王百新

（山西省地質(zhì)勘查局217地質(zhì)隊(duì)，山西大同037008）

1 概述

隨著煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，礦井開采的區(qū)域和縱度不斷擴(kuò)大，尤其是隨著現(xiàn)代化開采設(shè)備的使用和開采方法的改進(jìn)，大縱深、大面積、大采高、快速度的現(xiàn)代化高效開采，大大提高了開采量和開采強(qiáng)度。開采過(guò)程中所面臨的地質(zhì)問(wèn)題越來(lái)越多，受水害的影響越來(lái)越強(qiáng)，煤礦水害事故發(fā)生的條件、威脅程度及水害形成的機(jī)理都在發(fā)生變化。大氣降水、地表水、地下水、老窯（空）水等引發(fā)的礦井突水、突泥（砂）事故頻發(fā)，特別是重大傷亡事故時(shí)有發(fā)生，給國(guó)家和人民帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失巨大，人身傷害、意外死亡極其慘痛，礦井水對(duì)煤礦安全生產(chǎn)有著極大的威脅。所以，加強(qiáng)礦井水害防治工作的研究，深入調(diào)查對(duì)礦井充水因素的分析其研究意義十分重大。

2 白家溝井田簡(jiǎn)介

井田位于河?xùn)|煤田北段，行政區(qū)劃跨保德縣及興縣兩地。中心距保德縣18km，北占保德縣3個(gè)鄉(xiāng)(孫家溝、南河溝、尚河溝)，南跨興縣魏家灘鎮(zhèn)3個(gè)自然村。井田西邊最近距黃河2.5km，因受風(fēng)雨侵蝕，形成了復(fù)雜黃土沖溝地貌，地形起伏較大，沖溝發(fā)育，沖溝中可見零星的基巖出露。井田屬典型溫帶大陸性氣候，一年之中，四季分明，變化顯著，冬、春較長(zhǎng)，夏、秋較短；冬季寒冷少雪，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱，秋季涼爽。井田內(nèi)無(wú)生產(chǎn)礦井及老小窯，僅在井田北部及東部分布有7座生產(chǎn)礦井。

3 井田充水因素分析

礦井充水量是礦井建設(shè)的重要指標(biāo)，對(duì)礦井充水量進(jìn)行預(yù)測(cè)對(duì)于防治礦井突水、淹井等礦山事故、保障礦山安全生產(chǎn)具有重要意義，本文就從大氣降水、地表水、地質(zhì)構(gòu)造、碎屑巖裂隙承壓含水層、生產(chǎn)礦井及老空區(qū)積水等幾個(gè)方面深入研究和分析礦井充水的影響因素。

3.1 大氣降水對(duì)礦井充水的影響

井田降水量少，地形有利于地表洪流排泄，不利于對(duì)地下水的補(bǔ)給，各含水層均被厚層黃土與紅粘土隔水層覆蓋，不利于降水入滲。碎屑巖裂隙含水層地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源是同層含水層的側(cè)滲徑流補(bǔ)給，碎屑巖裂隙含水層之間還有層間隔水層隔離，水力聯(lián)系不密切。因而大氣降水對(duì)礦井充水幾乎沒有影響。

3.2 地表水對(duì)礦井充水的影響

井田無(wú)較大的地表水體，有季節(jié)性泉點(diǎn)、溪流與人工水塘。煤層埋藏較深，上覆多層層間隔水層，導(dǎo)水性差，因而地表水對(duì)礦井充水影響很小或無(wú)影響。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)礦井充水的影響

井田內(nèi)只有小斷裂與褶皺構(gòu)造，一般斷裂構(gòu)造對(duì)礦井充水影響不大。ZK503與ZK1301水文地質(zhì)鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：井田北部ZK503鉆孔附近煤系地層的碎屑巖裂隙含水層富水性與井田南部ZK1301鉆孔附近煤系地層的碎屑巖裂隙含水層富水性相比，ZK503鉆孔明顯的弱。ZK1301鉆孔在煤系地層的鉆探過(guò)程中出現(xiàn)了4次漏水現(xiàn)象，巖芯在破碎段有明顯的構(gòu)造擦痕，結(jié)合抽水試驗(yàn)涌水量明顯大于ZK503鉆孔的現(xiàn)象，說(shuō)明ZK1301鉆孔附近可能存在導(dǎo)水的斷裂構(gòu)造，對(duì)礦井充水有影響。褶皺構(gòu)造使砂巖與不同巖性的接觸帶產(chǎn)生賦水裂隙，形成富水性不同的含水層，使各組地層巖體含水，因有上覆層間隔水層相隔，對(duì)礦井充水影響不大。

3.4 碎屑巖裂隙承壓含水層富水性對(duì)礦井充水的影響

山西組、太原組裂隙含水層地下水是煤層開采直接充水水源，本次勘查在井田北部、南部布設(shè)ZK503、ZK1301兩個(gè)水文地質(zhì)鉆孔，ZK1301鉆孔在煤系地層的鉆探過(guò)程有4次明顯的漏水，154.50～164.80m處9號(hào)煤層頂板；202.50～203.50m與206.00～211.50m處12號(hào)煤層頂板；235.50～238.00m處13號(hào)煤層頂板漏水尤其嚴(yán)重，表明井田南部太原組含水層富水性中等，對(duì)礦井充水有一定影響。

各煤層采空導(dǎo)水裂隙帶互相貫通，延伸至下石盒子組地層中部至地表，因而煤系地層及以上碎屑巖含水層對(duì)礦井充水有很大影響，尤其是井田東部，13號(hào)煤層厚且埋藏淺，煤層采空導(dǎo)水裂隙帶可延伸到地表，煤礦礦井疏干排水可導(dǎo)致井田范圍煤層以上碎屑巖裂隙含水層地下水水位下降至煤層底板；井田西部，13號(hào)煤層薄且埋藏深，煤層采空導(dǎo)水裂隙帶可延伸到下石盒子組碎屑巖含水層。

3.5 生產(chǎn)礦井及老空區(qū)積水

據(jù)野外調(diào)查訪問(wèn)、收集資料，井田內(nèi)沒有生產(chǎn)礦井與老小窯。經(jīng)過(guò)煤炭資源整合，緊鄰井田北部、東部有7座煤礦開采石炭—二疊系煤炭資源。鑒于煤礦企業(yè)嚴(yán)格保守生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的秘密，搜集系統(tǒng)的礦井水文地質(zhì)資料非常困難。經(jīng)多方努力，搜集到山西中地地質(zhì)工程有限公司編制的王家?guī)X煤礦4號(hào)煤層的采掘工程平面圖與其它4座煤礦不同煤層的采掘工程現(xiàn)狀圖。通過(guò)白家溝井田煤系地層碎屑巖裂隙含水層地下水水位外推，緊鄰井田的生產(chǎn)礦井煤層底板與地下水水位的關(guān)系如表1所示。

由一覽表中數(shù)據(jù)確定：北部王家?guī)X煤礦4號(hào)煤層全部處于地下水水位以下，其他有資料煤礦的煤層，部分處于地下水水位以下，存在采空區(qū)積水的可能性。

依據(jù)已收集的資料與井田附近生產(chǎn)礦井地質(zhì)與水文地質(zhì)條件分析，井田北部、東部的7座生產(chǎn)礦井，除王家?guī)X煤礦外，其他5座煤礦的礦井積水對(duì)白家溝井田的礦井充水都有影響，尤其是泰安煤業(yè)有限公司采空區(qū)已接近白家溝井田東邊界，晉保煤業(yè)有限公司的煤礦采空區(qū)與白家溝井田有550m安全距離，對(duì)白家溝井田的開采生產(chǎn)有一定威脅。任何一方超層越界開采形成的采空區(qū)積水都會(huì)給白家溝井田的開采生產(chǎn)帶來(lái)災(zāi)難性的透水事故。

表1 白家溝井田與相鄰煤礦煤層底板標(biāo)高（m）、煤層水位一覽表

3.6 奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶承壓水對(duì)礦井充水的影響

奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層在井田廣泛分布，地下水極其豐富，是井田最主要的含水層。井田范圍奧灰水水位標(biāo)高803～849m之間，先期開采區(qū)奧灰水標(biāo)高834～849m之間。13-2號(hào)煤層底板標(biāo)高－182～868m；11-2號(hào)煤層底板標(biāo)高-130～901m；8號(hào)煤層底板標(biāo)高-100～908m。

井田內(nèi)突水系數(shù)等于0.06MPa/m的突水臨界區(qū)分界線為奧灰水與8、11-2、13-2號(hào)可采煤層底板高差等于709.47m、490.88m、299.89m的分界線，對(duì)煤層底板的靜水壓力分別為 6.9575MPa、4.8139MPa、2.9409MPa。奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層地下水水位高于開采煤層，先期開采區(qū)西部的13-2號(hào)可采煤層突水系數(shù)大于0.06MPa/m，達(dá)到突水臨界區(qū)，要注意斷裂構(gòu)造地段的底板突水，井田西部的11-2、13-2號(hào)可采煤層突水系數(shù)大于0.10MPa/m，達(dá)到突水危險(xiǎn)區(qū)，存在底板突水危險(xiǎn)性。因此奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層地下水對(duì)礦井充水有很大影響。

4 礦井水害防治應(yīng)采取的措施

水害主要有煤系地層碎屑巖裂隙含水層地下水、構(gòu)造裂隙水與奧灰水。先期開采區(qū)水文地質(zhì)鉆孔抽水試驗(yàn)驗(yàn)證，煤系地層含水層為弱—中等富水含水層，鉆孔涌水量在南部ZK1301鉆孔處較大，附近可能存在斷裂構(gòu)造破碎帶。物探驗(yàn)證，先期開采區(qū)內(nèi)有小斷層。

奧灰水水位介于803～849m之間，井田西南部奧灰水水位高于13-2號(hào)可采煤層底板985m，經(jīng)計(jì)算，井田西南部13-2號(hào)可采煤層最大突水系數(shù)達(dá)到0.1747MPa/m，進(jìn)入底板突水危險(xiǎn)區(qū)，具有底板突水的危險(xiǎn)，在近構(gòu)造破碎帶，還會(huì)涌水。

礦井水害主要是斷裂構(gòu)造裂隙水與奧灰水。針對(duì)這2種地下水害，礦井水害防治宜采用以下措施。

針對(duì)斷裂構(gòu)造裂隙水，正常開采時(shí)，堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，加強(qiáng)防范。采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施。同時(shí)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，不斷修改充水性圖。

針對(duì)煤層帶壓開采，奧灰水底板突水的問(wèn)題，建議在井田西部開鑿水源井兼長(zhǎng)觀孔，一方面抽水降壓，解決煤礦生活飲用水的水源問(wèn)題，另一方面，監(jiān)測(cè)奧灰水水位動(dòng)態(tài)，按奧灰水對(duì)煤層的靜水壓力，合理設(shè)計(jì)采掘面的寬度，以確保安全生產(chǎn)。

5 總結(jié)

本文在分析了白家溝井田自然及地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，深入研究了大氣降水、地表水、地質(zhì)構(gòu)造、碎屑巖裂隙承壓含水層、生產(chǎn)礦井及老空區(qū)積水等因素對(duì)礦井充水的影響，并針對(duì)這些影響因素提出了礦井水害防治措施，對(duì)于礦井水害防治相關(guān)工作有著長(zhǎng)遠(yuǎn)而深刻的戰(zhàn)略意義。