淺談復(fù)雜條件下礦井水文地質(zhì)類型劃分方法

趙金凱

黑龍江煤田地質(zhì)勘察院，中國·黑龍江 雞西 158100

煤礦生產(chǎn)；水文地質(zhì)；類型劃分；評價標準

1 引言

復(fù)雜條件下礦井水文地質(zhì)類型劃分是保證煤礦安全生產(chǎn)的主要依據(jù)，是防治水安全的重要基礎(chǔ)，自上世紀五十年代起，中國就在逐步探尋煤礦水文地質(zhì)類型劃分的方法，直至上世紀八十年代，中國才構(gòu)建起了完善的煤礦水文地質(zhì)類型劃分體系。在“十三五”規(guī)劃中，中國煤炭開發(fā)重點地域開始轉(zhuǎn)移，而此前的重點開采地區(qū)，因表層的煤炭資源已經(jīng)充分開采，煤礦開采朝著深、復(fù)雜的方向逐步發(fā)展[1]。同時，正在逐步開發(fā)的西部礦區(qū)，卻存在較為突出的涌水風(fēng)險危害。雖然在《煤礦防治水規(guī)定》（2009年）施行后，中國各地煤礦水文地質(zhì)情況已經(jīng)基本實現(xiàn)了“全面摸查”，但是從整體層面上來看，隨著煤礦生產(chǎn)的逐步推進，煤礦水文地質(zhì)條件評價不足、水量數(shù)據(jù)利用程度不足、評價針對性不強等問題也隨之暴露。因此，當下需要進一步對復(fù)雜條件下礦井水文地質(zhì)類型劃分方法進行梳理，以為煤礦生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供可靠參考借鑒。

2 復(fù)雜條件下礦井水文地質(zhì)類型劃分面對的新問題

現(xiàn)如今，對礦井水文地質(zhì)的劃分主要參考《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》、《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》，因煤礦開采會對水文地質(zhì)條件造成影響，所以現(xiàn)如今各地的煤礦水文地質(zhì)發(fā)生了一定的變化，且出現(xiàn)了此前未出現(xiàn)的新問題。

2.1 第四類充水水源

水文地質(zhì)條件勘察中所面對的水體主要為地下水、地表水，地下水主要為碎屑巖類裂隙水、松散巖類孔隙水、可溶性巖類巖溶水，經(jīng)過數(shù)十年的大規(guī)模開采，各地煤礦采空區(qū)的面積越來越大，同時因早期煤礦行業(yè)監(jiān)管不力，部分不規(guī)范小煤礦的不規(guī)范開采，造就了一大批規(guī)模不明、位置不明的煤礦，從而導(dǎo)致現(xiàn)如今的煤礦開采面對極其嚴重的“老空水”情況[2-3]。

煤礦開采遺留下的“采空區(qū)”，其本身聯(lián)通了采空區(qū)上部含水層，地下水、地表水本身的流動狀態(tài)、賦存狀態(tài)已經(jīng)不再是天然狀態(tài)，一是煤礦含水空間不僅僅局限于煤層采空區(qū)，同時還包括上覆的冒落裂隙帶內(nèi)所有巖組；二是含水介質(zhì)本身因煤礦開采發(fā)生變化，具備了裂隙、孔隙雙重特征。因此，煤礦開采目前必須考慮的第四類充水水源，其本質(zhì)是不同于碎屑巖類裂隙水、松散巖類孔隙水、可溶性巖類巖溶水的新型水介質(zhì)，其分布以“塊狀”呈現(xiàn)，且水體的垂直向上厚度較為突出，導(dǎo)水性、富水性也相對明顯[4]。

2.2 煤礦水文地質(zhì)勘查對象的多樣性

一是上覆薄層基巖，上覆薄層基巖本身是在冒落裂隙帶影響下形成了薄層巖體，在煤礦水文地質(zhì)情況勘查的過程中，需要同時勘查新生界松散巖孔隙、上覆基巖含水巖組，尤其是在基巖露出地段或者裂隙發(fā)育地段，地表水可能會直接成為地下水的充水水源，此類水文地質(zhì)勘查情況較為復(fù)雜，目前現(xiàn)行的勘察規(guī)范均沒有詳細的參考內(nèi)容。

二是正常厚度上覆基巖，在煤礦采空區(qū)增加的情況下，正常厚度上覆基巖的勘察需要根據(jù)區(qū)段來調(diào)整具體的勘察方法，尤其是存在開采歷史的區(qū)段，需要充分考慮“老空水”的影響。

三是煤田下組煤，因為淺層煤礦已經(jīng)開采，所以對下部開采造成影響的不僅僅是下伏巖溶裂隙含水巖組，需要在勘察的過程中同時考慮到老空水以及上層巖組[5]。

3 煤礦水文地質(zhì)條件評價與類型劃分

某煤礦建成于上世紀五十年代，在上世紀六十年代正式投產(chǎn)，該煤礦始終采用立井、水平集中運輸大巷、集中上山與階段石門的開拓方式和走向長壁采煤方法，煤礦地層的含水層為砂巖裂隙承壓含水層、奧陶系巖溶裂隙含水層[6]。煤礦于上世紀八十年代發(fā)生陷落柱突水事故，對煤礦生產(chǎn)造成嚴重影響，經(jīng)過修復(fù)后，煤礦于九十年代恢復(fù)生產(chǎn)，隨著“煤礦水文地質(zhì)規(guī)范”的頒布，該煤礦的水文地質(zhì)條件確定為“極復(fù)雜型”，2013年響應(yīng)國家要求，對礦井的水文地質(zhì)類型進行初步評價，凸顯出以下幾個方面的問題：一是礦區(qū)不同開采水平的水文地質(zhì)條件存在明顯差異，無法實現(xiàn)全礦區(qū)水文地質(zhì)條件的統(tǒng)一評價；二是煤礦自上世紀六十年代投產(chǎn)，開采時間較長，煤礦的水文地質(zhì)條件在開采過程中不斷演化，水文地質(zhì)條件類型變化難以評價；三是巖溶陷落柱等特殊的地質(zhì)問題無法實現(xiàn)有效評價。對此，需要基于現(xiàn)有的方法，探尋符合該煤礦水文地質(zhì)條件的水文地質(zhì)類型劃分方法。

3.1 水文地質(zhì)條件評價目標

以“合理評價、準確劃分”為基礎(chǔ)，根據(jù)實際情況制定長期的、短期的、中期的煤礦水文地質(zhì)災(zāi)害防治方案。一是要根據(jù)不同開采水平、不同盤區(qū)、不同階段，制定差異化的評價原則；二是要以“安全生產(chǎn)”為基礎(chǔ)，圍繞“十三五”中要求，對未來一段時間內(nèi)煤礦水文地質(zhì)災(zāi)害的防治提供指導(dǎo)依據(jù)；三是要突出礦區(qū)的敏感區(qū)域、重點區(qū)域。

另外，詳實的資料是進行水文地質(zhì)類型劃分的主要依據(jù)，因該煤礦的建成時間長、水文地質(zhì)條件在長年開采下變化明顯，所以需要根據(jù)煤礦建成、投產(chǎn)的水文地質(zhì)勘察報告作為直接參考治療，同時補充2010年以后的煤礦水文地質(zhì)勘察規(guī)范，補充2010年后的新建成工程[7]。

3.2 水平盤區(qū)差異化評價

該煤礦地下水系統(tǒng)相對獨立，難以用一個水平標準、盤區(qū)標準對整個煤礦的水文地質(zhì)情況進行評價，勉強統(tǒng)一標準必然會導(dǎo)致水文地質(zhì)條件類型的劃分過于復(fù)雜，所以采用“水平盤區(qū)差異化評價方法”?，F(xiàn)如今，該煤礦生產(chǎn)水平分為-310m、-490m、-620m、-800m。

-310m水平的煤礦開采已經(jīng)全面收尾，因-310m水平開采工作開展較早，經(jīng)過數(shù)十年的生產(chǎn)，-310m水平含水層已經(jīng)基本疏干，同時殘余的涌水量也逐步穩(wěn)定。

-490m水平大部分回采完畢，對該水平的評價分類以南翼一石門、南翼一石門～四石門、南翼四石門以南為主。南翼一石門主要體現(xiàn)出導(dǎo)水斷裂、褶皺、構(gòu)造發(fā)育，上世紀七十年代至九十年代，共發(fā)生2次巖溶陷落柱斷裂構(gòu)造突水，如今高區(qū)域仍舊有著10m3/min的涌水量，經(jīng)評價，將南翼一石門盤區(qū)分為“煤層底板受高壓奧灰水復(fù)雜區(qū)”；南翼一石門～四石門有小型斷裂發(fā)育，各個區(qū)域之間的水力不存在直接聯(lián)系，同時水位已經(jīng)降至-500m，評價為“以煤層頂板砂巖裂隙含水為主區(qū)域”；南翼四石門以南，有發(fā)育的大型、中型斷裂，且地表褶皺明顯，地下水系統(tǒng)獨立，評價為“砂巖裂隙含水層充水為主區(qū)域”[8]。

-620m水平區(qū)域進入回采階段，各個水層的補給連續(xù)性不顯著，且水循環(huán)、巖溶發(fā)育均受到一定的影響，經(jīng)過檢測，-620m水平總涌水量僅為“2.7m3/min”，評價為“裂隙薄層灰?guī)r含水層充水為主區(qū)域”。

-800m水平已經(jīng)完成了斜石門建設(shè)、泵房建設(shè)、水倉建設(shè)，測試用水量僅為0.09m3/min，充水以“煤底板巖巷充水”為主要構(gòu)成部分。-620m、-800m水平的預(yù)測結(jié)果相對簡單，基于-310m、-490m的突水資料對-620m、-800m水平進行評價，預(yù)測-620m、-800m水平涌水量，可為未來的采掘工作奠定基礎(chǔ)。

3.3 特殊條件評價

在該煤礦中火成巖巖脈發(fā)育、陷落柱是影響生產(chǎn)最為主要的問題，經(jīng)過勘察，該煤礦共有14個陷落柱，主要分布在煤礦北翼的井口向斜附近，在陷落柱附近的區(qū)域，存在嚴重程度不均等的高水位異常情況。由此，將煤礦北翼的井口向斜作為評價的敏感區(qū)、重點區(qū)，集中評價煤礦北翼的井口向斜陷落柱的發(fā)育特征、突水預(yù)測、防治情況、生產(chǎn)影響?；鸪蓭r巖脈本身對于水文地質(zhì)條件有著一定的影響，火成巖巖脈本身對地下水的走向有著阻礙作用，且讓整個巖溶系統(tǒng)獨立為了不同的子系統(tǒng)，通過綜合分析北翼的井口向斜陷落柱，判斷未來的采掘?qū)τ谙萋渲臄_動程度會逐步減小，北翼的井口向斜陷落柱或不會成為最為主要的水害威脅因素。

4 結(jié)語

綜上所述，復(fù)雜條件下礦井水文地質(zhì)類型劃分應(yīng)該充分考慮到煤礦的勘探現(xiàn)狀、采掘現(xiàn)狀、采掘歷史等技術(shù)性報告，尤其是針對已經(jīng)投產(chǎn)較長時間且條件相對復(fù)雜的礦井，需要采取分盤區(qū)、分水平的評價方法，秉承“安全生產(chǎn)”的基礎(chǔ)性原則，重點揭示目前煤礦的敏感區(qū)、重點區(qū)。文章上述案例中，分盤區(qū)、分水平、劃重點的評價方式，能夠突出煤礦目前存在的差異化水文地質(zhì)情況，對于煤礦水文地質(zhì)條件的劃分有著極其重要的指導(dǎo)意義。上述內(nèi)容在具體的計算方法方面有所欠缺，還望廣大從業(yè)者能夠根據(jù)當前的規(guī)范以及礦區(qū)的實際情況，探尋水害威脅發(fā)展的計算模型，以為煤礦安全采掘奠定基礎(chǔ)。