胡家河煤礦水文地質(zhì)特征及充水因素分析*

王剛

(陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 繼續(xù)教育學(xué)院， 陜西 咸陽市 712000)

1 礦區(qū)概況

胡家河煤礦位于陜西省長武縣境內(nèi)，距長武縣縣城約15 km，礦區(qū)面積55.2394 km2。主采煤層為4#煤，最大厚度達(dá)到26 m，平均厚度接近14.5 m。地質(zhì)儲量接近900 Mt，可采儲量接近400 Mt。胡家河煤礦位于隴東黃土高原東南部，主要地貌形式為黃土塬、梁及河谷平川，塬面相對地勢平坦，周圍有河溝切割發(fā)育[1-2]。

2 水文地質(zhì)特征

2.1 區(qū)域水文地質(zhì)特征

礦區(qū)總體地勢特點(diǎn)為西北側(cè)較高東南側(cè)較低，有涇河扇狀水系發(fā)育，各方向地下水向南、向馬蓮河下游匯集，從彬縣水簾洞區(qū)域流出。胡家河礦區(qū)屬于鄂爾多斯中生代承壓水盆地范疇，屬于白堊系地下水系統(tǒng)涇河～馬蓮河二級地下水系統(tǒng)（見圖1）。該地下水系統(tǒng)分布于白于山以南子午嶺以西，其北以白于山分水嶺為界，東至子午嶺，西與太陽山巖溶和平?jīng)觥珱荜栂嘟?，南?cè)為侏羅系隔水邊界，面積達(dá)到3.45萬km2。該系統(tǒng)為典型的高原盆地，四周中低山環(huán)繞。河水在上游區(qū)滲透補(bǔ)給地下水、六盤山地區(qū)也存在側(cè)向水補(bǔ)給地下水，中下游區(qū)地下水向河谷排泄[3-5]。

2.2 礦井水文地質(zhì)

根據(jù)該區(qū)的含水介質(zhì)及地下水分布規(guī)律，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)條件，以及考慮各含水層（組）的時代、巖性、沉積條件、含水類型、水力聯(lián)系、含水層、隔水層的組合關(guān)系[6]，并結(jié)合對主要可采煤層的影響[7]，從下而上將本礦井分為 7個含水層和 6個隔水層（見圖2）。

2.2.1 含水層

第四系全新統(tǒng)（Q4）潛水含水層呈狹窄帶狀分布于礦井西部涇河河谷，主要由松散層組成，該含水層由砂巖及含泥砂的砂礫卵石層組成，富水性中等，以大氣降水補(bǔ)給為主，受季節(jié)變化影響明顯。第四系上更新統(tǒng)（Q3）含水層是下伏潛水含水層獲得大氣降水補(bǔ)給的唯一通道，主要由淺黃色粉砂質(zhì)粘土組成，其結(jié)構(gòu)疏松，具有較大孔隙，發(fā)育有垂直節(jié)理，厚度在8～15 m，為不含水透水層。第四系中更新統(tǒng)（Q2）潛水含水層主要由淺棕色黃土夾＋多層淺棕紅色古土壤組成，其中巖土層孔隙性較好，夾層古土壤層結(jié)構(gòu)致密均勻。

洛河組（K1）中粗粒碎屑巖含水層主要由紫紅、暗紫紅色中、粗粒砂巖組成，富水性弱～中等，水質(zhì)富含NaSO4、NaCl，礦化度為4.67 g/L，屬微咸水類型。由于礦井內(nèi)廣泛分布有洛河組地層，該地層延展至礦井外較遠(yuǎn)區(qū)域，其抽水孔離補(bǔ)給和隔水邊界有較遠(yuǎn)距離，因此，該含水層為無界承壓含水層。宜君組粗砂巖含水層厚度在30～40 m，主要由紫灰、淺紫紅巨厚層狀中、粗礫巖組成，其夾層含粗礫砂巖透鏡體，礫石成分主要為花崗巖巖屑。由于充填及膠結(jié)致密，因此含水性極弱，為相對隔水層。

圖1 胡家河煤礦所屬區(qū)域水文地質(zhì)分布

圖2 胡家河煤礦主采煤層與含（隔）水層相互關(guān)系

安定組、直羅組復(fù)合含水層由砂礫巖、粉細(xì)粒砂巖及泥巖組成。安定組為較弱含水層，直羅組為相對隔水層。

延安組含煤地層承壓含水巖組厚度在 40～80 m左右，本組含4#煤層及其上部的中粗粒砂巖含水層段和砂礫巖含水層段。據(jù)以往抽水試驗(yàn)結(jié)果判斷其富水性微弱，具有較強(qiáng)的承壓性，補(bǔ)給源較遠(yuǎn)，補(bǔ)給水頭較高。

2.2.2 隔水層

礦區(qū)隔水層段情況見表1。

表1 胡家河煤礦隔水層段情況

2.2.3 地下水補(bǔ)給、徑流和排泄情況

地下水補(bǔ)給來源主要為河流入滲，其次為降水和田間灌溉入滲、相鄰系統(tǒng)側(cè)向補(bǔ)給。排泄方式 主要為向地表水體排泄，其次為潛水蒸發(fā)和人工開采。

（1）井區(qū)補(bǔ)給條件。胡家河煤礦井區(qū)主要為第四系或新近系覆蓋，厚度較大，鉆孔揭露最大厚度達(dá)到270 m，一般厚度在80～190 m；加之塬面較為平坦，黃土中上部孔隙較大，利于大氣降水的入滲補(bǔ)給，水體滲入后儲存于塬面第四系中更新統(tǒng)（Q2）中。黃土中的地下水以大氣降水補(bǔ)給為主。

（2）井區(qū)徑流條件。黃土中淺層地下潛水由塬面中心地段向塬四周徑流，徑流條件較好。

（3）井區(qū)排泄條件。胡家河煤礦井區(qū)部分以人為排水形式排泄，洛河組含水層主要在涇河較低地段以滲出形式排泄。由于近年來在涇河河谷施工的鉆孔在揭露洛河組含水層后，洛河組承壓水以少量點(diǎn)狀鉆孔涌出形式排泄。天然狀況下延安組承壓水在礦井只能由北向南徑流。

3 礦井充水因素分析

3.1 充水水源

4#煤回采會影響到洛河組含水層，煤層回采形成的冒裂帶采高控制在12 m，對比洛河組上、下段厚度，井區(qū)生產(chǎn)過程中頂板形成涌水量相對較大。

胡家河煤礦已采3個工作面，采空區(qū)均存有積水，且采后出水量較大，是礦井涌水量的主要組成部分。隨著已采工作面逐步增加，采空區(qū)出水量及所占比例也逐漸增大，成為礦井的主要充水水源之一。洛河組含水層、煤層頂部延安組、直羅組砂巖含水層以及采空區(qū)積水形成了胡家河煤礦井區(qū)的充水水源主體。

3.2 充水通道

胡家河煤礦構(gòu)造以小斷層為主。礦井充水通道中采掘擾動形成的頂板裂隙、斷裂裂隙成為井區(qū)主要的充水通道。據(jù)胡家河煤礦頂板破壞發(fā)育高度實(shí)測數(shù)據(jù)可知，主采4#煤冒裂帶將影響洛河組，使延安組、直羅組和洛河組含水層水通過采動裂隙成為礦井的充水水源。

3.3 充水強(qiáng)度

洛河組裂隙承壓含水巖組是礦井的主要充水含水層，其特點(diǎn)為分布廣，厚度大，富水性弱至中等，形成出水量較大，持續(xù)性強(qiáng)。據(jù)煤層回采形成的頂板兩帶實(shí)測資料分析，該含水層受煤層開采產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶影響，地下水通過導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)入礦坑，成為礦井的涌水量；據(jù)胡家河煤礦井區(qū)以往工作面涌水量資料顯示，洛河組含水層涌水在 400 m3/h以上，其首采面涌水量峰值更高。各工作面采后出水特征為水量大并衰減緩慢，說明洛河組含水層補(bǔ)給較充足，作為主要充水水源，其充水強(qiáng)度大，在局部區(qū)域甚至可能造成突水事故，對煤層開采存在一定威脅。

構(gòu)造的發(fā)育對含水層充水強(qiáng)度有一定影響，尤其是向斜構(gòu)造。井區(qū)資料顯示，向斜軸部區(qū)域一般為含水層相對富水區(qū)，頂板涌水量增大；井區(qū)一個工作面中部為向斜軸部，在回采過程中涌水量增大。

4 結(jié)論與建議

（1）理論上，在地面布設(shè)直通式導(dǎo)流孔，直通式導(dǎo)流孔可以疏放洛河組底部積水，但井區(qū)地表施工條件差，因此，地面直通式鉆孔施工方案不適合。

（2）胡家河煤礦煤層頂板延安組和直羅組砂巖含水層富水性弱，通過裂隙直接充水，其水量小，易于疏干；洛河組含水層通過煤層回采頂板覆巖破壞裂隙充水，其水量較大，持續(xù)性強(qiáng)，有可能造成突水，對煤層開采威脅較大。

針對以上水文地質(zhì)特征，建議加大工作面臨時排水系統(tǒng)，避免影響生產(chǎn)的接替；盡可能使工作面涌水自流，將回采影響降至最??；應(yīng)對排水系統(tǒng)進(jìn)行重新核定，必要時進(jìn)行排水系統(tǒng)改擴(kuò)建。