譚龍泉，袁昌軍

（山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長治046000）

收集整理以往地質(zhì)報告、水文地質(zhì)報告、采掘銜接計劃圖、礦井涌水量等資料，分析礦井水文地質(zhì)條件；綜合分析礦井水患類型，并評價其危害程度。按照礦區(qū)水文地質(zhì)查明程度和防治措施到位情況等因素將全井田合理分區(qū)，并分區(qū)提出針對性的防治水措施。提出存在的問題和下一步水文地質(zhì)補(bǔ)充勘查、水害防治工作建議。

1 概況

沁源明鑫煤礦有限公司，位于沁源縣縣城南西，行政區(qū)劃屬李元鎮(zhèn)管轄，井田面積為5.9057km2，開采2號煤層，開采標(biāo)高自+620～+1100m，生產(chǎn)規(guī)模90×104t/a，2號煤層大部分區(qū)域帶壓，計算最大突水系數(shù)0.025MPa/m。礦井采用斜井開拓方式，綜采一次采全高，全部垮落法管理頂板。井田位于霍泉泉域東北部徑流區(qū)。

沁源縣屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，日照充足，冬冷夏熱，春旱秋澇。夏季午間較熱早晚涼爽，晝夜溫差較大。井田地處太岳山區(qū)，地表為山區(qū)侵蝕地貌，溝谷縱橫，地形復(fù)雜，地勢東北高西南低。井田內(nèi)主要一條河流為崔莊河，為一季節(jié)性河流。崔莊河往東南匯入狼尾河，狼尾河向東至沁源縣城西匯入沁河，沁河向南注入黃河，屬黃河流域沁河水系。

井田位于沁水坳陷的西翼，霍山隆起的東翼，區(qū)域地層總體為走向北北東，傾角南東的單斜構(gòu)造。井田總體構(gòu)造為走向北東，傾向南東，傾角6°～10°的單斜構(gòu)造。礦井共發(fā)現(xiàn)6條斷層，目前暫未發(fā)現(xiàn)陷落柱。

2 礦井水文地質(zhì)條件

2.1 奧陶系中統(tǒng)（O2）石灰?guī)r巖溶裂隙含水層

奧陶系地層出露于井田外西部，是本區(qū)下伏煤系地層的主要含水層，對2號煤層開采形成威脅。巖性為質(zhì)純、致密、性脆，裂隙稍發(fā)育，一般被方解石充填，局部偶見有封閉式小溶洞。井田施工的SW-1號水文鉆孔，揭露奧灰200.28m，抽水試驗資料：單位涌水量為0.00996L/（s·m）。井田中部、主斜井南側(cè)施工一口水源井，后作為奧灰水長觀孔，據(jù)觀測資料，水位存在逐年下降的趨勢，2016年全年奧灰水位平均標(biāo)高為946.35m。該含水層屬弱富水性巖溶裂隙含水層，但富水性具有不均一性。

2.2 太原組（C3 t）石灰?guī)r巖溶裂隙含水層

巖性為深灰色，致密、堅硬、性脆石灰?guī)r，一般含有燧石層及透鏡體。厚7.18m，石灰?guī)r裂隙較發(fā)育，局部發(fā)育，鉆進(jìn)消耗量一般在1.00m3/h以下。含水層主要為 K2、K3、K4，平均厚度分別為 6.52m、3.19m、5.37m。據(jù)SW-1號抽水試驗資料：靜止水位標(biāo)高974.30m，單位涌水量為0.0212L/（s·m），滲透系數(shù)0.0523m/d，屬弱富水性含水層。

2.3 山西組及下石盒子組（P1 s+P1 x）砂巖裂隙含水層

巖性為灰白色、灰綠色、黃綠色厚層狀石英長石砂巖，多為鈣質(zhì)膠結(jié)，裂隙稍發(fā)育。含水層主要2號煤層老頂砂巖、K8砂巖以及下石盒組下部砂巖。鉆進(jìn)消耗量在1.00m3/h以下，一般在0.2～0.5m3/h之間。據(jù)SW-1號水文抽水試驗資料：靜止水位標(biāo)高1130.75m，單位涌水量為0.00648 L/（s·m），屬弱富水性含水層。

3 礦井水患分析

3.1 大氣降水及地表水分析論證

井田內(nèi)地表第四系黃土層覆蓋較薄，厚0.00～10.00m。根據(jù)2014～2017年礦井涌水量與降水量資料分析，大氣降水隨降水量呈滯后增大趨勢，大氣降水對礦井有充水影響，但影響程度不大。

井田地表河流主要為崔莊河，為一季節(jié)性河流。主斜井井口標(biāo)高1159.500m，副斜井井口標(biāo)高1156.30m，回風(fēng)立井井口標(biāo)高1159.20m，附近最高洪水位標(biāo)高為1141.5m，3個井口一般不受地表水影響。但雨季時仍然應(yīng)做好工業(yè)廣場防洪措施，防止雨季洪水進(jìn)入礦井。井田內(nèi)2號煤層埋深在165.2～304.1m，計算的2號煤層導(dǎo)水裂隙帶高度為54.09m，導(dǎo)水裂隙帶一般不會影響到地表。

地表水及大氣降水對礦井充水影響較小。

3.2 采空區(qū)及采空積水區(qū)分析論證

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，井田內(nèi)共1處采空區(qū)積水，積水面積17415m2，經(jīng)估算積水量7573m3。目前，該處采空區(qū)積水對未來2103工作面有一定充水影響。在接近積水區(qū)時加強(qiáng)探放水工作，以防發(fā)生突水。周邊煤礦采空區(qū)對本礦生產(chǎn)不影響。

3.3 井田內(nèi)封閉井筒及封閉不良鉆孔分析論證

井田內(nèi)不存在廢棄老窯，及封閉井筒。

根據(jù)以往資料分析，本井田范圍內(nèi)共施工鉆孔10個。據(jù)現(xiàn)有資料：1、2、3、4、5、6、7、18、SW-1封孔質(zhì)量均合格；長觀孔未封閉。未來3年采掘區(qū)域分布鉆孔18、SW-1。在采掘活動靠近鉆孔附近時仍需加強(qiáng)探放水工作。

3.4 充水含水層分析論證

3.4.1 頂板水

礦井2號煤層開采后，產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶，可以溝通煤層頂板上覆裂隙含水層，形成礦井充水現(xiàn)象。計算的2號煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度54.09m，可以溝通2號煤層頂板山西組及下石盒子組砂巖裂隙含層，據(jù)抽水試驗：單位涌水量q=0.00648L/（s·m），為弱富水性含水層，目前對2號煤層充水影響較小。未來3年采掘活動范圍內(nèi)，2號煤層頂板分布有物探解釋的富水異常區(qū)，采掘活動開采至富水異常區(qū)時，礦井涌水量可能增大。

3.4.2 底板奧灰水

井田內(nèi)奧灰水水位標(biāo)高推測為+943～+953m，由東北向西南方向徑流。井田內(nèi)2號煤層?xùn)|南部為奧灰水帶壓區(qū)。采用突水系數(shù)法對2號煤層底板突水進(jìn)行評述。計算的2號煤層最大突水系數(shù)為0.025MPa/m，帶壓區(qū)屬突水威脅區(qū)。突水系數(shù)從井田西北部往井田東南部呈由低到高遞增趨勢。正常地段，奧灰水對礦井充水影響較小，但應(yīng)防治在斷層、陷落柱等構(gòu)造附近溝通煤層底板奧灰水。

3.5 井田內(nèi)斷裂構(gòu)造及陷落柱含水性分析論證

井田內(nèi)有斷層6條，均為井下揭露斷層。斷層分布規(guī)律與區(qū)域構(gòu)造規(guī)律大致相同，斷層走向均為NE向正斷層，斷面傾角約53°～69°，發(fā)育在2203工作面北部。掘進(jìn)巷道直接揭露或遇斷裂帶時僅局部出現(xiàn)有滴、淋水或涌水現(xiàn)象，水量一般小于5m3/h。

4 煤礦防治水分區(qū)劃分

按照煤礦防治水分區(qū)管理標(biāo)準(zhǔn)對煤礦全井田進(jìn)行劃分，可分為“可采區(qū)”、“緩采區(qū)”、“禁采區(qū)”。

根據(jù)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，對井田2號煤層進(jìn)行水害防治分區(qū)，見圖1。經(jīng)統(tǒng)計，可采區(qū)1處，面積5666447m2；無緩采區(qū)；禁采區(qū)1處，面積198597m2。

4.1 可采區(qū)

可采區(qū)1由7個拐點(diǎn)坐標(biāo)圈定，面積5666447m2。

（1）可采區(qū)水文地質(zhì)條件：

①2號煤層頂板山西組及下石盒子含水層，單位涌水量0.00648L/（s·m），屬弱富水性含水層；2號煤層底板太原組砂巖裂隙及石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，單位涌水量0.0212L/（s·m），屬弱富水性含水層；奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，單位涌水量0.00996L/（s·m），屬弱富水性含水層。井田范圍內(nèi)瞬變電磁已全覆蓋，利用物探手段已圈定了2號煤層頂板、底板富水異常位置。

②可采區(qū)內(nèi)1處采空區(qū)積水，積水面積17415m2，積水量7573m3。采空區(qū)積水位置范圍積水量清楚。

③可采區(qū)不存在廢棄老窯及封閉井筒。本井田范圍內(nèi)共施工鉆孔10個，除奧灰水長觀孔未封閉外，其余均按設(shè)計要求封閉，封閉質(zhì)量合格。

④目前山西組及下石盒子組砂巖裂隙含水層水（頂板水）對2號煤層充水影響較小，但應(yīng)防治在斷層附近以及富水異常區(qū)部位，對礦井可能有一定的充水影響。

⑤2號煤層為奧灰水局部帶壓，計算的可采區(qū)范圍最大突水系數(shù)0.025MPa/m。正常地段，奧灰水對礦井充水影響較小，但應(yīng)防治在斷層、陷落柱等構(gòu)造附近溝通煤層底板奧灰水。

⑥可采區(qū)內(nèi)有斷層6條，均為井下揭露斷層。斷層走向均為NE向正斷層，斷面傾角約53°～69°，巷道直接揭露僅局部出現(xiàn)有滴、淋水或涌水現(xiàn)象，水量一般小于5m3/h，目前對礦井充水影響較小。目前，井田內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有陷落柱。

⑦可采區(qū)范圍內(nèi)共進(jìn)行過2次瞬變電磁勘探，可采區(qū)瞬變電磁已達(dá)全覆蓋。

該區(qū)域水文地質(zhì)條件清楚，開采2號煤層所面臨的主要水患為頂板水、采空區(qū)積水、底板奧灰水，次為大氣降水及地表水、構(gòu)造水、封閉不良鉆孔水。

（2）可采區(qū)防治水措施：

①設(shè)立了專門的防治水機(jī)構(gòu)，配置科長1名，技術(shù)員2名，隊長1名，探放水人員10名。

②目前礦井建立了以下防治水九項管理制度，明確了水害防治崗位責(zé)任與任務(wù)，以及防治水其他管理制度。

③采空積水區(qū)實(shí)行現(xiàn)場三線管理。

④建立了煤礦水害預(yù)測預(yù)報制度。

⑤該礦在防治水工作中堅持“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的原則，對煤層頂板富水異常區(qū)、斷層、陷落柱、采空積水區(qū)、鉆孔及其它有積水可能的異常區(qū)進(jìn)行超前探放水，及時查明水情。

⑥針對2號煤層進(jìn)行帶壓區(qū)開采，編制了帶壓開采設(shè)計，制定了帶壓開采防治水措施。

綜上，可采區(qū)礦井防治水措施能夠到位。

（3）可采區(qū)可采年限。2號煤層可采區(qū)保有資源儲量為818.50×104t。可采儲量，扣掉工業(yè)廣場、大巷煤柱壓覆的資源，計算的可采儲量605.2×104t；2號煤層按產(chǎn)能90×104t/a計算，2號煤層可采區(qū)服務(wù)年限為4.8年，能滿足煤礦生產(chǎn)計劃，未來3年2號煤層采掘計劃位于可采區(qū)范圍內(nèi)。

4.2 緩采區(qū)

目前井田范圍內(nèi)無緩采區(qū)。

4.3 禁采區(qū)

2號煤層禁采區(qū)，共劃定1個。禁采區(qū)1，為井田邊界防水煤柱，作為永久煤柱，要求嚴(yán)禁開采，由10個拐點(diǎn)坐標(biāo)圈定，面積198597m2。

5 分區(qū)防治水措施

（1）礦井在未來規(guī)劃區(qū)域開采期間，仍應(yīng)加強(qiáng)地面防洪工作力度，對每年采掘計劃區(qū)域的地裂縫及地面塌陷進(jìn)行調(diào)查和治理。

（2）采空區(qū)積水對未來2103工作面有一定充水影響。在開采2103工作面之前，加強(qiáng)采空區(qū)積水探放水工作，以防發(fā)生突水。

（3）未來3年采掘區(qū)域分布鉆孔18、SW-1。鉆孔封閉質(zhì)量合格。但采掘活動接近鉆孔時，應(yīng)結(jié)合井下超前物探成果，編制專項探測設(shè)計，對鉆孔導(dǎo)（富）水性進(jìn)行探測。

（4）2號煤層頂板分布有物探解釋的富水異常區(qū)，巷道掘進(jìn)過程中進(jìn)行井下瞬變電磁超前探查，對頂板富水異常區(qū)進(jìn)一步探測；根據(jù)探測結(jié)果對其進(jìn)行鉆探驗證，并進(jìn)行疏放。

（5）在帶壓區(qū)開采時，加強(qiáng)斷層、陷落柱等構(gòu)造的井下探測工作，并加強(qiáng)探放水工作，必要時留設(shè)一定煤柱。

6 結(jié)論及建議

（1）礦井主要水患為煤層頂板水、老空水、底板水，其次為大氣降水及地表水。

（2）按照礦區(qū)水文地質(zhì)查明程度和防治措施到位情況等因素將全井田2號煤層合理分區(qū)，2號煤層共劃定了1個可采區(qū)，1個禁采區(qū)。無緩采區(qū)。

（3）本礦井2號煤層可采區(qū)可采儲量為605.2×104t，服務(wù)年限約為4.8年；可采區(qū)范圍能滿足煤礦今后3年生產(chǎn)計劃。

（4）加強(qiáng)探測老空水；接近鉆孔、煤層頂板富水異常區(qū)時，加強(qiáng)探測；采用三維地震手段查明斷層、陷落柱位置，在帶壓區(qū)開采時，做好構(gòu)造防治水工作。

（5）水文地質(zhì)條件或防治措施發(fā)生變化時，煤礦要及時重新修訂煤礦防治水分區(qū)管理論證報告?！翱刹蓞^(qū)”因開采方法、地質(zhì)條件發(fā)生重大變化達(dá)不到“可采區(qū)”標(biāo)準(zhǔn)的，要立即停止該區(qū)域內(nèi)采掘活動，轉(zhuǎn)為“緩采區(qū)”；“緩采區(qū)”經(jīng)勘查和治理后達(dá)到“可采區(qū)”標(biāo)準(zhǔn)的，審定后轉(zhuǎn)為“可采區(qū)”。禁采區(qū)嚴(yán)禁進(jìn)行任何采掘活動。