齊 瑞，胡友彪,吳亞萍

（安徽理工大學 地球與環(huán)境學院， 安徽淮南232001）

劉莊煤礦礦井水文地質類型劃分

齊 瑞，胡友彪,吳亞萍

（安徽理工大學 地球與環(huán)境學院， 安徽淮南232001）

煤礦安全生產過程中，高效而精確的對礦井進行水文地質類型劃分，不僅保障煤礦防治水安全，也為煤礦制定防治水規(guī)劃奠定了技術基礎；以劉莊煤礦為例，在綜合分析劉莊煤礦礦井地質及水文地質資料的基礎上，對煤礦的水文地質條件、充水來源、涌水量構成、開采受水害影響程度以及防治水工作開展的難易程度等進行全面分析，依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，可得劉莊煤礦礦井水文地質類型為復雜型，進一步評價水害的威脅程度，為防治水工作提供經濟合理的參考依據(jù)，確保礦井安全生產。

水文地質； 防治水； 劉莊煤礦； 礦井水害

1 概況

劉莊煤礦位于淮南煤田西部，面積82.211 4 km2左右。礦區(qū)含煤地層為石炭系、二疊系，其中二疊系的山西組與上下石盒子組為主要含煤層段,主要可采煤層為13-1、11-2、8、5和1煤[1]。礦區(qū)構造復雜程度為中等。本區(qū)為淮河沖積平原，地形較為平緩，南界有潁河，東北部有濟河[2]。

2 礦井水文地質條件

礦區(qū)主要含水層有四組：第四系潛水～低承壓中等含水層，巖性以粉砂和砂質粘土為主；新近系承壓孔隙中等含水層，巖性主要為中、細砂及粉砂、粘土質砂；二疊系砂巖較強含水層；灰?guī)r弱含水層。

礦區(qū)隔水層大體上有第四系粘土隔水層，巖性以黃、土灰色粘土、砂質粘土為主；新近系砂質粘土隔水層，巖性為灰、淺綠色砂質粘土；石炭系本溪組泥巖粉砂巖隔水層，巖性為紫紅、淺灰色粉砂巖、砂質泥巖、泥巖。

3 礦井充水因素分析

礦區(qū)位于淮河沖積平原，年降雨量926.33 mm。東北部的濟河寬18 m左右，水深約1 m。大氣降水和地表水僅可對新生界第四系含水層產生入滲。

新生界松散層存在走向近北東、條帶狀分布的新生界底部砂巖直接覆蓋于基巖之上“天窗”，砂巖水主要補給13-1和11-2煤頂?shù)装搴畬?，是主要充水水源?/p>

砂巖裂隙含水層局部地段受構造影響，使其富水性增強，具有儲存量瞬時突出的危害。

太原組1～4層灰?guī)r為1煤底板直接出水水源。礦井第一水平（-762 m）灰?guī)r水頭壓力為7.76 MPa，1煤開采時易造成底板突水；尤其是構造裂隙發(fā)育或被斷層切割時，灰?guī)r水可能以斷層或裂隙帶為突破口而引起突水災害。

礦井開采程度的增大，采空區(qū)范圍也隨之加大。受頂板砂巖裂隙水和灌漿水等影響，采空區(qū)內積水，對相鄰的下部工作面采掘構成充水威脅。

4 礦井涌水量分析

按出水層位，礦井涌水量構成主要為煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水和生產用水，以及新生界松散層孔隙水（井筒）。

按出水位置，礦井涌水量構成為掘進工作面涌水、回采工作面涌水、突水點涌水以及采空區(qū)出水。

目前礦井正常涌水量為250 m3/h, 其構成主要為煤系地層砂巖水、井筒出水、采空區(qū)水及礦井生產用水，其中煤系地層砂巖水占30 %，井筒出水占10 %，采空區(qū)水占5 %，生產用水占55 %。涌水量變化曲線如圖1所示。

圖1 礦井涌水量變化曲線圖

5 評價水害對礦井開采的影響程度

5.1 大氣降水和地表水

礦井為全隱蔽型，煤系地層及底部灰?guī)r露頭被巨厚新生界松散層覆蓋，可有效阻隔大氣降水和地表水的下滲，對礦井生產無影響，該類型水害的影響程度為簡單。

5.2 新生界松散層水

新生界松散層水是開采煤層上方的主要水患。礦井井筒較多，6個井筒均穿過新生界松散層，砂巖水始終是井筒的主要水害。主采煤層露頭上覆新生界松散層底部，一般分布有5.23～87.00 m的隔水層和紅層，抽水試驗無水或單位涌水量q=0.000 101～0.007 698L/（s·m），含水微弱。但其局部缺失，形成新生界底部砂巖直接覆于基巖上方的“天窗”。13-1、11-2煤及其頂板露頭處于“天窗”范圍，新近系中新統(tǒng)砂巖涌水量q=1.028～1.032L/（s·m），強富水性。礦井受該類水害的影響一方面是砂層水通過“天窗”區(qū)補給煤系砂巖含水層，另一方面通過開采形成的導水裂縫帶充入回采工作面。該類型水害的影響程度為中等。

5.3 煤系砂巖水

分布于可采煤層及泥巖之間，是礦井充水的直接水源。煤系砂巖含水層為弱富水性，但局部構造裂隙發(fā)育地段，富水性和導水性增強，具有儲存量瞬時突出的危害。影響程度為中等。

5.4 底部灰?guī)r水

太原組1～4層灰?guī)r水是1煤開采的主要充水水源。太灰全層抽水試驗q=0.017 4～1.764L/（s·m），弱～強富水性。奧灰是太灰的補給水源，太灰、奧灰混合抽水試驗q=0.00 027～0.009 5L/（s·m），為弱富水性。該類型水害影響程度為復雜。

5.5 巖溶陷落柱

本礦已揭露到6煤的陷落柱，不含、導水。但1煤距6煤100m左右，距灰?guī)r平均僅18m左右。發(fā)育在高水壓灰?guī)r含水層中的陷落柱很可能會含、導水。礦井為煤層群開采，未開采范圍大，可能存在有未發(fā)現(xiàn)的隱伏陷落柱。該類型水害影響程度為復雜。

5.6 封閉不良鉆孔

礦井內原有22個封閉不良的鉆孔，后透孔封閉合格2個鉆孔，尚有封閉不良鉆孔20個和因鉆孔事故留有鉆具未封閉鉆孔1個。礦井開采受該類型水害的影響程度為中等。

綜合以上評價，按照“就高不就低”的原則，礦井開采受水害影響程度為復雜型。

6 評價礦井防治水工作的難易程度

6.1 新生界松散砂層水防治難易程度

新生界松散層底部，一般分布有新生系下段粘土+紅層組合成的復合隔水層。在13-1、11-2煤局部露頭新生系下段粘土+紅層變薄缺失、砂巖直接與煤系接觸形成“天窗”。在“天窗”范圍，砂巖水可對13-1和11-2煤頂?shù)装迳皫r含水層產生滲入補給，對礦井生產造成一定影響但不威脅安全。綜合可見，新生界松散砂層水防治難易程度為中等。

6.2 煤系砂巖裂隙水防治難易程度

煤系砂巖裂隙水是礦井主要充水水源，以頂、底板進水方式充水且呈淋水和股流，但很快衰減～干涸。在局部構造裂隙發(fā)育地段偶見突水，衰減速度慢，最終穩(wěn)定水量較小。局部接受砂層水補給。其防治工作難度為中等。

6.3 底板灰?guī)r水防治難易程度

高水壓、薄隔水層、富水性不均一的條件下，1煤開采時，在動礦山壓力和灰?guī)r水頭壓力的作用下，尤其在斷層和裂隙發(fā)育地段，會產生底板突水的危害[3]。開采1煤必須提前查明灰?guī)r含水層的水文地質條件，有針對性的采取注漿改造1煤地板隔水層或對太原組1～4層灰?guī)r超前疏降壓到安全水頭值。防治水工作量比較大。其防治水工作難度為復雜[4]。

6.4 巖溶陷落柱防治水難易程度

礦井面積為82km2，開采煤層多，投產時間短，未開采范圍大，可能還存在有未發(fā)現(xiàn)的隱伏陷落柱[7]。因此需要大量的探測、驗證和相應的防治工作。其防治水工作難度為復雜。

6.5 老空水防治難易程度

礦井老空區(qū)位置、范圍、積水量明確，采掘工作面至探水警戒線時，超前進行探放。其防治水工作難度為中等。

綜合以上評價，依據(jù)“就高不就低”的原則，礦井防治水工作難易程度為復雜類型。

7 礦井水文地質類型劃分

依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》和《安徽省煤礦防治水和水資源化利用管理方法》，劉莊煤礦進行水文地質類型劃分，水文地質條件為復雜類型，礦井及周邊老空水分布狀況為中等類型，礦井平均涌水量為245.02m3/h,為中等類型，最大涌水量280m3/h，為中等類型。礦井現(xiàn)在主要水害威脅為煤系砂巖裂隙水和新生界松散層砂巖孔隙水，底板灰?guī)r水是1煤開采的主要水害，為復雜類型，礦井已揭露發(fā)育6煤的陷落柱，不含、導水；但1煤開采時其含、導水性尚待探查。礦井為煤層群開采，未開采范圍大，可能存在有為發(fā)現(xiàn)的隱伏陷落柱，礦井開采受水害影響程度為復雜類型。防治水工作難易程度為復雜。綜上所述，劉莊煤礦礦井水文地質類型為復雜型。水文地質類型劃分結果見表1。

表1 礦井水文地質類型劃分結果

8 結論

劉莊煤礦開采過程中主要受煤系砂巖裂隙水和新生界松散砂層孔隙水威脅,底板灰?guī)r水是1煤開采的主要水害。礦井涌水量主要由煤系地層砂巖水和礦井生產用水構成。自2007年以來，劉莊煤礦的突水事故主要為頂?shù)装迳皫r突水，礦井在后期開采中，工作面回采之前必須探放水，利用物探手段查明頂?shù)装迕簩痈凰畢^(qū)，進行有針對性的疏放水，完善排水系統(tǒng)，建立完善的地下水動態(tài)觀測體系，加強預測預報，為防治水工作提供及時精確的數(shù)據(jù)資料。礦區(qū)灰?guī)r水的防治工作，控制水壓是關鍵，應當進行立體綜合勘探、疏水降壓，有針對性的采取注漿改造。另外，劉莊煤礦三維地震數(shù)據(jù)顯示多處地震波反射異常區(qū)，可能存在隱伏陷落柱，后期需要開展探查驗證工作，確保礦井安全開采。

[1] 楊從文,孔德山,馬成友.劉莊煤礦11-2煤層頂、底板砂巖水特征與防治技術[J].安徽建筑大學學報, 2009, 17（5）:57-60.

[2] 丁丹.防水煤（巖）柱合理留設研究——以劉莊煤礦為例[M].淮南：安徽理工大學, 2009.

[3] 張耀,李珂,安鑫,等.韓城礦區(qū)典型煤礦水文地質類型對比分析研究[J].煤炭技術,2016,35（2）:146-148.

[4] 郭天輝.寧東棗泉煤礦礦井水文地質類型劃分探討[J].中國煤炭地質,2011,23（9）:34-37.

[5] 李勛千,任素貞.我國煤礦井水文地質類型劃分研究[J].煤炭學報,1992（2）:89-96.

[6] 王長申,武強,馬國平,等.復雜條件下礦井水文地質類型劃分方法[J].煤炭學報,2016,41（3）:696-702.

[7] 武強,金玉潔,李德安.華北型煤田礦床水文地質類型劃分及其在突水災害中的意義[J].中國地質災害與防治學報, 1992（2）:97-98.

2016-10-21

齊瑞（1992-），男，安徽樅陽人，研究生，研究方向為水文地質及工程地質，電話：18355556008。

TD741

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1671-4733（2017）01-0014-03

10.3969/j.issn.1671-4733.2017.01.005