礦井水文地質(zhì)類型劃分及防治水工作建議

惠 鵬，趙衛(wèi)軍

(1.陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司地質(zhì)研究院分公司，陜西 西安 710065；2.渭南市國(guó)土資源局，陜西 渭南 714000)

0 引言

礦井水文地質(zhì)類型是對(duì)煤礦水文地質(zhì)條件、礦井涌水量及突水量、防治水難易程度等特征的綜合評(píng)價(jià)[1]，它直接關(guān)系到礦井開拓方式的選擇和采掘系統(tǒng)的布置，從而影響礦井總體設(shè)計(jì)和規(guī)劃。最新頒布的《煤礦防治水細(xì)則》(2018年9月1日起施行)明確規(guī)定礦井水文地質(zhì)類型應(yīng)當(dāng)每3年修訂1次，當(dāng)發(fā)生較大以上水害事故或因突水造成采掘區(qū)域或礦井被淹，應(yīng)當(dāng)在恢復(fù)生產(chǎn)前重新確定礦井水文地質(zhì)類型[2]。因此，開展礦井水文地質(zhì)類型的劃分對(duì)有效指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)具有重要的實(shí)踐意義。

1 礦井地質(zhì)概況

研究礦井位于陜西省神木市西南部，根據(jù)礦區(qū)內(nèi)鉆孔所揭露地層由新至老依次為：第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙(Q4eol)透水層、上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)潛水含水層，新近系上新統(tǒng)保德組(N2b)隔水層，侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)、直羅組(J2z)、延安組(J2y)裂隙承壓含水層和侏羅系下統(tǒng)富縣組(J1f)裂隙承壓含水層。其中延安組為含煤地層，可采及局部可采煤層共有7層，分別為1-1、1-2、2-2、3-1、4-2、4-3、5-2煤層，首采煤層為2-2煤，賦存于延安組第四段頂部，埋深199.69～401.22 m，煤層厚度平均5.41 m，如圖1所示。研究區(qū)內(nèi)地層總體走向?yàn)镹NE，傾向?yàn)镹WW，傾角不足1°，呈單斜構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)斷層及巖漿活動(dòng)，屬簡(jiǎn)單構(gòu)造類型。

圖1 研究區(qū)主要煤層及各地層位置關(guān)系

2 礦井水文地質(zhì)類型劃分

依據(jù)上述分析及《煤礦防治水細(xì)則》第12條提供的劃分標(biāo)準(zhǔn)來確定開采煤層礦井水文地質(zhì)類型。

2.1 含水層及老空水

可能破壞或影響的含水層及水體：導(dǎo)水裂隙帶所涉及范圍內(nèi)的地下水通過裂隙進(jìn)入礦井，對(duì)采礦造成影響甚至危及采礦安全，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[3]及榆神礦區(qū)煤礦的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)[4-5]，采用7倍冒采比、30倍裂采比分別預(yù)測(cè)冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，預(yù)計(jì)2-2煤在今后三年內(nèi)開采工作面的煤層厚度為5.78～6.61 m，冒落帶最大高度為42.64～52.88 m，導(dǎo)水裂隙帶高度為173.40～198.30 m，上覆基巖厚度為202.65～288.89 m，導(dǎo)水裂隙帶頂界與基巖面間距為2.49～93.59 m，導(dǎo)水裂隙帶有可能會(huì)導(dǎo)通上覆侏羅系安定組、直羅組、延安組含水層，見表1。

表1 冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

含水層補(bǔ)給來源：第四系潛水含水層以大氣降水為主要補(bǔ)給來源，侏羅系中統(tǒng)安定組、直羅組、延安組承壓水含水層主要接受潛水順層補(bǔ)給以及上部含水層越流滲透補(bǔ)給，含水巖體在橫向上具不連續(xù)性，垂向上具分段性，儲(chǔ)水空間相對(duì)封閉，補(bǔ)給條件一般。根據(jù)礦井鉆孔資料分析可知(見表2)，第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水含水層富水性為弱至中等，侏羅系中統(tǒng)裂隙承壓含水層富水性均較弱。因此，該項(xiàng)礦井水文地質(zhì)類型劃分指標(biāo)屬“中等”類型。

表2 礦井含水層富水性等級(jí)

礦井及周邊老空水分部狀況:礦井周邊礦區(qū)均處于礦井建設(shè)階段，無以往及目前生產(chǎn)礦井，也未發(fā)現(xiàn)小煤窯生產(chǎn)情況，無采空區(qū)存在，不存在老空區(qū)積水。因此，該項(xiàng)礦井水文地質(zhì)類型劃分指標(biāo)屬“簡(jiǎn)單”類型。

2.2 礦井涌水量

礦井實(shí)測(cè)涌水量：該礦井尚未進(jìn)行回采，井下巷道系統(tǒng)基本無水，僅錨桿眼有滴水、淋水現(xiàn)象，根據(jù)2014年10月—2018年8月期間在主斜井、副斜井、進(jìn)風(fēng)立井、回風(fēng)立井及回風(fēng)大巷涌水量觀測(cè)值，可知礦井涌水量為43.30～196.93 m3/h，如圖2所示。

圖2 全礦井及各井筒涌水量歷時(shí)曲線圖

礦井預(yù)測(cè)涌水量：結(jié)合該礦井勘探報(bào)告，本文礦井涌水量預(yù)測(cè)采用礦井3年規(guī)劃相關(guān)參數(shù)，預(yù)測(cè)范圍為2-2煤首采工作面，預(yù)測(cè)深度為2-2煤開拓水平+950 m，含水層厚度、水頭高度、滲透系數(shù)等參數(shù)采用工作面附近鉆孔和井筒實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，用比擬法[6-7]預(yù)計(jì)今后3年礦井正常涌水量為682 m3/h，最大涌水量821 m3/h。因此，該項(xiàng)礦井水文地質(zhì)類型劃分指標(biāo)屬“復(fù)雜”類型。

突水量：該礦井自2014年9月開工建井以來，在井筒及煤層巷道施工中均未發(fā)現(xiàn)突水現(xiàn)象，因此，該項(xiàng)礦井水文地質(zhì)類型劃分指標(biāo)屬“簡(jiǎn)單”類型。

2.3 礦井受水害影響程度

煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶高度低于基巖面，開采過程中基本不受第四系松散含水層、大氣降水以及地表水體的影響。煤層開采后主要充水含水層為安定組、直羅組及延安組含水層，雖然各含水層富水性弱，但由于礦井首采2-2煤層，工作面回采長(zhǎng)度大，煤層厚度較大，頂板含水層均有一定的靜儲(chǔ)量，通過導(dǎo)水裂隙涌入礦井形成突水，經(jīng)計(jì)算得出的礦井涌水量較大，故對(duì)未來生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的影響，對(duì)礦井生產(chǎn)安全構(gòu)成一定的威脅，因此，該項(xiàng)礦井水文地質(zhì)類型劃分指標(biāo)屬“復(fù)雜”類型。

2.4 礦井防治水工作難易程度

煤層上覆含水層厚度大富水性不均一，隔水層較少且在橫向上分布不連續(xù)，對(duì)未來礦井生產(chǎn)帶來水害隱患，開采前，需要進(jìn)一步對(duì)富水性進(jìn)行探測(cè)，提前對(duì)頂板含水層水進(jìn)行疏放，總體而言，所需防治工程技術(shù)條件成熟，資金上有足夠保證，防治水工作易于進(jìn)行，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程操作，可達(dá)到預(yù)期的防治目標(biāo)。因此，該項(xiàng)礦井水文地質(zhì)類型劃分指標(biāo)屬“中等”類型。

2.5 水文地質(zhì)類型綜合評(píng)價(jià)

綜上所述，根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》中礦井水文地質(zhì)條件類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，按分類依據(jù)就高不就低的原則，該煤礦開采2-2煤時(shí)礦井水文地質(zhì)類型為“復(fù)雜”類型。

3 對(duì)防治水工作的建議

3.1 整體原則

防治水嚴(yán)格按《煤礦防治水細(xì)則》進(jìn)行，堅(jiān)持預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采原則，根據(jù)不同的水文地質(zhì)條件，采取探、防、堵、疏、排、截、監(jiān)等綜合防治措施，配備滿足工作需要的防治水專業(yè)技術(shù)人員，配齊專用的探放水設(shè)備，建立專門的探放水作業(yè)隊(duì)伍，儲(chǔ)備必要的水害搶險(xiǎn)救災(zāi)設(shè)備和物資。

3.2 防治水工作建議

加強(qiáng)隊(duì)伍、制度與裝備建設(shè)：煤礦應(yīng)設(shè)立專門的防治水機(jī)構(gòu)，設(shè)立地測(cè)防治水副總，在總工程師的帶領(lǐng)下，開展礦井防治水技術(shù)工作。配備滿足工作需要的防治水專業(yè)技術(shù)人員，配齊專用探放水設(shè)備，建立專業(yè)的探放水作業(yè)隊(duì)伍。此外，組織加強(qiáng)職工防治水知識(shí)培訓(xùn)，結(jié)合煤礦水害特征，建立健全防治水崗位責(zé)任制、防治水技術(shù)管理制度、水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)制度和水害隱患排查治理制度。

開展水文地質(zhì)補(bǔ)充勘查工作：由于以往地質(zhì)勘探工作施工水文鉆孔有限，對(duì)該礦井的直接充水含水層(延安組第五段+直羅組)勘探工作偏少，直接影響礦井涌水量預(yù)計(jì)結(jié)果及下一步防治水技術(shù)方案。

建立地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)：礦井目前處于礦井建設(shè)階段，地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)尚未建立，缺乏地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料。開展地下水觀測(cè)系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)與觀測(cè)孔的施工工作，對(duì)水位進(jìn)行長(zhǎng)期系統(tǒng)的觀測(cè)，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行不定期的監(jiān)測(cè)，以掌握各含水層在礦井開采中的動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)分析水害影響。

開展地下水含水層深入研究：繼續(xù)研究松散含水層與基巖風(fēng)化帶含水層富水性及分布規(guī)律，以此確定各含水層的厚度、導(dǎo)含水性(裂隙發(fā)育情況，充填情況，滲透系數(shù)，單位涌水量，水位，水質(zhì)，地下水的補(bǔ)、逕、排條件)，同時(shí)對(duì)頂板含水層的富水性進(jìn)行分區(qū)。對(duì)礦井后期圈定的每個(gè)工作面頂板富水性進(jìn)行精細(xì)化探查，以此確定富水異常區(qū)范圍及水文地質(zhì)參數(shù)；根據(jù)精細(xì)化探查所獲取的水文地質(zhì)參數(shù)并結(jié)合開采參數(shù)，對(duì)工作面涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，并安設(shè)相應(yīng)的防排水設(shè)施。

加強(qiáng)地下水的探查與疏放：探放水是防止礦井水害發(fā)生的重要方法。礦井今后開采過程中要堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，對(duì)可能發(fā)生突(透)水的地點(diǎn)，應(yīng)組織專業(yè)探水隊(duì)根據(jù)物探等資料，有針對(duì)性地詳細(xì)探查基巖裂隙發(fā)育程度、含水層富水強(qiáng)度、富水位置的分布位置及其富水性，并有針對(duì)性地進(jìn)行放水，以減輕煤層頂部水壓，減小初次跨落時(shí)的礦井涌水量及回采過程中礦井涌水量。

密切關(guān)注封閉不良鉆孔：井田范圍內(nèi)鉆孔封閉段高度不符合防治水的要求。應(yīng)列入處理計(jì)劃，開展該孔對(duì)采掘影響研究評(píng)價(jià)，獲得正確結(jié)論后再?zèng)Q定是否啟封。

加強(qiáng)礦井涌水量觀測(cè)：礦井在今后的開采過程中應(yīng)時(shí)刻加強(qiáng)對(duì)各工作面涌水量的監(jiān)測(cè)，對(duì)井下各出水點(diǎn)定期進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)出水異常，應(yīng)及時(shí)查明原因并進(jìn)行必要的處理。完善井下涌水量觀測(cè)站，堅(jiān)持定期觀測(cè)礦井涌水量和監(jiān)測(cè)水質(zhì)。

4 結(jié)論

(1)在進(jìn)行2-2煤水文地質(zhì)類型劃分時(shí)，參考了礦井勘探報(bào)告及礦井建設(shè)實(shí)測(cè)資料，客觀真實(shí)地分析了受采掘破壞或者影響的含水層及水體、井田及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量、突水量、開采受水害影響程度和防治水工作難易程度等各項(xiàng)指標(biāo)，并判定了各指標(biāo)所屬等級(jí)類型。

(2)根據(jù)礦井水文地質(zhì)類型劃分各項(xiàng)指標(biāo)，按“就高不就低”的原則，確定了礦井首采煤層2-2煤的礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型，該成果為制定礦區(qū)總體規(guī)劃及相應(yīng)的礦井水害防治對(duì)策提供了依據(jù)。

(3)根據(jù)礦井充水因素和各種因素的影響程度，防治水工作的重點(diǎn)：加強(qiáng)開采煤層頂板砂巖裂隙水、第四系潛水的防治，開展水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探工作及地下水的探查與疏放工作，同時(shí)加強(qiáng)礦井地下水的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。