井田的褶曲構(gòu)造為地下水、采空水的運(yùn)移和匯集提供了條件，即層間地下水、采空水向背斜兩翼匯集，因此在空間相對位置處于低處開采時要高度重視其附近的采空積水及含水層水，防止水害發(fā)生。

3.3 垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶

2號煤層垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶最大高度由以下經(jīng)驗(yàn)公式求得：

式中：

Hc-垮落帶的最大高度，m；

Hf-導(dǎo)水裂縫帶的高度（包括垮落帶），m；

M-累計采厚，m；

n-煤分層數(shù)，本井田n值取1。

井田東部2號煤層最大厚度為1.60 m，經(jīng)計算2號煤層垮落帶最大高度為6.4 m，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為27.6 m。

15號煤層垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶最大高度由以下經(jīng)驗(yàn)公式求得：

式中：

Hc-垮落帶最大高度，m；

Hf-導(dǎo)水裂縫帶最大高度，m；

M-煤層厚度，m；

n-煤分層層數(shù)，本井田n值取1。

15號煤層最大厚度為3.80 m，經(jīng)計算，15號煤層冒落最大高度為19.0 m，開采后導(dǎo)水裂隙帶最大高度為95.64 m。

通過對垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶的最大高度進(jìn)行計算，分析所得的數(shù)值可知2、15號煤層產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶在埋藏淺處可溝通地表水體和大氣降水，而且三溝鑫都煤業(yè)開采下部15號煤層時所產(chǎn)生的最大導(dǎo)水裂縫帶嚴(yán)重時可導(dǎo)致上部可采煤層的采空積水涌入下部煤層中，對生產(chǎn)、開采造成威脅。

井田東部煤層埋藏深，其余埋藏淺并且有2號煤層的風(fēng)氧化帶分布，溝通了地表水與煤層的聯(lián)系，是天然的導(dǎo)水通道，對煤層開采有間接的入滲充水影響，礦方應(yīng)對風(fēng)氧化帶按規(guī)定留設(shè)保護(hù)煤柱，防止雨水等灌入井下。

3.4 封閉不良的鉆孔及井筒

本井田內(nèi)共有8個廢棄井筒，均為兼并重組整合前小窯開采所致，現(xiàn)已填封，據(jù)調(diào)查，井田內(nèi)一共存在19個鉆孔，均按封孔設(shè)計要求對全孔進(jìn)行封閉，封孔質(zhì)量全部合格。

3.5 采空區(qū)積水分析

由表1可得，2號煤層經(jīng)調(diào)查無采空積水。井田內(nèi)共有15號煤層采空區(qū)3處，分別位于井田北部和西部，積水區(qū)總面積約214982m2，總積水量約246759 m3。由此可看出，井田周邊采空區(qū)積水均對本井田無水害威脅。

表1 采空區(qū)積水量估算表

4 涌水量預(yù)測

4.1 2號煤層礦井涌水量

該礦現(xiàn)開采2號煤層，批準(zhǔn)生產(chǎn)能力60萬t/a，但是該礦近幾年尚未正式開采，產(chǎn)量與實(shí)際生產(chǎn)能力相差很大，根據(jù)長治市高原綜合勘探工程有限公司提交的《山西晉煤集團(tuán)晉圣三溝鑫都煤業(yè)有限公司建礦地質(zhì)報告》，當(dāng)?shù)V井達(dá)60萬t/a生產(chǎn)規(guī)模時正常涌水量為240 m3/d，最大涌水量為360 m3/d。

4.2 15號煤層礦井涌水量

由于該礦現(xiàn)開采2號煤層，并未對15號煤層施工，由于礦井合并前的老河里煤礦曾對15號煤層進(jìn)行開采，并且開采方式與本礦相同均采用平硐立井混合開拓，所以本次對15號煤層的涌水量預(yù)測采納老河里煤礦的涌水量資料，使用富水系數(shù)法對15號煤層礦井涌水進(jìn)行預(yù)測：

式中：

Q-預(yù)計擬建礦井涌水量，m3/d；

KP-富水系數(shù)；

Q0-參考礦井涌水量，m3/d

P0-參考礦井生產(chǎn)能力，萬t/a；

P-擬建礦井設(shè)計生產(chǎn)能力，萬t/a。

預(yù)計礦井達(dá)60萬t/a生產(chǎn)規(guī)模時，礦井正常涌水量為300 m3/d，最大涌水量為480 m3/d。

5 礦井水文地質(zhì)類型劃分

通過分析整理礦井的相關(guān)資料，2號、15號煤層的地質(zhì)類型劃分如表2、表3所示。

表2 2號煤層礦井水文地質(zhì)類型劃分表

6 結(jié)論

通過對山西晉煤集團(tuán)晉圣三溝鑫都煤業(yè)礦井水文地質(zhì)條件、礦井充水條件及礦井涌水量等方面進(jìn)行分析，最終確定該煤礦2號煤層及15號煤層水文地質(zhì)類型均為中等。地下水對煤礦開采是一個極大的威脅，應(yīng)做好水文地質(zhì)的勘探工作及防護(hù)措施，杜絕一切危險的發(fā)生，保證礦井安全生產(chǎn)。