西馮街煤業(yè)礦井水文地質(zhì)特征與防治水措施

侯超鵬

（山西陽城陽泰集團西馮街煤業(yè)有限公司，山西 陽城 048100）

我國是世界上受礦井水害威脅最嚴重的國家之一，歷史上曾多次發(fā)生淹井、透水事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失[1-2]。有關(guān)統(tǒng)計顯示，我國有85%以上的水害事故是采空區(qū)積水及底板高壓水造成的。截至目前，我國受水害威脅的礦井超過8 000座，礦井水害是制約我國煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一[3-5]。西馮街煤業(yè)井田位于山西陽城，隸屬潤城鎮(zhèn)管轄。礦井采用下行式開采，目前礦井開采3#煤層，下煤組可采煤層包括9#煤層和15#煤層，屬于太原組含煤地層。3#煤層厚度5.93～6.73 m，9#煤層厚度0.29～1.75 m，15#煤層厚度1.60～2.60 m。井田內(nèi)構(gòu)造簡單，斷層不發(fā)育，主要構(gòu)造表現(xiàn)為背向斜相間的平緩褶皺。

1 礦井水文地質(zhì)特征分析

西馮街井田位于太行山脈西側(cè)，沁河、蘆葦河流經(jīng)井田東部和西南邊界。

1.1 井田含水層

（1）第四系松散沉積孔隙含水層

第四系松散沉積孔隙含水層水位埋深0.60～3.40 m，受季節(jié)性影響明顯，涌水量受埋深、補給影響較大，最大涌水量在13.3 L/s 以上。

（2）二疊系上統(tǒng)石盒子組砂巖裂隙含水層組

由多層中、粗、細不同粒級的砂巖構(gòu)成，單層巖層厚度5.00～10.00 m，含水層由大氣降水、鄰近含水層滲透補給，受季節(jié)性影響明顯，富水性較弱。

（3）二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層組

為多層中細粒砂巖，厚度2.00～5.00 m，由上部含水層滲透補給，富水性較弱，受3#煤采空區(qū)積水影響明顯。

（4）石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層組

含水層埋藏較深，靜水位標(biāo)高+461.96～+489.71 m，單位涌水量為0.012 2～0.017 8 L/s·m，滲透系數(shù)為0.015 7～0.055 2 m/d，由泥巖隔水層（厚度20～50 m）分隔，水力聯(lián)系較弱，由地下水及3#煤采空區(qū)積水滲透補給，富水性較差。

（5）中奧陶統(tǒng)灰?guī)r巖溶裂隙含水層組

奧灰含水層組埋深較大，為承壓水，水位標(biāo)高+476～+500m，單位涌水量為0.006 6～2.763 2 L/s·m，滲透系數(shù)為0.008 4～1.833 5 m/d，富水性較強。

1.2 井田隔水層

（1）本溪組及太原組底部泥巖、鋁土質(zhì)泥巖隔水層組

平均厚度17.00 m 左右，間距由15#煤底板至奧陶系灰?guī)r頂板，隔水層巖性致密，不透水，隔水性能良好，為西馮街井田內(nèi)主要的隔水層。

（2）石炭系、二疊系含水層層間隔水層

為石炭系與二疊系含水層間泥質(zhì)巖層，厚度20～50 m，巖性致密，隔水性好，層間水力聯(lián)系減弱；近地表段受風(fēng)化、構(gòu)造等影響，隔水性能受到影響。

1.3 采空區(qū)積水區(qū)

（1）井田內(nèi)采空積水區(qū)分布

井田內(nèi)3#煤層已大面積采空，采空區(qū)積水24處，合計面積534 480 m2，積水總量448 856 m3，如圖1所示。9#煤層、15#煤層為實體煤，暫無采空區(qū)。

圖1 井田3#煤層采空區(qū)積水分布

（2）周邊礦井采空區(qū)積水分布

井田北部外的沁和能源集團有限公司永紅煤礦在井田邊界附近分布3 處采空積水區(qū)，積水面積52 155 m2，積水量79 728 m3；井田南部的山西晉煤集團晉圣上孔煤業(yè)有限公司在井田邊界附近分布2 處3#煤層采空積水區(qū)，積水面積55 039 m2，積水量86 895 m3。上述5 處于采空積水區(qū)與礦井采掘活動范圍之間存在礦界保護煤柱，不會對礦井采掘活動造成威脅，如圖2所示。

圖2 周邊礦井采空區(qū)積水分布

2 礦井充水水源與充水通道

2.1 礦井充水水源

（1）大氣降水

礦井涌水量受降水影響明顯，根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)報告和地區(qū)水文氣象資料，降水后約10～15天，礦井涌水量明顯增加，表明大氣降水為主要補給來源。

（2）地表水體

井田內(nèi)體主要為蘆葦河，河床平均寬50～100m，屬于常年性河流，水量隨季節(jié)變化，流量一般0.22～9 m3/s，雨季時，地表水通過導(dǎo)水通道進入礦井。

（3）3#煤層頂板砂巖裂隙水

3#煤層頂板砂巖含水層受大氣降水和上部含水層滲透補給，為3#煤層直接充水水源，涌水點最大涌水量2.2 m3/h。

（4）奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水

開采3#煤層大部分區(qū)域底板標(biāo)高均低于奧灰水位標(biāo)高，屬于帶壓相對安全區(qū)。一般情況下，底板奧灰水不會造成威脅，但奧灰水受水壓影響，沿導(dǎo)水通道向上進入上層含水層及煤層，可對礦井涌水量產(chǎn)生較大影響。

（5）老空區(qū)積水

由于礦井開采年限較長，井田內(nèi)廢棄巷道、小窯及采空區(qū)積水是西馮街煤業(yè)的重要充水水源，井田內(nèi)3#煤層采空區(qū)積水24 處，積水總量448 856 m3。

綜上所述，礦井充水水源主要有大氣降水、地表水、頂板砂巖水以及采空區(qū)積水。其中，地表水和砂巖水是主要補給來源，底板奧灰水對開采的影響受構(gòu)造發(fā)育程度及其導(dǎo)水性影響。

2.2 充水通道

本礦井正常涌水量12 m3/h，最大涌水量36 m3/h，井田內(nèi)主要充水通道為開采導(dǎo)水裂縫帶。3#、9#、15#煤層開采導(dǎo)水裂縫帶高度分別為65.48 m、34.08 m、57.2 m，其中井田內(nèi)3#煤層埋藏較淺 （約100～260 m），3#煤層的充水通道為覆巖裂隙及開采導(dǎo)水裂縫帶。

3#煤與9#煤層間距55.59 m，9#煤、15#煤層間距37.34 m。9#煤開采導(dǎo)水裂縫帶高度為34.08 m，小于3#、9#煤層間距55.59 m，9#煤開采受上覆采空區(qū)積水影響較??；15#煤層導(dǎo)水裂縫帶高度57.2 m，大于9#、15#煤層間距37.34 m，15#煤層開采受上覆采空區(qū)積水影響較大。

3 礦井防治水措施

3.1 地表水的防治措施

井田東部、東南部沁河河谷附近3#煤層埋深較淺，尤其是東南部存有風(fēng)化剝蝕，開采3#煤層導(dǎo)水裂縫帶高度能夠直達地表，地表水可能進入礦井，增加礦井涌水量。因此，開采過程中應(yīng)定期監(jiān)測地裂縫及地面沉降，及時處理地面裂縫和塌陷，專人巡查，雨季增加巡查次數(shù)，嚴防地表水潰入井下。

3.2 對頂板含水層水的防治措施

井田中部3#煤層埋藏較深，導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育的高度可以波及頂板二疊系下石盒子組砂巖裂隙含水層，成為頂板砂巖裂隙水滲入巷道的充水通道。

井田內(nèi)該含水層整體富水性弱，但具有一定的補給來源，今后開采過程中應(yīng)加強對該含水層的富水區(qū)域的疏放，加強涌水量觀測頻率，及時調(diào)整礦井以及工作面排水系統(tǒng)，確保及時將井下涌水排出礦井。

3.3 對底板奧灰水的防治措施

井田內(nèi)構(gòu)造表現(xiàn)為一寬緩的背斜構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單型。開采3#煤層大部分區(qū)域底板標(biāo)高均低于奧灰水位標(biāo)高，屬于帶壓相對安全區(qū)，一般情況下，底板奧灰水不會造成威脅，但在采掘過程中，仍應(yīng)對底板奧灰水情況進行監(jiān)測，及時注意底板涌水情況，同時應(yīng)加強對構(gòu)造的發(fā)育程度以及構(gòu)造的導(dǎo)（富）水性的探測。

4 結(jié)語

礦井水害作為煤礦安全生產(chǎn)五大災(zāi)害之一，直接威脅到煤礦的安全開采。本文分析了西馮街煤業(yè)井田內(nèi)含水層、隔水層分布特征，描述了西馮街煤業(yè)井田內(nèi)及周圍3#煤層采空區(qū)積水分布特征，分析了礦井充水水源與充水通道，基于此，提出了對地表水、頂板含水層水、以及底板奧灰水的防治措施，為西馮街煤業(yè)3#煤層及下煤組安全開采提供地質(zhì)保障。