礦井水文地質(zhì)特征分析與類型劃分★

崔少北 李曉斌

(河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454000)

0 引言

我國煤礦礦床分布范圍廣泛，儲量豐富，煤田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤礦含煤巖系水文地質(zhì)環(huán)境多變，地表水、老空水、沖積層水和底板水等各種類型的水害俱全，無論是受水威脅的面積、類型，還是水害威脅的嚴重程度，都為世界罕見[1]。這些條件決定了礦井在開采該煤系煤層時礦井充水強弱、水害類型以及水害防治的方法和技術(shù)等問題[1,2]。

礦井發(fā)生水害的因素眾多，礦井水害類型也較為復(fù)雜，不同的突水、涌水機理及綜合因素有不同的礦井水害類型劃分[3]。為了防止煤礦水害事故的發(fā)生，保障礦井安全生產(chǎn)，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒發(fā)了《煤礦防治水規(guī)定》(2009年12月1日起施行，以下簡稱《規(guī)定》)。依據(jù)《規(guī)定》全面分析了山西生輝礦井的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，查清礦井地質(zhì)構(gòu)造特征等水文地質(zhì)影響因素，對水文地質(zhì)類型進行了劃分，為制定切實可行的防治水規(guī)劃和治理方案提供依據(jù)。

1 礦井水文地質(zhì)類型劃分的原則及依據(jù)

《規(guī)定》第十一條規(guī)定，根據(jù)礦井受采掘破壞或者影響的含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量或者突水量分布規(guī)律、礦井開采受水害影響以及防治水工作難易程度，礦井水文地質(zhì)類型劃分為簡單、中等、復(fù)雜和極復(fù)雜等4種[2,3]。依據(jù)《規(guī)定》，通過對山西生輝煤礦水文地質(zhì)特征、充水因素及充水機理的分析，確定了該井田水文地質(zhì)條件類型，為礦井安全生產(chǎn)奠定水文地質(zhì)安全保障基礎(chǔ)。

2 礦井水文地質(zhì)條件

礦區(qū)范圍內(nèi)有向斜、背斜等構(gòu)造穿越礦區(qū)，溝底有2號煤層露頭。礦區(qū)地表受雨水沖刷形成較大沖溝，走向由南向北，具有季節(jié)性流水。礦區(qū)內(nèi)NE向傾寬緩褶曲的單斜構(gòu)造是地下水主要的補給途徑，特別是二疊系下石盒子組地層在地表大面積出露，是地下水補給的主要通道。礦區(qū)地下水的排泄受構(gòu)造控制，在適宜地區(qū)以地面明泉的方式排出地表。地下水儲水巖層砂巖體的分布特點是：含水砂巖分布不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)相變、尖滅；地形切割破碎嚴重，地下水補給量有限，易于排泄。地貌屬侵蝕強烈的中低山地貌，煤層露頭較為發(fā)育，沿露頭開采的小窯形成的采空區(qū)，致使淺部的2號和3號煤層與地表水力聯(lián)系較大。礦井周邊小窯等可能會通過斷層、陷落柱等不良地質(zhì)構(gòu)造與10(含9，11)號煤層產(chǎn)生著水力聯(lián)系。

3 礦井受水害影響程度評價

據(jù)《規(guī)定》，礦井水文地質(zhì)分類及水害影響程度按5類主要影響分析和評價，即受采掘破壞或影響的含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量、突水量Q3(m3/h)、開采受水害影響程度、防治水工作難易程度，其中受采掘破壞或影響的含水層及水體再分為含水層性質(zhì)及補給條件和單位涌水量q(L/(s·m))，礦井涌水量(m3/h)細分為正常涌水量Q1和最大Q2等。

3.1 采掘破壞或影響的含水層及水體

該礦受采掘影響的直接含水層主要為太原組K4,K3,K2石灰?guī)r溶隙含水層，顏色為深灰色、灰色，層狀構(gòu)造，總厚可達40.09 m，K2石灰?guī)r為10號煤層直接充水含水層，也是太原組的主要含水層，深灰色，巖性為致密、堅硬性脆石灰?guī)r，石灰?guī)r裂隙較發(fā)育，溶蝕破壞嚴重，屬巖溶弱富水性溶隙含水層。

該礦歷史曾開采2號和3號煤，有老空區(qū)積水存在，目前開采的10(含9,11)號煤層，采高6.5 m，離2號煤距離約85 m，必須計算10(含9,11)號煤的導(dǎo)水裂縫帶高度，其目的是判斷煤層開采后覆巖破壞所產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶是否波及到采空區(qū)積水的底界面。按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》(簡稱“三下”采煤規(guī)程)計算：

因此，根據(jù)以上類比關(guān)系，在綜放條件下，煤業(yè)的10(含9,11)煤覆巖中硬類型導(dǎo)水裂縫帶高度為71.3 m，覆巖堅硬類型條件下導(dǎo)水裂縫帶高度可達到103.4 m，已經(jīng)波及到了2,3煤采空區(qū)，采空區(qū)的積水對10煤層的采掘造成水災(zāi)威脅，見圖1。

按照礦井單位涌水量方面評定標準，礦井水文地質(zhì)類型為簡單型。但由于礦井范圍內(nèi)2煤層已采空，10(含9,11)號煤層離2煤距離約85 m，開采形成的裂隙帶已經(jīng)波及2煤采空區(qū)，故采空區(qū)的積水已經(jīng)威脅了10(含9,11)號煤層的生產(chǎn)安全。由此，該礦水文地質(zhì)條件劃分應(yīng)為復(fù)雜型。

3.2 礦井及周邊老空水分布狀況

該礦井由原7個小礦井整合而成，原礦井主要采掘2號,3號煤層。雖然礦方就井田范圍內(nèi)的小窯進行過專項調(diào)查和勘查，已經(jīng)基本掌握大部分小窯的位置及其老空區(qū)的分布狀況、范圍和積水量等，但是尚有少量小窯不能確定其開采的范圍及采空區(qū)積水情況。2號、3號煤層采空積水通過采掘引起的導(dǎo)水裂隙帶對10(含9，11)號煤層工作巷道以及工作面產(chǎn)生影響。根據(jù)《規(guī)定》，該礦的10(含9，11)號煤層老空區(qū)影響的水文地質(zhì)條件為復(fù)雜型。

3.3 礦井涌水量和突水量

通過分析水文地質(zhì)觀測資料，礦井正常涌水量為220 m3/d，實際最大涌水量達到800 m3/h。另外，該礦在整合以前曾發(fā)生過一次突水事故，最大突水量達到1 500 m3/d，持續(xù)10 d，淹了掘進工作面，無人員傷亡。整合后煤礦至今已抽排水量44萬m3左右(共500 d)。由此，根據(jù)《規(guī)定》，礦井水文地質(zhì)類型應(yīng)劃分為簡單型，但由于考慮到曾發(fā)生過突水事故，且突水量較大，故將其劃分為中等型。

3.4 開采受水害影響程度

根據(jù)該礦資料分析，該礦工作面、采掘面、巷道等曾受過一次水害影響，淹沒了部分設(shè)施。煤層有輕緩起伏，一旦發(fā)生水害，必然造成工作面淹沒等安全事故，影響面廣、損失較大。因此，盡管礦井建立了相對完善的防水設(shè)施，根據(jù)《規(guī)定》開采受水害影響程度的劃分標準和劃分標準就高不就低的原則，開采受水害影響程度應(yīng)為復(fù)雜型。

3.5 防治水工作難易程度

礦方曾對周邊小煤窯、老窯、積水區(qū)、采掘情況、地表裂縫、塌陷情況進行了調(diào)查，對開采工作面上方2號煤采空區(qū)積水狀況以及含水層的狀況進行了探測。由于年代久遠，資料不詳?，F(xiàn)采掘的10(含9,11)號煤層易受到采空區(qū)積水的影響，礦井涌水量較大。根據(jù)水文地質(zhì)類型劃分方法，對于偶發(fā)的水害事故(如老空突水)防治水工程量較大，難度較高，礦井水文地質(zhì)類型屬于復(fù)雜型。

4 對防治水工作的結(jié)論與建議

綜合考慮礦井水文地質(zhì)類型劃分的依據(jù)，按《規(guī)定》要求的就高不就低的原則，山西生輝煤礦的水文地質(zhì)類型劃分應(yīng)為復(fù)雜類型。礦井水害防治以“預(yù)測預(yù)報，有疑必探，先探后掘，先治后采”為原則，落實適合本礦井的綜合水害治理措施。對該礦來說，采掘工作面受老空積水的威脅。對該礦在防治水方面需開展的工作提出如下建議：

1)井田范圍存在原老窯井口，需加強對地面老窯井口的封堵工作，以防雨季溝谷積水通過老窯井口灌入井下導(dǎo)致水害。

2)綜合使用各種地面物探方法對礦區(qū)內(nèi)未查明賦水情況的地區(qū)進行探測，查明老空區(qū)積水情況，為礦井探放水和防治水工作提供指導(dǎo)。

3)礦方在采掘10(含9,11)號煤層時，受到老空水的影響，在井下采取超前和頂板富水物探和鉆探手段，防治水害發(fā)生，并根據(jù)探測結(jié)果鉆孔疏放老空水。

4)礦井已有水文地質(zhì)鉆孔較少，未能反映該地區(qū)的整體水文狀況。建議補充水文鉆孔，詳盡掌握礦區(qū)水文條件，提高礦井防治水效果。

5)加強各個崗位人員防治水培訓(xùn)，提高礦井管理人員及井下作業(yè)人員防治水意識、防治水技術(shù)水平。