王宗明 張振宇 張海波

（中國煤炭地質(zhì)總局第三水文地質(zhì)隊，河北 邯鄲 056006）

1 概況

神頭泉為山西省19大巖溶泉水之一，位于朔州市朔城區(qū)神頭鎮(zhèn)，泉域面積4756km2，泉群分布面積5km2，大小泉眼100余處，呈散狀排泄，主要由神頭泉組，司馬泊泉組，河道泉組3個泉組組成。神頭泉多年平均流量6.71m3/s(1956～2003)，年際泉水流量不穩(wěn)定系數(shù)為1.99，動態(tài)穩(wěn)定。80年代以來，由于降水量等自然因素及人類活動的影響，泉水實際流量已由80年代前的7.96m3/s，減少為80年代后的5.52m3/s，2014年泉水實際流量僅為3.03m3/s[1-2]。

梵王寺煤礦位于朔州市西南部，處于朔南礦區(qū)內(nèi)，隸屬于朔州市朔城區(qū)管轄。井田面積64.13km2，設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模6.0Mt/a，4號、9號煤層為主采煤層，礦井服務(wù)年限71.99年。井田位于泉域南部巖溶水埋藏型徑流區(qū)，距泉域重點保護區(qū)南邊界約26km。

2 奧灰含水層特征

梵王寺煤礦奧灰水單位涌水量0.0046～1.1281L/s·m，滲透系數(shù) 0.0051～6.8963m/d，富水性由弱到強。由奧陶系富水性及流場圖（圖1）可知，井田由西南向東北，富水性由強到弱。奧灰水水位標高為1051.42～1061.61m，總體流向由西南向東北徑流，其水力坡度為0.14%左右，水力坡度較緩，最終排泄于神頭泉域。

圖1 奧灰水富水性及流場圖

3 安全開采評價

3.1 底板隔水層特征

神頭泉域奧陶系上馬家溝組頂部多為灰色厚層微晶、泥晶石灰?guī)r及礫屑石灰?guī)r，奧陶系灰?guī)r淺部巖溶孔隙多被充填，形成相對隔水層。通過鉆探過程發(fā)現(xiàn)裂隙及巖溶發(fā)育的深度、消耗量突變深度、測井解釋奧灰出水深度三方面來劃分奧灰頂部相對隔水層的厚度（表1），綜合分析奧水頂部相對隔水層發(fā)育厚度為9.68～55.45m。層厚度得出，由此可知，9號煤層底板隔水層厚度46.83～127.20m[3]。

表1 奧灰頂部相對隔水層厚度表（m）

3.2 安全開采評價

3.2.1 五圖雙系數(shù)

根據(jù)“三下”采煤規(guī)范底板采動破壞帶深度的公式：

式中：

h-底板導(dǎo)水破壞深度，m；

L-開采工作面斜長，m；

H-開采深度，m；

a-開采煤層傾角，(°)。

計算得梵王寺煤礦底板破壞深度為15.39～18.28m。

9號煤層底板有效保護層厚度為28.59～91.95m。最后通過三級判別可知，9號煤層在北部和西部構(gòu)造裂隙帶部分存在奧灰水直通式突水的可能性大，其他區(qū)段非直通式突水的可能性大，見圖2。

（1）相對安全區(qū)：9號煤層在評價區(qū)西部塊段，突水系數(shù)小于0.06MPa/m，面積為10.44km2；

（2）相對危險區(qū)：9號煤層在評價區(qū)北部及東南部塊段，突水系數(shù)在0.06～0.1MPa/m區(qū)間，面積為32.25km2；

（3）危險區(qū)：9號煤層在評價區(qū)北部及西部構(gòu)造發(fā)育區(qū)，突水系數(shù)在0.06～0.1MPa/m區(qū)間,面積為4.80km2；在井田中西部，突水系數(shù)大于0.1MPa/m，面積為16.64km2，危險區(qū)面積為21.44km2。

圖2 9號煤層底板奧灰水帶壓開采評價分區(qū)圖

3.2.2 安全開采評價

五圖雙系數(shù)法不僅考慮了奧灰頂部相對隔水層的存在，增加了相應(yīng)的奧灰水頭壓力，去除了煤層開采底板破壞深度內(nèi)的隔水層厚度，更加接近煤礦開采實際，而且對突水可能性和危害性進行了綜合評價，對奧灰水環(huán)境的評價更加合理。

由此可以看出，梵王寺煤礦9號煤層承受的奧水水壓較大且突水危險性較大，在危險區(qū)開采后，若不進行防治水治理，將會對泉域巖溶水資源造成一定的影響，此區(qū)域為防治水重點防范區(qū)域。要做到安全回采，保護水環(huán)境，不僅要對底板構(gòu)造進行探查研究，局部區(qū)段對底板進行注漿加固，還應(yīng)建立應(yīng)急預(yù)案[4]。

3.3 對補、徑、排的影響

3.3.1 對神頭泉域巖溶水補給的影響

神頭泉域奧灰?guī)r溶水的主要補給途徑為大氣降水的入滲補給和河流滲入補給，神頭泉域灰?guī)r裸露區(qū)均位于井田外圍，泉域主要滲漏河流馬營河和馬關(guān)河距離井田較遠。井田9號煤層開采時導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為30.30～256.95m，上部二疊系地層平均厚度達340.2m，在井田西部煤層隱伏露頭部位及主要斷層處留設(shè)合理煤柱，則地表降水的滲入補給奧灰水的可能性較小。因此，梵王寺煤礦開采9號煤層，對神頭泉域補給產(chǎn)生影響較小。

3.3.2 對神頭泉域巖溶水徑流的影響

梵王寺煤礦位于神頭泉域深部埋藏徑流區(qū)，補給區(qū)滲入地下后，沿層間構(gòu)造裂隙系及其他空隙向向斜核部匯集，后沿向斜核部向朔縣平原運移。井田中部、東部區(qū)域突水系數(shù)大于底板受構(gòu)造破壞地段突水系數(shù)臨界值0.060MPa/m。在這些區(qū)域，開采9號煤層時一旦發(fā)生奧灰水突水，將會造成新的奧灰?guī)r溶水排泄點，對奧灰水的水力坡度產(chǎn)生較大影響，同時對神頭泉域的徑流條件產(chǎn)生較大影響。

3.3.3 對神頭泉域巖溶水排泄的影響

梵王寺煤礦位于神頭泉域徑流區(qū)，若井田開采9號煤層時發(fā)生較嚴重的奧灰水突水事故，造成新的奧灰?guī)r溶水排泄點，必將會對下游泉口排泄區(qū)泉水出流量產(chǎn)生一定的影響，突水形成的礦坑水排放對下游區(qū)水環(huán)境質(zhì)量構(gòu)成威脅，嚴重影響到泉域巖溶水資源的合理開發(fā)與配置利用[4]。

4 防治措施

（1）按照9號煤層突水危險性分區(qū)，確定合理的開采邊界，危險區(qū)嚴禁開采。根據(jù)突水評價結(jié)果，在突水危險區(qū)內(nèi)禁止開采9號煤層，在相對危險區(qū)內(nèi)不采取措施禁止開采9號煤層。

（2）主要斷層和構(gòu)造發(fā)育地帶留足隔水煤柱，對于斷層發(fā)育導(dǎo)通奧灰水的區(qū)域留設(shè)保安煤柱或進行水泥灌漿，在主要構(gòu)造和含水層的防隔水煤巖柱寬度為不小于20m。

（3）底板薄弱地帶進行底板注漿加固，通過綜合物探探測底板斷層破碎帶及隔水層的位置和分布，注漿加固的目的層主要為9號煤層底板下隔水層及局部奧灰頂部相對隔水層。

（4）建立巖溶水動態(tài)觀測網(wǎng)。①在井田內(nèi)、周圍的構(gòu)造復(fù)雜區(qū)及井田北部排泄區(qū)建立巖溶地下水動態(tài)觀測網(wǎng)，定期采樣監(jiān)測，進行水位、水溫、水質(zhì)監(jiān)測，定期整理研究，定期預(yù)報，發(fā)現(xiàn)問題及時研究，并及時采取措施，盡量減小煤炭開采對地下水的不利影響。②目前梵王寺煤礦北部有豐予煤礦、東部有麻家梁煤礦、南部有北辛窯煤礦等多個煤礦均位于神頭泉域南部徑流區(qū)，因此要定期收集、調(diào)查和核對相鄰煤礦的情況，并在專門的圖紙上標出其井田位置、開采范圍、開采年限、水情況等，且要制定科學(xué)合理的綜合開采方案[5]。

（5）封閉不良鉆孔，以往施工進入奧灰地層的鉆孔，若存在封閉不良鉆孔，畢竟會成為導(dǎo)水通道。因此，對有透水威脅的鉆孔進行啟封或者留設(shè)防水煤柱。

（6）建立突水應(yīng)急預(yù)案。神頭泉域奧灰水具有水壓大、富水性較好的特征，一旦突水會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，同時勢必會破壞神頭泉域奧灰水水環(huán)境。因此要做好突水應(yīng)急預(yù)案，加強水文觀測、做好信息預(yù)警等工作。

5 結(jié)語

梵王寺煤礦9號煤層開采對神頭泉域奧灰水有一定的影響。開采9號煤層時應(yīng)嚴格按照突水危險性分區(qū)開采，禁止對奧灰水采用疏水降壓的方法進行采煤，在主要導(dǎo)水斷層留設(shè)隔水煤柱，底板薄弱地段進行注漿加固，建立井田內(nèi)外巖溶動態(tài)觀測網(wǎng)，加強對底板奧灰水的防治，制定科學(xué)合理的開采方案，保證煤礦安全生產(chǎn)，同時減少對神頭泉域水資源的影響，保護神頭泉域水資源。