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【摘要】

本文依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，通過分析礦井受采掘破壞影響的含水層性質(zhì)及補(bǔ)給條件、富水性、礦井及周邊老窯水分布狀況，礦井涌水量、突水量，受水害影響程度，對(duì)礦井水文地質(zhì)類型進(jìn)行劃分。以內(nèi)蒙古烏海市海南區(qū)路天煤礦為例，簡(jiǎn)單分析了礦井水文地質(zhì)類型劃分的要點(diǎn)，并對(duì)煤礦防治水措施提出建議。

【關(guān)鍵詞】

礦井；水文地質(zhì)；防治水措施

一、礦井概況

路天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市東南45km，處于桌子山煤田公烏素精查區(qū)3—17號(hào)勘探線之間，行政區(qū)劃隸屬烏海市海南區(qū)公烏素鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)內(nèi)地表大部為第四系風(fēng)積砂覆蓋，只在局部地區(qū)零星出露石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組地層。主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組（C2t）和二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）。根據(jù)鉆孔揭露及區(qū)域地層資料，區(qū)地層由老至新有：中奧陶統(tǒng)（O2）；石炭系上統(tǒng)太原組（C2t）；二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）；第四系（Q）。井田位于桌子山煤田南部，西來峰逆斷層以西拉僧仲?gòu)R背斜向南傾沒部分，次一級(jí)的褶曲為礦區(qū)基本構(gòu)造形態(tài)，斷層也比較發(fā)育，主要構(gòu)造線方向?yàn)楸北睎|向。區(qū)內(nèi)無火成巖活動(dòng)，根據(jù)地質(zhì)勘探及礦區(qū)揭露的資料，現(xiàn)將本區(qū)的主要構(gòu)造分述如下：（1）褶曲公烏素背斜:位于礦區(qū)中部，走向北北東向，自南向北傾沒，礦區(qū)出露3公里。西翼傾角10°～15°，東翼傾角15°～18°，其軸部煤層賦存較淺，有利于露天開采。公烏素向斜:位于公烏素背斜之東與其相鄰，向斜軸北北東向，全長(zhǎng)6.5公里，東翼被公烏素逆斷層所破壞，西翼傾角15°～18°，開闊平緩適于露天開采。S3向斜:位于礦區(qū)南部，全長(zhǎng)2.2公里，西翼傾角4°～9°，東翼傾角5°～10°。（2）斷層井田斷層發(fā)育，按其走向分為兩類，一類是北北東向，多為逆斷層，落差較大，另一類為北東向或東西向，多為正斷層，傾角比較大，但落差不大本區(qū)構(gòu)造以舒緩的背向斜為主體，伴有近南北向的逆斷層和東西向的正斷層，斷層數(shù)量雖多但不密集，故本區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度為中等類型。目前主采16#煤層，厚度為平均7.96m，煤層傾角為7~16°，采用綜采放頂煤開采，采2.63m，其余為放頂煤。在礦井內(nèi)16#煤層埋深基本在200m以內(nèi)，開采形成的塌陷區(qū)采用填埋。

二、礦井水文地質(zhì)類型劃分

（一）區(qū)域水文地質(zhì)概況桌子山煤田北起千里山之北部，南至雀兒溝以南。南北長(zhǎng)近100公里，東西寬約5—25km，總面積約300km2。煤田東西兩側(cè)之桌子山、崗德爾山呈南北向延伸，構(gòu)成中高山地。煤田內(nèi)地形以寬谷洼地為主，其間山丘起伏，階地發(fā)育。其總體地形呈東高西低之勢(shì)，溝谷發(fā)育。受地形影響，水流由東向西注入黃河。各溝谷均為季節(jié)性逕流，平時(shí)干涸無水，雨季山洪暴發(fā)，可形成洪流，歷時(shí)短，雨后數(shù)小時(shí)即近于干涸。黃河距本區(qū)約12km，為煤田附近的唯一地表水體，水位標(biāo)高平均1065m，比煤田標(biāo)高低100m左右。煤田與黃河之間賦存著巨厚的隔水巖層，因此，黃河與煤田無直接水力聯(lián)系。

（二）含水層依據(jù)1989年《內(nèi)蒙古自治區(qū)伊克昭盟桌子山煤田公烏素礦區(qū)精查地質(zhì)報(bào)告》水文地質(zhì)資料，本區(qū)的含水層條件如下：（1）松散巖層孔隙潛水含水巖組第四系（Q）:巖性為風(fēng)積砂、黃土狀亞沙土，殘坡積和人工堆積物，一般呈零星分布。沖積洪積層以粒度不勻之砂礫石為主，分布與間歇河谷內(nèi)，厚度1.00～10.00m，q=0.438～1.44L/s•m，中等富水~強(qiáng)富水。（2）堅(jiān)硬巖類孔隙裂隙承壓水含水巖組據(jù)原報(bào)告資料，該含水巖組可分為三個(gè)含水帶。第Ⅰ含水帶（P1s2和P1s1上部）：含水層巖性為灰白色砂巖，厚度約60m，含水層厚度38.74m，q=0.00865L/s•m，弱富水。第Ⅱ含水帶（C2t2～C2t1上部）：厚度70m。含水的砂巖和石灰?guī)r厚31.04m。q=0.0369L/s•m，K=0.138m/d，弱富水。第Ⅲ含水帶（C2t1下部和C2b上部）：巖性為砂巖、泥巖和17、18號(hào)煤組成，厚度30米。q=0.0110～0.0304L/s•m，K=0.0753～1.67m/d，弱富水。煤系地層下部有巨厚的C2本溪組地層，巖性為黑色泥巖，厚度180m，是良好的隔水層，其下為陶系含水層。奧陶系的蘇勒泰組地層（O13）和桌子山組(O12)的巖溶裂隙水為礦區(qū)的主要供水水源。根據(jù)寧夏回族自治區(qū)水文地質(zhì)隊(duì)1966年提交的《桌子山煤田公烏素精查區(qū)反封區(qū)供水水源勘察報(bào)告》中的結(jié)論奧陶系灰?guī)r富水性強(qiáng)。

（三）隔水層礦區(qū)內(nèi)隔水層可以分為兩類：煤系內(nèi)部的泥質(zhì)隔水巖層；煤系下部的本溪組隔水層。（1）煤系內(nèi)部的泥質(zhì)隔水巖層第Ⅰ隔水層（P1s1底部）：為9號(hào)煤和其泥質(zhì)夾石組成，一般厚3.83m，隔水性能較好。第Ⅱ隔水層（C2t1中部），為16號(hào)煤及其泥質(zhì)夾矸組成。全區(qū)發(fā)育穩(wěn)定，隔水。（2）本溪組隔水層煤系地層下部有巨厚的C2本溪組地層，巖性為黑色泥巖，厚度180m，是良好的隔水層，其下為陶系含水層。

（四）礦井充水因素分析1.突水水源目前，礦井涌水水源主要由兩個(gè)來源：一是頂板堅(jiān)硬巖類孔隙裂隙承壓水含水巖組、二是小窯和老空積水。頂板涌水通道為采礦形成的頂板導(dǎo)水裂隙帶，礦井揭露的斷層等也可形成導(dǎo)水通道。區(qū)內(nèi)無地表水體，礦井可能的突水水源為松散巖層孔隙潛水、煤系地層頂部的孔隙裂隙承壓水、煤層底部的奧灰水老空水。這些突水按照含水層的位置和開采煤層的關(guān)系，分為頂板突水、底板突水。（1）頂板水目前國(guó)內(nèi)對(duì)于一次采全高的裂隙帶計(jì)算公式形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，但是對(duì)于綜采綜放還沒有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。根據(jù)我國(guó)其他地區(qū)的實(shí)測(cè)資料綜合考慮采用裂采比值12計(jì)算露天礦16#煤頂板冒裂帶發(fā)育高度。礦井主采16#煤層，煤層頂板巖層的抗壓中等強(qiáng)度，選擇裂采比12來計(jì)算16#煤開采后頂板冒裂帶發(fā)育高度。（2）底板水煤系地層底部唯一的含水層，也是礦井范圍內(nèi)部唯一的強(qiáng)含水層—奧灰含水層，由于資料不足，沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但是根據(jù)周圍礦井資料及前期工作可知。煤系底部本溪組的泥質(zhì)巖隔水層，厚度在180左右，是隔水性能良好的隔水層。奧灰水標(biāo)高按照+1195m計(jì)算（假設(shè)奧陶系裂隙水和溶洞水水頭高度與礦區(qū)地面持平），礦井開采最低標(biāo)高為+1024m，隔水層厚度為180m，那么隔水層底板承受的水壓為3.55MPa，突水系數(shù)最大為0.0197MPa/m。按照《煤礦防治水規(guī)定》，本礦的突水系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正常區(qū)域的0.1MPa/m，也小于構(gòu)造發(fā)育地段的0.06MPa/m。可知底板受采動(dòng)影響，導(dǎo)致突水可能性較小。2.突水通道頂板采動(dòng)裂隙：開采形成的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為102m，導(dǎo)通了16#煤層上部的山西組和太原組砂巖裂隙含水層，也有可能導(dǎo)通上部煤層開采后形成的采空區(qū)。封閉不良鉆孔：礦井在初勘、詳勘的各個(gè)階段，布置了不少鉆孔，由于時(shí)間過久，封閉資料不全，這些鉆孔也有可能封閉不良，形成導(dǎo)水通道。導(dǎo)水?dāng)鄬蛹皹?gòu)造：全區(qū)26個(gè)鉆孔穿過不同的正、逆斷層，破碎帶厚度1.77～79.51m。簡(jiǎn)易水文觀測(cè)未見異常，水位變化趨勢(shì)均和所在孔之正常層位一致，普遍是隨著孔的加深而逐漸下降。消耗量一般值是0.01～0.12m3/h，沒任何涌水跡象。三個(gè)孔抽水試驗(yàn)得q=0.00977～0.0290L/s•m，K=0.0445～0.0205m/d。由上述資料來看，鉆孔已見的斷層帶導(dǎo)水性并不強(qiáng)，其富水性及裂隙發(fā)育程度應(yīng)屬較好。目前礦井主采的1602和1603、1604由公烏素逆斷層（F公逆）分開，目前公烏素逆斷層的位置控制不強(qiáng)，礦井布置40米寬的隔水煤柱。可以由于斷層位置不清，所以留設(shè)煤柱的作用不大。公烏無素逆斷層最大斷距有120m，斷層的基本條件不清，可能形成奧灰突水。礦井潛在的突水災(zāi)害水源為老空水和奧灰水，可能的突水通道為開采裂隙、封閉不良鉆孔、導(dǎo)水構(gòu)造。

（五）老空水現(xiàn)狀四采區(qū)上部有神海公司五號(hào)及神海公司七號(hào)井，南部有神海公司六號(hào)井，北部有神海四號(hào)井，目前均已關(guān)閉，各小井原開采方式為房柱式開采，采空區(qū)有積水隱患，積水巷內(nèi)水量不詳，各煤礦礦界范圍劃分清楚，不存在邊界糾紛。本礦井的二采區(qū)、1601工作面均采空，煤層底板標(biāo)高均高于1604工作面，也可對(duì)1604工作面形成威脅。礦井對(duì)于老空含水體的邊界清楚，但是對(duì)其的富水性不清，且在探放的過程中，多數(shù)鉆孔無水。

（六）對(duì)礦井開采受水害影響程度目前在開采的過程中，主要的防治水工作有地面防排水、井下建立排水系統(tǒng)、建立探放水隊(duì)伍、留設(shè)防水煤柱等基礎(chǔ)性防治水工作。礦井涌水量主要來自頂板水，礦井涌水量較小。主要水害—老空水主要采用鉆孔或是泄水巷和鉆探相結(jié)合的方式進(jìn)行疏放。礦井開采安全受老空水水害威脅，但是對(duì)于老空水而言目前采用疏放的治理方式結(jié)合及時(shí)觀測(cè)，可以避免水害威脅。

（七）水文地質(zhì)類型劃分綜上所述，16#煤層采掘影響到的頂板主要含水層有堅(jiān)硬巖第Ⅰ含水帶層和第Ⅱ含水帶，第Ⅰ含水帶（P1s2和P1s1上部）：含水層巖性為灰白色砂巖，含水層厚度38.74m，q=0.00865L/s•m<0.1L/s•m，第Ⅱ含水帶（C2t2～C2t1上部），含水的砂巖和石灰?guī)r厚31.04m。q=0.0369L/s•m<0.1L/s•m。由于公烏素逆斷層基本條件不清，16#煤層開采時(shí)布置的1603工作面橫穿該斷層，可能形成奧灰突水。奧灰含水層的水文地質(zhì)賦存條件也沒有準(zhǔn)確資料，水文地質(zhì)條件不清，根據(jù)六十年代資料“奧灰富水性強(qiáng)”，的結(jié)論，受采掘影響的含水層的補(bǔ)給量不清，含水層性質(zhì)及補(bǔ)給條件屬于復(fù)雜，單位涌水量分類屬?gòu)?fù)雜。礦井內(nèi)部及周邊存在老窯，采空區(qū)有積水隱患，積水巷內(nèi)水量不詳。本礦井的二采區(qū)、1601工作面均采空，煤層底板標(biāo)高均高于1604工作面，也可對(duì)1604工作面形成威脅。礦井對(duì)于老空含水體的邊界清楚，但是對(duì)其的富水性不清。按按照礦井防治水規(guī)定的分類，本礦井水文地質(zhì)類型屬于復(fù)雜。

三、礦井防治水措施

（一）條件探查及措施（1）對(duì)于斷層發(fā)育空間分布位置的探查。地面三維地震勘探：由于區(qū)內(nèi)的公烏素逆斷層發(fā)育條件不清，1603工作面開采時(shí)勢(shì)必面臨斷層影響。（2）對(duì)于導(dǎo)水構(gòu)造、老空區(qū)的探查。地面瞬變電磁：瞬變電磁法屬于電磁感應(yīng)類探測(cè)法，該方法通過觀測(cè)和研究二次場(chǎng)的空間特性，推測(cè)地質(zhì)目標(biāo)的幾何和物理特征。由于該方法對(duì)低阻體異常敏感，因此能較好地確定與低阻異常有關(guān)的地質(zhì)問題。（3）井下防治措施。對(duì)于物探方法測(cè)出的富水區(qū)段，按照規(guī)范要求留設(shè)防水煤柱。井下巷道掘進(jìn)靠近該斷層時(shí)，應(yīng)采取以下幾個(gè)技術(shù)措施：A、直流電法超前探，探測(cè)掘進(jìn)頭前方80m有無低阻異常；B、對(duì)探測(cè)出的異常體進(jìn)行鉆探探放水（對(duì)于在井下異常區(qū)的鉆探在對(duì)老空積水探放中進(jìn)行說明）；C、若探放水時(shí)水量、水壓大，長(zhǎng)時(shí)間難以疏干，則有導(dǎo)通奧灰水的可能，在查明充水水源的基礎(chǔ)上，建議注漿封堵；D、合理留設(shè)斷層防水煤柱。在計(jì)算煤柱留設(shè)寬度時(shí)，注意應(yīng)從斷層邊界算起，而不能以斷層中心為計(jì)算起點(diǎn)。

（二）老空水探放，封閉不良鉆孔老空水的探查應(yīng)遵循“有疑必探、物探先行、鉆探驗(yàn)證”的方針。物探方法主要以直流電法為主，探測(cè)16#煤頂板太老空水的富水區(qū)分布范圍。富水區(qū)探明后，利用鉆探進(jìn)行探放。老空水是礦井防治水工作的重要內(nèi)容。本礦鉆探技術(shù)、設(shè)備較弱，無法滿足16#煤生產(chǎn)要求。因此，建議礦井增加鉆探設(shè)備，招聘、培養(yǎng)鉆探技術(shù)人員，建立專業(yè)探放水隊(duì)伍。在探放的過程中，需編制探放水設(shè)計(jì)。

（三）對(duì)防水煤柱留設(shè)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)、探測(cè)防水煤柱的留設(shè)沒有專門的設(shè)計(jì)，留設(shè)的尺寸過于籠統(tǒng)。且防水煤柱的位置，大小需進(jìn)行巡查，不得開采。主要采用留設(shè)合理的、安全的防水煤柱，需進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)。

（四）管理措施完善防治水制度、機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)防治水專業(yè)培訓(xùn)，建立、完善防治水技術(shù)資料，建立水害應(yīng)急預(yù)案及配備搶險(xiǎn)救災(zāi)設(shè)備。

作者： 陳強(qiáng) 孟海東 單位：內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)研究院