豐源煤礦礦井涌水規(guī)律及控制因素分析

孟和 尚彥軍 張騰飛

摘 ? 要：豐源煤礦位于新疆呼圖壁縣白楊溝內，井田開采歷史較長，存在大量老窯水富集區(qū)，且緊鄰白楊溝河，故煤礦主井長期面臨涌水問題，對主井進行了近兩年的排水，涌水量仍未見明顯降低，推測主井與白楊溝河、老窯水之間存在較復雜的導水通道。對豐源煤礦及其鄰區(qū)開展了構造地質調查、水文地球化學分析、地球物理勘探等工作，對礦井突水通道位置和范圍變化等情況進行了空間動態(tài)連通性分析，基本查明了影響礦井涌水量的主要因素，即：①NE向的斷層F4、F5有一定阻水性;②NW向、近EW向節(jié)理、斷層密集帶構成了區(qū)域的優(yōu)勢導水結構面;③塌陷坑及河道襯砌嚴重破壞段為拉張塌陷區(qū)，構成了地表水和淺層潛水的主要滲漏補給區(qū)。

關鍵詞：豐源煤礦;礦井涌水;連通性分析;導水通道

豐源煤礦井田內各煤層受地下水的直接充水，各含水層相互連通，由于采煤過程中形成大面積采空區(qū)及火燒區(qū)，現(xiàn)已出現(xiàn)暫時性地表洪流直接灌入。但老窯積水情況未查明，沿白楊溝河岸孔隙潛水豐富，燒變巖富水性也尚未查明。因此，急需查明豐源煤礦導水通道位置及影響礦井涌水量的主要因素，以保證煤礦安全生產(chǎn)[1-10]12。

1 ?研究區(qū)地質

1.1 ?氣象水文

白楊溝河南為松樹林帶，溝北為陡峻的哈拉巴斯陶特力斯嘎山脊，溝底至山脊頂部坡角達30o以上，部分地段為陡崖。白楊溝河發(fā)源于天山雪峰，從井田南部流過。白楊溝河中下游的河床寬25～100 m，坡降0.3%，據(jù)呼圖壁河水文站1994年在白楊溝河出口處觀測計算資料，該河6～7月為洪水期，月平均流量4.34～6.64 m3/s，流經(jīng)井田的水位標高1 545～1 640 m（圖1）。

1.2 ?地層巖性

工作區(qū)內主要出露侏羅系三工河組、西山窯組、頭屯河組、第四系全新統(tǒng)洪沖積砂礫層及殘坡積物（表1）。

1.3 ?地質構造

1.3.1 ?節(jié)理

工區(qū)巖石節(jié)理發(fā)育，至少發(fā)育走向50°、85°和320° 3組節(jié)理，但總體呈NE向，其中大致230o（50o）走向的節(jié)理最發(fā)育。節(jié)理一般產(chǎn)狀穩(wěn)定，延伸較遠，節(jié)理面平直光滑，局部可見節(jié)理切穿膠結物及礫石，判斷研究區(qū)剪節(jié)理最發(fā)育。

對現(xiàn)場28個地質點上測量的36組節(jié)理繪制節(jié)理極點等密圖，發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢節(jié)理的產(chǎn)狀為318°∠80° ? ? （圖2），節(jié)理走向玫瑰花圖發(fā)現(xiàn)節(jié)理有3組（圖3），從頻數(shù)由大到小依次是：50°、85°和320°。

1.3.2 ?斷層

現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)從鴻新白楊溝煤礦主副礦井開始，自西向東至白楊溝煤礦生產(chǎn)調度房，發(fā)育了6條斷層（表2，圖4）。從西向東依次編號F1～F6。

2 ?水文地質

2.1 ?三水轉化條件

大氣降水 ?工作區(qū)山北坡地形坡度15°～20°，坡面多被第四系黃土覆蓋，不利于大氣降水滲入補給。山南坡巖石裸露，在中-粗粒砂巖出露地段，微地形呈陡坎狀，不利于接受大氣降水滲入補給。在泥巖、粉砂巖裸露區(qū)段，地形坡度較大，降落于地表的雨水，易匯成暫時性地表水流，向白楊溝河排泄。因此，地形地貌對大氣降水入滲補給不利。

地表水 ?白楊溝河發(fā)源于南部高山區(qū)，由南而北順地層傾向徑流。該河在白楊溝煤礦的南部邊界處，由南向北轉為東西流向，并沿地層走向由西至東流經(jīng)工區(qū)南部邊緣，最終匯入呼圖壁河。

地下水 ?據(jù)新疆地礦局第九地質大隊鉆孔編錄資料，井田內侏羅系由泥巖、粉砂巖、粗砂巖、礫巖及煤層以互層韻律形式組成，各種巖石單層厚度可由數(shù)厘米變化到數(shù)米，乃至數(shù)十米。因此，難以按單巖性巖層劃分含、隔水層，只能以較大巖性段來劃分。通過鉆孔簡易水文地質觀測，將泥巖等細顆粒巖石劃分為相對隔水層，將粗砂巖、礫巖等巖石劃分成含水層（表3，圖5）。

2.2 ?地表水與地下水聯(lián)系

通過對區(qū)域水文地質條件的了解和認識，可知區(qū)內地下水的補給主要有兩方面：一是流經(jīng)井田南界的白楊溝河河水沿地表風化、構造裂隙側向滲透補給地下水;二是蓄存在河床兩岸卵礫石中的孔隙潛水，通過下伏侏羅系煤系的構造、風化裂隙順層補給侏羅系煤系地層。分布于井田南部白楊溝河北岸的火燒層，接受大氣降水及白楊溝河河水的側向補給，蓄積了大量的燒變巖裂隙潛水，該含水層蓄積的潛水可通過巖石變形產(chǎn)生的裂隙順地層補給賦煤地層。

2.3 ?水文地球化學

收集的《呼圖壁縣白楊溝煤礦詳查報告》中ZK1孔及研究區(qū)的取水樣點水化學特征見表4。

根據(jù)豐源煤礦水樣化學分析結果（表5），繪制皮伯三線圖解（圖6）。可見，礦井東翼井1和白楊溝路南泉水點FY8成分較接近，而礦井西翼井2的成分介于河水水樣FY5和北部埡口水塘樣FY90之間。說明礦井井下東西翼的水樣成分并不接近，可能分屬東西兩個不同的水循環(huán)系統(tǒng)。從地質構造上看，該區(qū)主要受到阻水斷層F4的隔水作用。

3 ?礦區(qū)地表塌陷及河道整治

工作區(qū)分別于2014年9月21日凌晨6時、2014年12月3日、2015年1月29日凌晨，發(fā)生3次地面塌陷（均為采空區(qū)塌陷），形成3個呈NS向的塌陷坑，每個坑口直徑約為25 m，深度約10～12 m（圖7）。其中，第三次塌陷造成白楊溝河斷流，河水全部灌入塌陷坑內，經(jīng)過約72 h后，從白楊溝路南側集中涌出，現(xiàn)在該處仍有泉水出現(xiàn)。3個塌陷坑中間到白楊溝路南泉水出露點直線距離2 184 m。結合地質構造，該區(qū)應為大范圍的拉伸塌陷區(qū)，且靠南側應存在大面積采空區(qū)，同時在南岸下游的白楊溝煤礦出現(xiàn)井下水量增大，而后北岸的豐源煤礦井下出水量增多，說明老窯水并非獨立或封閉的，其間有一定的水力聯(lián)系通道。

2016年10月對白楊溝河道內底部裂縫部分，進行了全面的堵漏治理（圖8）。通過白楊樹礦上部、豐源煤礦外下部兩個相距約2 km的河流斷面過流量量測 ?（用浮標法），發(fā)現(xiàn)上下游流量差明顯減小，由治理前9月份的263 m3/h，減小到治理后11月初的32 m3/h，流量差明顯減小。2017年12月4日現(xiàn)場測量，井下鉆孔出水量57 m3/h。12月4日從豐源煤礦橋上游約300 m處開始截流，使河水進入混凝土管排流，以保障涌水和減輕河床滲漏。至12月13日，井下鉆孔出水量減小為51 m3/h。

4 ?地球物理勘探

本項目地球物理勘探工作主要采用高密度電阻率的方法，并與地質調查結果起到一定相互印證的效果（圖9，表6）。

5 ?結論

（1） 本區(qū)斷層、節(jié)理密集帶和含水層構成了地下水導水通道和導水層。其中位于豐源煤礦中西部的NW向節(jié)理和近EW向的河下游順溝F6張扭性 ? ?（正斷左行）斷層，是相對集中的導水通道。

（2） 本區(qū)砂、礫巖含水層，老窯水為季節(jié)性調蓄池或緩沖區(qū)，而泉水和井下出水點構成了地下水排泄點，故井下涌水流量較穩(wěn)定。

（3） 井田南側的3個塌陷坑和河道襯砌破壞區(qū)組成的拉張塌陷區(qū)，構成了地表水和淺層潛水的主要滲漏補給區(qū)，單純的全河道均等襯砌不能從根本上隔斷水的流動。

（4） NE向規(guī)模較大的斷層F4和F5有一定阻水性，故其西側地下水有一定的承壓和雍高。

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Abstract：Fengyuan Coal Mine is located in Baiyanggou，Hutubi County，Xinjiang，with a long mining history，and close to Baiyanggou River.The main shaft of coal mine has been faced with mine Inflow problem for a long time. After draining the main shaft for nearly two years， the mine Inflow has not been significantly reduced.It can be inferred that there are more complex water diversion channels between the main shaft and Baiyanggou River，goaf and fire zone.Based on a large number of tectonic geological survey， hydrogeochemical analysis and geophysical exploration work in Fengyuan Coal Mine and its territory，and combined with the distribution of goaf，burning area，the location and scope of mine Inflow，the spatial dynamic connectivity and spatial mining activation factors are analyzed.The water filling factors，water source composition， water diversion channel and main factors affecting the location and scope of mine Inflow in Fengyuan Coal Mine are basically obtained.

Key words：Fengyuan coal mine;Mine Inflow;Water source composition;Water diversion channel