開灤西場(chǎng)煤礦水文地質(zhì)條件分析

摘要：開灤煤礦建井以來(lái)，下部煤層開采受地下水的威脅。本文通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)條件的分 析，揭示礦井充水的可能性，進(jìn)一步分析構(gòu)造對(duì)地下水的控制作用。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)條件;充水水源;導(dǎo)水通道

一、概括

西場(chǎng)礦業(yè)分公司位于河北省唐山市豐潤(rùn)區(qū)境內(nèi)，北靠燕山，南望渤海，與京津城市相連，處于環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)腹地。井田面積40.5km2。開采煤層多，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。地層分布為中石炭統(tǒng)唐山組，上石炭統(tǒng)開平組、趙各莊組，下二疊統(tǒng)的大苗莊組、唐家莊組。主采煤層為5、7、8、9、11、12-1、12-2、12下、14煤層，其厚度分別為1.1m、1.15m、3.53m、4.10m、2.18m、2.23m、2.52m、1.13m、1.76m。此礦井采用立井多水平階段石門開拓，劃分四個(gè)水平，分別為-500m水平、-690m水平、-950 m水平和-1200m水平。礦區(qū)最大向斜為開平向斜，延展長(zhǎng)度達(dá)60km，長(zhǎng)寬比約5：1，向斜總面積約800km2。

二、充水水源

（一）大氣降水、地表水、潛水

大氣降水、地表水均是井田內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，它們分別通過(guò)基巖裸露區(qū)及風(fēng)化帶滲入補(bǔ)給，通過(guò)順層徑流，但在此地區(qū)受地形及基巖裂隙發(fā)育程度的控制，補(bǔ)給量有限。次煤田存在三個(gè)隔水層及地表河流少的原因，因此大氣降水、地表水和潛水對(duì)礦井涌水量影響甚小。

（二）含水層水

井田內(nèi)的三大含水系統(tǒng)—第四系沖積層孔隙承壓含水層、石炭-二疊系砂巖裂隙承壓含水層和中奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，有以下特征：

（1）第四系沖積層孔隙承壓含水層水

第四系沖積層覆蓋于含煤地層之上，全區(qū)分布，不整合于古生代地層之上，北薄南厚，較均勻地漸變，車54和車60孔一線以北為厚度小于180m的寬緩平臺(tái)，向南一般以每公里50～60m的幅度增厚，到南緣厚度達(dá)到650m。第四系全為松散沉積物，此孔隙含水層水量充沛，含水性強(qiáng)，但變化較大。單位涌水量0.275～2.258L/ s·m，滲透系數(shù)0.371～4.846m/d，水溫12～18.5℃，富水性強(qiáng)，水量充沛，為煤系含水層的間接補(bǔ)給水源，但如有構(gòu)造導(dǎo)通，則該含水層也有可能成為礦井涌水的直接水源，

（2）石炭-二疊系砂巖裂隙承壓含水層

石炭-二疊系煤系含水層伏于新生界松散層之下。泥巖中所夾的砂巖，為本組裂隙的賦水層。沉積穩(wěn)定富水性弱，地下水徑流緩慢，不易流動(dòng)。因?yàn)槭歉羲畬樱鄮r）含水層（砂巖）交替產(chǎn)出，所以含水層厚度薄，無(wú)構(gòu)造溝通時(shí)，各含水層無(wú)水力聯(lián)系。以水源為背景，按水位（頭）、水化、水溫的連續(xù)與差異以及鉆孔抽水流場(chǎng)反映，可將本區(qū)含煤地層劃分為四組十段。其中5煤頂100m為強(qiáng)含水層，單位涌水量以及滲透系數(shù)相對(duì)較大，對(duì)5煤以下8、9等主采煤層的開采存在安全隱患。

（3）奧陶系灰?guī)r含水層

奧陶系灰?guī)r含水層不整合于含煤地層之下。本區(qū)有十二個(gè)鉆孔揭露此層，除車43、車59兩孔揭露較厚（73.26m和97.38m），一般揭露厚度多小于10m，但推測(cè)其厚度大于400m?；?guī)r含水層巖溶比較發(fā)育，多以溶孔為主，連通性比較好，所以富水性較強(qiáng)。單位涌水量為0.799～1.794 L/ s·m，滲透系數(shù)3.405～10.385m/d。本層含水性強(qiáng)，對(duì)供水是一良好層位，但對(duì)礦井深部的安全采掘威脅甚大。

（三）老空水

西場(chǎng)礦在建井、水平延伸、新區(qū)域施工及最上方煤層回采中，充水水源主要為含水層水，而在下方煤層回采中，老空水就成為了主要充水水源。本礦井在生產(chǎn)過(guò)程中，由于工作面的布置、頂?shù)装宓膸r性特征及涌水等因素，在采空區(qū)或廢巷，有可能存在不同形式的積水。一旦施工工程接近、揭露或冒落帶導(dǎo)通這些積水，便可涌入井巷，發(fā)生老空區(qū)突水事故。而且老空水是長(zhǎng)期積存起來(lái)的，多為酸性水，有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)礦山設(shè)備危害甚大。

三、充水通道

通過(guò)十幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，西場(chǎng)井田范圍內(nèi)充水通道主要有以下三種方式：

（一）直接揭露含水層

根據(jù)開采煤層與含水層的關(guān)系，可分為直接充水水源和間接充水水源。從目前礦井的開采區(qū)域看，直接充水水源為A0～A、A～5煤頂、12煤～14煤含水層組。

（二）斷裂帶導(dǎo)水

本井田構(gòu)造發(fā)育。通過(guò)建井及生產(chǎn)階段來(lái)看，大部分?jǐn)鄬游磁c含水層導(dǎo)通或不導(dǎo)水，然而有些斷層天然條件下是隔水的，但是當(dāng)開采礦層時(shí)，采場(chǎng)內(nèi)的斷層會(huì)由于開采造成的礦山壓力的變化而“活化”，從而引發(fā)突水。如建井初期，-230m水平北二頂板繞道利用管棚技術(shù)順利通過(guò)F2（落差35m）斷層組，一年半后發(fā)生了遲到突水，最大涌水量3.0m3/min，并伴隨有大量的黃泥、卵礫石等物，判斷為導(dǎo)通沖積層水。

（三）采礦造成的裂隙通道

巷道掘進(jìn)和工作面回采時(shí)，都會(huì)對(duì)原有圍巖產(chǎn)生影響，當(dāng)產(chǎn)生的裂隙導(dǎo)通含水層或其他水源時(shí)，這些水也會(huì)順采動(dòng)裂隙進(jìn)入礦井。如2011年11月18日13時(shí)30分，2089采面28至35組架間滴淋水，水量為0.2m3/min，出水形式由滴淋水逐漸變成淋水，出水面積逐步向上、下出口方向發(fā)展。16時(shí)，采面1至82組架間普遍淋水，后淋水范圍由82組向下縮小，采面水量開始逐漸減少， 23時(shí)，采面淋水范圍為66至下出口，采面水量為1.0m3/min，下運(yùn)老空水量為0.6m3/min，工作面總水量為1.6m3/min。水呈乳白色，且無(wú)異味。截止2011年11月29日，2089下采面內(nèi)已無(wú)水，下運(yùn)老空水量為0.4m3/min。經(jīng)分析為工作面回采垮落后，裂隙導(dǎo)通煤5頂板含水層所致。

四、充水量狀況

在建井初期，隨著巷道開拓工程不斷揭露各含水層，礦井涌水量逐年增加。之后由于礦井含水層本身的自然衰減及本礦注漿堵水工作的開展（如：水倉(cāng)、軌道中石門、201廢巷明水注漿堵水等），涌水量逐漸減少，有下降的趨勢(shì)。雖然2002年之后又呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但2007年之后涌水量明顯下降，目前涌水量基本維持在33.0m3/min左右。

五、結(jié)語(yǔ)

開平煤田為東北向大型復(fù)合式含煤向斜構(gòu)造。隨著回采工作的不斷進(jìn)行，再加上礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、隱蔽、不確定性，使得礦井受含水層突水的威脅日趨嚴(yán)重。本文通過(guò)對(duì)開灤井田水文地質(zhì)條件分析，有助于其他井田參考，以便更好做好井田防治水工作。

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[4]張洪杰.開灤西場(chǎng)礦井水文地質(zhì)類型劃分[D].河南理工大學(xué).2019.

作者簡(jiǎn)介：

張洪杰（1997-）男，漢族，單位：成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，籍貫：河南開封，在讀研究生，地質(zhì)工程專業(yè)。