牛山煤業(yè)礦井水文地質(zhì)類型劃分

侯志鵬

（山西高平科興牛山煤業(yè)有限公司，山西 晉城048400）

山西高平科興牛山煤業(yè)有限公司于2011年1月8日正式開工建設(shè)，于2017年1月4日開始進(jìn)行聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)，現(xiàn)開采3號(hào)、9號(hào)煤層，未來三年礦井設(shè)計(jì)采掘15號(hào)煤層，為實(shí)現(xiàn)9號(hào)、15號(hào)煤層配采，礦井生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到120萬t/a，特進(jìn)行水文地質(zhì)類型劃分。

1 礦井水文地質(zhì)條件

井田主要含水層自上而下有：第四系松散孔隙水含水層、下石盒子組、山西組碎屑巖裂隙水含水層、太原組碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙巖溶水含水層、奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r巖溶裂隙含水層。第四系松散孔隙水含水層，巖性為粉土，含細(xì)砂、礫砂及少量礫石地層厚3.0～7.0 m，水位埋深1.4～2.2 m，單井出水量0.94 L/s，水質(zhì)類型HCO3·SO4-Ca。下石盒子組、山西組碎屑巖裂隙水含水層，主要為山西組與下石盒子組砂巖及風(fēng)化帶，多分布于3號(hào)煤層上覆巖體段，井田內(nèi)無勘探孔資料，據(jù)區(qū)內(nèi)雨季小泉出露點(diǎn)調(diào)查，泉流量小于1.0 L/s。太原組碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙巖溶水含水層，為K2、K4、K5灰?guī)r和K2、K5灰?guī)r之間的砂巖，累計(jì)厚度24.13 m。奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r巖溶裂隙含水層為煤系地層之基盤，井田內(nèi)無出露，巖性為海相厚層狀石灰?guī)r及薄層泥灰?guī)r，局部巖溶發(fā)育，該含水層總厚約360～400 m。

礦井區(qū)域內(nèi)主要有第四系松散層隔水層、二疊系層間隔水層、太原組底部本溪組隔水層。

1）第四系松散層隔水層巖性為紅色黏土、粉質(zhì)黏土，大面積分布，阻隔大氣降水對(duì)孔隙含水層的補(bǔ)給或?qū)ζ湎嘛L(fēng)化巖石含水層補(bǔ)給，為良好的隔水層。

2）二疊系層間隔水層，該組地層主要分布可采的3號(hào)煤層，其上覆巖體含水與隔水層多呈互層狀分布，隔水層巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖，呈層狀分布于各砂巖含水層之間，阻隔了各砂巖含水層之間的水力聯(lián)系。

3）太原組底部本溪組隔水層，位于石炭系上統(tǒng)太原組15號(hào)煤層下部，巖性為鋁土泥巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖，巖性致密細(xì)膩，厚度一般為1.40～15.02 m，阻隔了奧陶系巖溶水和上覆各含水層的水力聯(lián)系。

2 礦井充水條件

2.1 大氣降水及地表水對(duì)礦井開采的影響

井田內(nèi)無大的地表水體及河流，在雨季最高洪水位高出河床0.5～2.0 m，洪水位最高標(biāo)高約807.0 m，礦井主斜井井口標(biāo)高為850.597 m，副斜井井口標(biāo)高為849.914 m，回風(fēng)立井井口標(biāo)高848.000 m。因此，其洪水不會(huì)對(duì)井口有淹井的威脅。

2.2 含水層水

1）3號(hào)煤層上覆巖體砂巖裂隙水。3號(hào)煤層頂板直接充水含水層為二疊系山西組及下石盒子組砂巖裂隙含水層，在井田中部較大面積出露，易接受大氣降水補(bǔ)給，而井田南部含水層埋藏較深，接受補(bǔ)給條件較差。3號(hào)煤層開采后形成導(dǎo)水裂隙，可溝通上覆各含水層，導(dǎo)致含水層水沿導(dǎo)水裂隙帶向礦井充水，成為3號(hào)煤層開采的直接充水含水層。

2）9號(hào)、15號(hào)煤層頂板砂巖及石灰?guī)r裂隙水。9號(hào)煤層和15號(hào)煤層的頂板直接充水含水層為太原組的灰?guī)r巖溶裂隙含水層，由K2、K3、K4、K5灰?guī)r組成，其中K2灰?guī)r層為15號(hào)煤層的直接頂板，K5灰?guī)r層為9號(hào)煤層的頂板，其含水特征與K2灰?guī)r相似，據(jù)ZK401水文地質(zhì)孔資料，該組地下水水位標(biāo)高736.93 m，單位涌水量0.004 84 L/s·m，滲透系數(shù)0.042 8 m/d，為弱富水性含水層，受補(bǔ)給條件限制，一般對(duì)9號(hào)、15號(hào)煤層礦井充水影響較小。

3）奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r巖溶裂隙水。井田內(nèi)奧灰水水位標(biāo)高為+609～+614 m，3號(hào)煤層最低標(biāo)高為+670 m，9號(hào)煤層最低標(biāo)高為+620 m，15號(hào)煤層最低標(biāo)高為+570 m，3、9號(hào)煤層不存在奧灰水帶壓開采問題。15號(hào)煤層最低標(biāo)高低于奧灰水水位，局部存在奧灰水帶壓開采問題。

2.3 老空積水分析

根據(jù)水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告，井田內(nèi)采空積水區(qū)27處，總積水面積684 729 m2，總積水量562 859.36 m3，水文地質(zhì)資料清楚，嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦防治水細(xì)則》執(zhí)行，對(duì)本井田無水害威脅。

2.4 導(dǎo)水裂隙帶

3號(hào)煤層頂板抗壓強(qiáng)度22.0～32.3 MPa，主要巖性為砂巖、砂質(zhì)泥巖，屬中硬巖；9號(hào)煤層頂板抗壓強(qiáng)度32.3～37.5 MPa，主要巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖，屬中硬巖；15號(hào)煤層頂板抗壓強(qiáng)度82.3～96.7 MPa，主要巖性為灰?guī)r，屬堅(jiān)硬巖。

中厚煤層分層開采導(dǎo)水裂縫帶最大高度計(jì)算公式，對(duì)3、9、15號(hào)煤層的導(dǎo)水裂縫帶進(jìn)行計(jì)算。公式如下：

中硬巖導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算公式：

堅(jiān)硬巖導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算公式：

式中：Hil為導(dǎo)水裂隙帶高度，m；ΣM為煤層累計(jì)采厚，m。

2.4.1 3號(hào)煤層導(dǎo)水裂縫帶高度

根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，3號(hào)煤層經(jīng)過開采后導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度是49.19～67.58 m，而3號(hào)煤層頂板至K8底板的平均距離為35.47 m，至地表間距為51.15～190.36 m，故3號(hào)煤層導(dǎo)水裂縫帶可溝通K8含水層，局部可溝通至地表，從而成為K8砂巖裂隙含水層、第四系松散沉積物孔隙含水層甚至是地表水滲入井下的充水通道。

2.4.2 9號(hào)煤層導(dǎo)水裂縫帶高度

根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，9號(hào)煤層開采后的導(dǎo)水裂縫帶最大發(fā)育高度是40.23 m，9號(hào)煤層的頂板至3號(hào)煤層的底板落差是38.34～75.38 m，9號(hào)煤層的頂板至K5的底板平均落差為26.12 m，9號(hào)煤層的頂板至K6的底板落差平均是45.16 m，9號(hào)煤層的頂板至K7的底板落差平均是46.22 m，9號(hào)的煤層最大導(dǎo)水裂縫帶高度和3號(hào)煤層的底板擾動(dòng)破壞帶深度之和是56.33 m，故本井田范圍內(nèi)開采9號(hào)煤層所形成的導(dǎo)水裂縫帶將有可能溝通K5灰?guī)r的含水層，可能會(huì)溝通或部分溝通K6、K7的含水層以及3號(hào)煤層的老空積水。

2.4.3 15號(hào)煤層導(dǎo)水裂縫帶高度

由以上計(jì)算結(jié)果得知，15號(hào)煤開采后的導(dǎo)水裂縫帶最大發(fā)育高度是56.86～79.20 m，而15號(hào)與9號(hào)煤層間距為41.44～47.77 m，故本井田開采15號(hào)煤層所形成的導(dǎo)水裂縫帶可溝通K2、K3、K4灰?guī)r含水層以及9號(hào)煤層開采所產(chǎn)生的采空區(qū)積水，在9號(hào)煤層采動(dòng)裂隙的影響下，上覆3號(hào)煤層采空積水也間接對(duì)15號(hào)煤層開采產(chǎn)生影響。

2.5 未封閉和封閉不良的鉆孔

井田內(nèi)有鉆孔26個(gè)。2009年至2010年施工的14個(gè)鉆孔、2012年施工的6個(gè)鉆孔、以及2013年與2014年施工的2個(gè)鉆孔，封孔質(zhì)量均在乙級(jí)以上，均用水泥砂漿全孔封閉，封孔質(zhì)量合格。

3 涌水量預(yù)測(cè)

本礦外南部的新莊煤礦，開采9號(hào)煤層，生產(chǎn)能力為90萬t/a，現(xiàn)礦井正常涌水量21.8 m3/h，最大涌水量為26.8 m3/h。主要為頂板淋水及滲水，其水文地質(zhì)條件與本礦基本相似，采用富水系數(shù)比擬法預(yù)算本礦120萬t/a生產(chǎn)能力時(shí)的礦井涌水量。計(jì)算公式：

式中：Q為設(shè)計(jì)礦井涌水量，m3/h；Q0為現(xiàn)采煤礦礦井涌水量，m3/h；P0為現(xiàn)采煤礦的生產(chǎn)能力，萬t/a；P為煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，萬t/a。

計(jì)算結(jié)果：開采9號(hào)煤層生產(chǎn)能力達(dá)到120萬t/a時(shí)，礦井正常涌水量為29 m3/h，最大涌水量為36 m3/h。

預(yù)測(cè)當(dāng)?shù)V井9號(hào)煤、15號(hào)煤按1∶3配采，礦井正常涌水量61 m3/h，礦井最大涌水量為73 m3/h。

4 礦井水文地質(zhì)類型

根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》要求，對(duì)本井田9號(hào)、15號(hào)煤層進(jìn)行礦井水文地質(zhì)類型的劃分均為中等。