趙蕻，謝興友

(1.山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì),山東 滕州　277500；2.山東泰山地質(zhì)勘查公司,山東 泰安　271000)

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山東省金陽煤礦礦井水文地質(zhì)特征分析及涌水量預(yù)測(cè)

趙蕻1，2，謝興友1，2

(1.山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì),山東 滕州277500；2.山東泰山地質(zhì)勘查公司,山東 泰安271000)

該文分析了金陽煤礦礦井水文地質(zhì)特征及充水因素，認(rèn)為該礦井開采2，3煤層的直接充水水源為山西組3煤層頂板砂巖孔隙裂隙含水層。通過分析研究井下多年水文觀測(cè)數(shù)據(jù)和水文地質(zhì)鉆孔分層抽水試驗(yàn)獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用“比擬法”對(duì)礦井涌水量進(jìn)行了預(yù)算，確定出礦井的正常涌水量和最大涌水量，為礦井今后生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)，也為同類研究提供了實(shí)例。

水文地質(zhì)條件；礦井涌水量預(yù)算；比擬法；金陽煤礦；山東寧陽

引文格式：趙蕻，謝興友.山東省金陽煤礦礦井水文地質(zhì)特征分析及涌水量預(yù)測(cè)[J].山東國(guó)土資源，2015,31(8)：37-41.ZHAO Hong, XIE Xingyou. Hydrogeological Characteristics Analysis and Water Inflow Prediction of Jinyang Coal Mine in Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(8):37-41.

金陽煤礦位于寧汶煤田最東端的中深部地段，距寧陽縣城東北約6km，行政區(qū)劃隸屬寧陽縣葛石鎮(zhèn)。其范圍北起F9號(hào)斷層，南到F2-1號(hào)斷層，西以第9條勘探線與保安煤礦、亨達(dá)煤業(yè)、石橋煤礦為界，東至F16號(hào)斷層。東西走向長(zhǎng)約3km、南北寬約2km，面積約6.1196km2。總體形態(tài)為一走向近EW的單斜構(gòu)造，地層走向主要為近EW向，局部有偏轉(zhuǎn)，向S傾斜，傾角一般在3°～25°。為全隱蔽的華北型石炭、二疊系煤田，主要含煤地層為月門溝群的山西組和太原組，平均總厚度約為216.62m，共含煤20層，煤層平均總厚度13.33m，煤系和煤層沉積穩(wěn)定。目前礦井主采3煤層，層厚0.79～12.65m，平均5.17m①。

1　礦井水文地質(zhì)特征

寧陽煤田為一海拔+60～+90m的準(zhǔn)平原，地表略有起伏，總的趨勢(shì)是東北高、西南低。地表水系簡(jiǎn)單，除西部光河外，其他都是季節(jié)性小河，皆發(fā)源于東北部山區(qū)。雨季，這些河流對(duì)第四系潛水有補(bǔ)給作用。煤田東北、北、西北地帶廣泛出露太古宙片麻巖，寒武紀(jì)地層多呈零星孤山出露，奧陶紀(jì)地層僅在煤田東南部少有出露。奧灰在第四紀(jì)直接覆蓋下的部分和接近煤系地層露頭的部分，基本位于保安、伏山井田以北600～700m左右處，奧灰水接受第四紀(jì)砂層孔隙水的補(bǔ)給。

1.1含水層

區(qū)域內(nèi)對(duì)金陽煤礦生產(chǎn)有影響的主要含水層有：第四紀(jì)砂層孔隙潛水，二疊紀(jì)山西組3煤層頂板底板砂巖孔隙裂隙含水層，石炭紀(jì)太原組三、十下灰含水層及奧灰含水層等。

1.1.1第四紀(jì)松散層孔隙潛水含水層

大部分被第四系表土覆蓋，厚度為0.50～35.05m，含砂1～4層，主要接受大氣降水補(bǔ)給。據(jù)民井簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)資料，單位涌水量1.06～8.08L/s·m，水位埋深1.00～5.00m。含水層富水性較強(qiáng)，但對(duì)煤層開采無影響。

1.1.2新近紀(jì)礫石層含水層

巖性以礫石、礫巖為主，含少量砂質(zhì)粘土等，厚度120.25～454.65m，礫巖成分由石灰?guī)r、石英砂巖、巖漿巖組成，基底式膠結(jié)。根據(jù)野外鉆孔和巷道揭露情況，此含水層補(bǔ)給條件不良，含水微弱，對(duì)煤層開采無影響。

1.1.3侏羅紀(jì)砂、礫巖層含水層

屬陸相沉積，主要由巨厚層狀紫紅色砂巖、含礫砂巖、礫巖組成，鉆孔揭露殘厚為45.24～538.90m。礫石多以石灰?guī)r為主，鐵質(zhì)、泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)。上部遇水易垮塌和破碎，鉆進(jìn)中漏水嚴(yán)重，底部相對(duì)堅(jiān)硬完整。含水層本身不含水，補(bǔ)給條件不良，富水性較弱。上部裂隙帶中存儲(chǔ)有極少量裂隙水。

1.1.4山西組3煤層頂?shù)装迳皫r孔隙裂隙含水層

根據(jù)已施工的48個(gè)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，3煤層頂板以粉砂巖為主，其次為細(xì)砂巖和中砂巖、粉細(xì)砂巖互層、泥巖、砂質(zhì)泥巖。底板則以細(xì)砂巖、粉砂巖和粉細(xì)砂巖互層為主，其次為中砂巖和泥巖等。2013年，ZK1-1鉆孔對(duì)該含水層單孔抽水試驗(yàn)一次[1]，含水層靜止水位深度67.55m，靜止水位標(biāo)高+17.36m，單位涌水量為q=0.0003L/s·m，富水性弱。

該礦自1995年開采至今，最大涌水量不大于30m3/h，在巷道掘進(jìn)中只出現(xiàn)少量的淋水、滴水，隨掘進(jìn)的推進(jìn)，淋水、滴水越來越小或自行消失，因此，3煤頂?shù)装迳皫r含水層為補(bǔ)給條件不良、富水性較弱的孔隙裂隙含水層。

1.1.5太原組三灰?guī)r溶裂隙含水層

巖層厚度為1.95～4.55m，淺灰或灰白色，致密、堅(jiān)硬。淺部溶穴裂隙發(fā)育，富水性相對(duì)較好。深部裂隙被方解石充填或半充填，富水性差，屬巖溶裂隙型承壓含水層。

礦區(qū)內(nèi)沒有抽水試驗(yàn)資料，根據(jù)鄰區(qū)資料，單位涌水量為0.001～0.551L/s·m，富水性弱至中等。從目前井下揭露三灰的情況看，裂隙被方解石充填或半充填，無溶洞，干燥無水，補(bǔ)給條件不良，富水性較差。

1.1.6太原組十下灰?guī)r溶裂隙含水層

巖層平均4.34m左右，為16煤層的直接頂板，灰--深灰色，質(zhì)純、致密、堅(jiān)硬，厚度穩(wěn)定。淺部和構(gòu)造帶附近裂隙較發(fā)育，富水性較好，深部裂隙多被方解石充填，礦井內(nèi)沒有抽水試驗(yàn)資料，根據(jù)鄰區(qū)資料，單位涌水量為0.037～1.061L/s·m，富水性中等。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)鉆孔揭露資料，該含水層富水性不均勻，由東向西富水性逐漸增強(qiáng)。目前下組煤16，17煤層還未開采，沒有揭露十下灰，掌握的水文資料較少，但在大斷層附近，奧灰水有通過斷層帶對(duì)十下灰補(bǔ)給的可能性(圖1)。對(duì)下組煤開采有較大影響。

圖1　補(bǔ)1勘探線奧灰與煤層對(duì)接示意圖

1.1.7奧陶紀(jì)石灰?guī)r含水層

礦區(qū)內(nèi)奧灰最大揭露厚度為54.50m，灰白--淺灰--青灰色，質(zhì)純、致密、堅(jiān)硬，淺部巖溶裂隙較發(fā)育，屬溶洞裂隙型承壓含水層。對(duì)ZK1-1鉆孔進(jìn)行奧灰單孔抽水試驗(yàn)一次[1]，奧灰頂面深度820.51m，由于埋深較大，巖溶裂隙不發(fā)育，抽水時(shí)單位涌水量0.020L/s·m，靜止水位深度32.91m，靜止水位標(biāo)高+52.00m，水位恢復(fù)較慢，含水層富水性較差。

但該礦西北方向相鄰菏澤茅莊煤礦，1978年在-100～-110m水平巷道通過斷層與奧灰導(dǎo)通發(fā)生3次突水，最大涌水量400m3/h，以后礦井涌水量呈逐年遞減趨勢(shì)，基本穩(wěn)定在80m3/h左右。該次補(bǔ)充勘探施工7個(gè)鉆孔，有3個(gè)孔正常情況下揭露17煤和奧灰，17煤層下距奧灰頂板12.01～49.50m。該礦正斷層較發(fā)育，由于斷層的錯(cuò)動(dòng)，造成十下灰、16煤和17煤與奧灰的間距減小或直接對(duì)口接觸(圖1)，而淺部奧灰含水層富水性較強(qiáng)，因此，下組煤開采時(shí)有較大的突水可能，應(yīng)注意防范。

1.2隔水層

礦井內(nèi)隔水層主要有二疊紀(jì)石盒子群雜色泥巖、粉砂巖隔水層和17煤與奧灰頂界面之間巖層組成的隔水層組。

1.2.1二疊紀(jì)石盒子群泥巖、粉砂巖隔水層

巖性主要以雜色泥巖、灰--灰綠色粉砂巖為主，局部含薄層粘土質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖及中砂巖，巖層厚度占地層總厚度的53.82%。由于這些厚度較大的巖層形成較強(qiáng)隔水能力，使得大氣降水、第四紀(jì)砂層及上部基巖含水層水與石盒子群含水層水力聯(lián)系較弱，因此，多年井下開采礦井涌水量較小。

1.2.2山西組泥巖、粉砂巖隔水層

巖性主要以泥巖、粉砂巖為主，局部含薄層粘土質(zhì)泥巖。隔水的泥巖和粉砂巖及煤層占山西組地層總厚度的86.5%，隔水作用較強(qiáng)，使得山西組砂巖含水層與其他基巖含水層基本無水力聯(lián)系，加上補(bǔ)給條件不良，因此，多年井下開采礦井涌水量一直較小。

1.2.317煤層下伏隔水層組

由17煤層與奧灰頂界面之間的泥巖、粉砂巖、鋁土巖組成。17煤至奧灰間距為12.01～49.50m，由于17煤層與奧灰含水層之間存在富水能力較強(qiáng)的十三灰，使得隔水層實(shí)際隔水厚度減小，隔水層隔水能力也大大減弱。另外，礦井內(nèi)斷層發(fā)育，斷層錯(cuò)動(dòng)會(huì)造成奧灰含水層與十下灰含水層間距變小或?qū)樱_采下組煤時(shí)，局部薄弱地帶不足以抵抗奧灰產(chǎn)生底鼓水的靜水壓力，可能產(chǎn)生底鼓水突水。

2　礦井充水因素分析

2.1充水水源

2.1.1直接充水水源

開采2，3煤層的直接充水水源為山西組煤層頂板砂巖孔隙裂隙含水層，但由于山西組砂巖不發(fā)育，補(bǔ)給條件差，山西組水量較小。

開采16煤層的直接充水水源為十下灰含水層。十下灰含水層本身富水性中等，但礦井西北部奧灰富水性較強(qiáng)，可通過斷裂構(gòu)造成為下組煤的間接充水水源，使下組煤開采時(shí)礦井涌水量增大。

2.1.2間接充水水源

大氣降水對(duì)山西組砂巖有間接充水因素，但充水量極小。同時(shí)，大氣降水可通過一定的通道對(duì)深部含煤地層進(jìn)行間接補(bǔ)給，成為下組煤的間接充水水源。

礦區(qū)內(nèi)存在大面積采空區(qū)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)1995年礦井開采至2013年底，3煤層共產(chǎn)生采空區(qū)面積為45.89萬m2。但由于開采過程逐年均在每個(gè)采面回采結(jié)束后設(shè)有密閉墻，留有泄水孔，經(jīng)井下實(shí)際探測(cè)，采空區(qū)積水量較小，大多數(shù)采空區(qū)基本上干燥無水[2]。

2.2充水途徑

2.2.1裂隙

礦區(qū)內(nèi)的奧灰在地表出露，淺部巖石風(fēng)化節(jié)理、裂隙發(fā)育，它們是地下水活動(dòng)的良好通道，并溝通上覆含水層與含煤地層發(fā)生水力聯(lián)系。

2.2.2人為采礦冒落裂隙

煤層開采產(chǎn)生的大量采礦冒裂帶，會(huì)溝通上覆含水層與含煤地層的水力聯(lián)系，成為地下水活動(dòng)的良好通道。根據(jù)該礦井資料計(jì)算，開采3煤層冒落帶最大高度為20m，導(dǎo)水裂隙帶最大高度為69m。由于山西組地層厚度不大，個(gè)別地方導(dǎo)水裂隙帶波及石盒子群底部，但石盒子群以隔水的泥巖、粉砂巖為主，充水途徑不暢通。

2.2.3斷層破碎帶

斷層破壞了地層的完整性、連續(xù)性，降低了巖石的力學(xué)強(qiáng)度，可能連通含煤地層中的強(qiáng)含水層并與之發(fā)生水力聯(lián)系。如SBF8斷層，造成了奧灰與十下灰對(duì)接，成為了下組煤開采的導(dǎo)水通道和補(bǔ)給水源。

2.3充水方式

由于礦井直接充水含水層露頭較少，接受大氣降水補(bǔ)給能力弱，含水性以弱含水層為主，充水通道主要以巖石原生和采礦節(jié)理、裂隙為主，規(guī)模一般不大，少量為斷層、老窯巷道、巖溶管道導(dǎo)水。因此，未來礦井充水方式主要以滲水、滴水、淋水為主，開采下組煤時(shí)在構(gòu)造斷裂作用下局部可能發(fā)生突水。

3　礦井涌水量預(yù)測(cè)

3.1礦井涌水量構(gòu)成

金陽煤礦目前開采上組煤山西組3煤層，礦井涌水量的構(gòu)成主要有以下2個(gè)方面：井底車場(chǎng)東繞道出水點(diǎn)涌水量保持在23m3/h，井下防塵殘留水3m3/h，其他約3m3/h，礦井正常涌水量29m3/h。通過對(duì)該礦井1995年建井--2013年12月間礦井涌水量的觀測(cè)及研究發(fā)現(xiàn)，金陽煤礦上組煤埋藏較深，含水層補(bǔ)給條件不良，以靜儲(chǔ)量為主，礦井涌水量與大氣降水、巷道開采長(zhǎng)度、生產(chǎn)產(chǎn)量關(guān)系都不大。開采多年，井下涌水量較小，水位也基本無變化，礦井涌水量?jī)H隨著開采面積增大而有較少量增加(圖2)。

3.2礦井涌水量預(yù)測(cè)

該礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷層較多，煤層被斷層分割成了許多小的區(qū)塊，每個(gè)小塊都是斷層邊界，各塊之間不是均質(zhì)的含水層。

圖2　礦井涌水量關(guān)系曲線圖

3.2.1計(jì)算范圍

該次礦井涌水量計(jì)算范圍是根據(jù)金陽煤礦提供的2014年擬采采掘工程平面圖來確定。2014年擬采3301,3321,3109 3個(gè)工作面；合計(jì)擬采面積25832m2，該礦井共形成采空區(qū)總面積為458928.48m2。

3.2.2公式選擇

金陽煤礦第一水平僅在3煤層中開采，未開采下組煤，其正常涌水量為26m3/h，最大涌水量36m3/h。該次上組煤礦井涌水量計(jì)算采用《水文地質(zhì)手冊(cè)》中的比擬法：

式中：Q為預(yù)計(jì)礦井未來正常涌水量(m3/h)；Q1為礦井現(xiàn)今正常涌水量(m3/h)；F為未來礦井最大采空區(qū)面積(m2)；F1為礦井現(xiàn)有采空區(qū)面積(m2)。

3.2.3參數(shù)選擇

Q1=29.15m3/h(2013年平均礦井涌水量)；F1=458928.48m2(1995--2013年底采空區(qū)總面積)；F=484760.48m2(2014年預(yù)計(jì)最大采空區(qū)總面積)。

3.2.4礦井涌水量預(yù)算及結(jié)果分析

7將參數(shù)代入公式，得：Q=30.07≈30.00m3/h。

把Q=30.00m3/h作為該礦井開采上組煤的正常涌水量?？紤]到礦井局部構(gòu)造復(fù)雜，在接近奧灰地段有可能局部富水性強(qiáng)，綜合各種影響因素，理論上計(jì)算的礦井正常涌水量與實(shí)際上的最大水量會(huì)有一定的偏差，實(shí)際生產(chǎn)中涌水量有時(shí)可能會(huì)偏大。根據(jù)臨近礦井正常涌水量與最大涌水量的關(guān)系檢驗(yàn)，結(jié)合該礦實(shí)際情況，建議上組煤開采時(shí)取礦井最大涌水量為正常涌水量的3倍，故最大涌水量為Q最大=90.00m3/h[3-5]。

4　結(jié)語

采用井下多年實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，用比擬法預(yù)算出礦井正常涌水量Q正常=30.00m3/h，綜合各種因素影響并參考臨近礦井經(jīng)驗(yàn)值，得出該礦井最大涌水量Q最大=90.00m3/h，計(jì)算結(jié)果可靠性較大，可以用于礦井生產(chǎn)。

但金陽煤礦構(gòu)造較為復(fù)雜，前期所取得的各種水文地質(zhì)參數(shù)相對(duì)偏少，不能完全反映礦井各含水層的水文地質(zhì)特征，且該礦井?dāng)鄬虞^多，不同地段富水性有一定差異，實(shí)際礦井涌水量也會(huì)受雨季、采空區(qū)積水、斷層等因素影響，與預(yù)算的礦井涌水量結(jié)果必然會(huì)有一定偏差。因此，在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中要進(jìn)一步加強(qiáng)礦井水文觀測(cè)工作，尤其是以后在開采下組煤時(shí)要及時(shí)測(cè)定十下灰、奧灰安全水頭壓力值，依據(jù)更加豐富系統(tǒng)的實(shí)測(cè)資料及時(shí)修正礦井涌水量，確保礦井安全生產(chǎn)。

[1]薛禹群,朱學(xué)愚.地下水動(dòng)力學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1978.

[2]沈繼方,于青春,胡章喜,等.礦床水文地質(zhì)學(xué)[M].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1992.

[3]孫茂田,張忠濤.蒼山縣大青山鐵礦礦床水文地質(zhì)特征與用水量預(yù)測(cè)[J].山東國(guó)土資源,2015,31(2):19-23.

[4]別立珍.萬福礦井充水水源分析及礦井涌水量預(yù)計(jì)[J].山東國(guó)土資源,2014,30(3):75-78.

[5]朱昶,劉懷思.山東省郗山稀土礦區(qū)西部水文地質(zhì)條件分析[J].山東國(guó)土資源,2013,29(5):26-31.

Hydrogeological Characteristics Analysis and Water Inflow Prediction of Jinyang Coal Mine in Shandong Province

ZHAO Hong1, 2, XIE Xingyou1, 2

(1. No.1 Exploration Brigade of Shandong Coalfield Geology Bureau，Shandong Tengzhou 277500, China；2. Shandong Taishan Geological Surveying Company，Shandong Tai'an 271000, China)

In this paper, hydrogeological characteristics and water filling factors of Jinyang coal mine have been analyzed. It is thought that direct water filling source of No.2 and No.3 coal layers are sandstone pore fissure aquifer in the roof of No.3 coal layer in Shanxi group. Through analysis and research on hydrological observation data and hydrological geology drilling hierarchical datas in many years, by using the "analogy method", water inflow amount has been predicated, normal water inflow amount and the maxmium water inflow amount have been determined. It will provide scientific basis and examples for similar research in mines.

Hydrogeology conditions; mine water inflow predication; analogy method; Jinyang coal mine; Ningyang in Shandong province

2015-06-04；

2015-06-18；編輯：王敏

趙蕻(1982--)，女，湖南湘潭人，工程師，主要從事煤田地質(zhì)、水文地質(zhì)勘探工作；E-mail：zhaohong2113@126.com

TD742

B

①山東泰山地質(zhì)勘查公司,山東省寧陽煤田石集(金陽)煤礦資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告(核實(shí)基準(zhǔn)日：2014年12月31日),2015年。