郝耀軍，李 浩，武 藝

(山西西山煤電集團西曲煤礦，山西 古交 030200)

0 引言

西曲煤礦位于山西省古交市西南，呂梁山脈的東麓，目前開采2+3#、4#、8#、9#煤，采掘機械化程度達100%[1]。研究區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，切割強烈，山頂覆蓋黃土。研究區(qū)屬北溫帶大陸性季風氣候，干燥，多風，溫差大。雨季集中在7～9月，年平均降水量387.85 mm，平均蒸發(fā)量2 031.5 mm。汾河是井田內(nèi)最大的河流，從井田南部流過。

1 礦井水文地質(zhì)條件

1.1 含水層

松散層孔隙含水層(Q)：該含水層主要為汾河河谷的沖積層，以砂礫、砂土為主，富水性好，水位埋藏淺。水化學類型為HCO3-Ca·Mg型。

二疊系砂巖裂隙含水層(P)：該含水層石主要有兩類：①盒子組砂巖裂隙含水層(P2s+P1x)，主要為砂巖、砂質(zhì)泥巖以及泥巖互層，裂隙發(fā)育；②山西組砂巖裂隙含水層(P1s)，以砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖和煤為主，含水層主要為砂巖裂隙含水層，水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型。

石炭系砂巖夾薄層灰?guī)r裂隙含水巖組(C)：井田東北部可見太原組出露，由泥巖、砂巖、石灰?guī)r及煤層組成。其中，L1(廟溝灰?guī)r)、K2(毛兒溝灰?guī)r)、L4(斜道灰?guī)r)為本含水巖組的主要含水層段[2]。井田北部水化學類型為HCO3-Ca·Mg，南部為SO4-Ca型。

奧陶系巖溶裂隙含水巖組：①峰峰組巖溶裂隙含水層(O2f2)，以深灰色、灰黑色厚層灰?guī)r為主，水量豐富，水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg；②上馬家溝組巖溶裂隙含水層(O2s2+3)，主要為深灰色厚層石灰?guī)r，中間可見薄層白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r以及石膏層；③下馬家溝組巖溶裂隙含水層(O2x2+3)，以灰色、深灰色中厚層狀石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r以及蠕蟲狀灰?guī)r為主[3]。

1.2 隔水層

2+3#煤層與8#煤層間的隔水層主要有泥巖、砂巖、煤層和3層灰?guī)r(L1、K2、L4)，隔水能力強，能阻擋上部含水層與太原組灰?guī)r含水層之間的水力聯(lián)系。9#煤層底板至奧灰頂面之間的巖層可以阻擋奧灰?guī)r溶承壓水向上部含水層和煤層充水，隔水層厚度大，由砂巖、石灰?guī)r夾泥頁巖組成，分布穩(wěn)定，裂隙不發(fā)育，含水條件差，具良好的隔水能力。

2 礦井充水因素分析

西曲煤礦水文地質(zhì)條件相對簡單，充水含水層主要有石灰系下統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組與上、下石盒子組弱含水層的基巖裂隙水以及地表水。

2.1 充水水源

淺表層水：將地表水、沖積層孔隙潛水、基巖風化裂隙帶水統(tǒng)稱為“淺表層水”[4-6]。西曲煤礦地表水屬于汾河水系，汾河流經(jīng)礦區(qū)南部邊界外側(cè)。周邊私開小煤窯較多，河水和大氣降水可以通過滲漏等方式補給小窯，老空積水使得西曲煤礦涌水量增加。煤層淺埋藏地帶，地表水通過風化裂隙帶或者潛水補給，使得礦井涌水量增加。在煤層淺埋區(qū)，當開采煤層的頂板導水裂縫帶出露于基巖風化裂隙帶和地表時，可使大氣降水、潛水和基巖風化裂隙帶水等淺表層水，通過導裂帶垂向礦坑充水。

開采煤層的頂?shù)装宓某渌矗?+3#、4#煤層經(jīng)開采后，頂板導水裂隙帶將會連通下石盒子組和山西組的含水層，致使其成為2+3#、4#煤層開采的充水水源。7#、8#、9#煤層，頂板含水層為太原組砂巖夾薄層灰?guī)r巖溶裂隙含水，局部富水性不均；開采后，導水裂縫帶將揭露太原組裂隙含水層，且使導水裂縫帶與上覆煤層采空區(qū)貫通。所以，太原組含水層和上覆煤層采空區(qū)積水將會成為7#、8#、9#煤層開采的頂板充水水源。奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r含水層含水豐富，但下馬家溝組埋深大，裂隙不發(fā)育，且含水性弱；而上馬家溝組則巖溶較為發(fā)育，含水性強。

大氣降水：研究區(qū)地處內(nèi)陸，氣候干燥，降水量少且隨季節(jié)變化明顯。礦井充水也有隨季節(jié)變化的特點，在礦井淺部開采區(qū)都是豐水月涌水而枯水月干枯。

采空區(qū)積水：西曲煤礦2+3#、4#煤采空區(qū)積水面積大，且4#煤層的采空區(qū)積水是主要采空積水區(qū)，將會影響下伏煤層的安全生產(chǎn)。7#、8#煤層位于太原組，積水量大，分布范圍廣。井田周邊存在較多小煤礦，且小煤礦的采空積水基本已經(jīng)滲入大礦采空區(qū)。因資源整合，小煤礦多已關(guān)閉，其余也已停產(chǎn)，小煤礦的采空積水情況現(xiàn)已無法查明，這將是鄰近工作面的安全隱患。

老空積水：現(xiàn)經(jīng)整合的小煤礦及已關(guān)閉小煤窯，采空區(qū)均有不同程度的積水，是礦井充水的主要因素，對礦井的安全生產(chǎn)存在威脅。

2.2 礦井充水通道

斷裂及破碎帶：斷層為井田的主要構(gòu)造，且斷層主要集中于井田的西部，斷裂構(gòu)造為壓扭性正斷層。向斜和背斜的軸部以及裂隙帶使各含水層之間產(chǎn)生了水力聯(lián)系，甚至會導致部分區(qū)域出現(xiàn)集中儲水空間，在生產(chǎn)中，一些區(qū)域頂板淋水大，有時甚至出現(xiàn)突然涌水的現(xiàn)象。

巖溶陷落柱：井田內(nèi)共揭露陷落柱277個，陷落柱的柱體內(nèi)為膠結(jié)較好的雜亂堆積物，陷落柱的柱體邊緣裂隙不發(fā)育，富水性、導水性差。但受礦山壓力作用，可能會改變陷落柱的原有結(jié)構(gòu)，而成為導水的通道。

頂板采動冒落帶、導水裂縫帶：在采空區(qū)上方，可形成垮落帶、導水縫隙帶以及移動帶。8#煤層的頂板導水裂縫帶可導通2+3#、4#煤層的老空水，而9#的冒落帶則能導通上覆8#煤層的老空水。除此之外，井田北西部以及南部為煤層隱伏露頭或埋藏較淺處，導水裂縫帶高度可達基巖風化帶含水層甚至地表，所以，大氣降水、地表水可能會經(jīng)導水裂縫帶滲入，對生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

2.3 礦井充水強度

砂巖及灰?guī)r：山西組砂巖裂隙含水層是2+3#、4#煤層開采的直接充水含水層，但富水性差；下組煤層開采的直接充水水源是太原組砂巖及薄層灰?guī)r含水層，富水性差，對礦井充水影響不大。但是太原組薄層灰?guī)r含水層存在差異性，且受斷裂構(gòu)造的影響，在部分區(qū)域可能會出現(xiàn)淋水大，甚至涌水的現(xiàn)象。

開采范圍：隨著開采范圍增大，地表塌陷、裂縫使大氣降水的入滲量增加，甚至在位于溝底的小窯老空巷道有滯后塌陷而發(fā)生灌井的可能。雨季大氣降水入滲成為西曲煤礦礦井充水的重要因素之一。周圍關(guān)閉小煤礦數(shù)量多，掌握資料少，可能與小窯老空積水貫通而造成水害事故有關(guān)。

奧灰?guī)r溶含水層：西曲煤礦各煤層大部分位于奧陶系灰?guī)r承壓水位之上，南8采區(qū)部分帶壓區(qū)域近3 a無采掘規(guī)劃，因此，本規(guī)劃期內(nèi)，西曲煤礦各煤層不受奧灰?guī)r溶含水層充水影響。

3 開采受水害影響及防治水評價

3.1 開采受水害影響程度的評價

地表水、大氣降水：礦區(qū)地表水豐富，井田南部以汾河為界，溝谷均屬季節(jié)性流水。大氣降水與地表水下滲是礦井充水的重要途徑。另外，井田及周邊露頭附近存在較多小煤窯，小窯間相互貫通，且小窯與西曲煤礦多處貫通，雨季地表洪水灌井對西曲煤礦影響大。小窯的采掘邊界、積水范圍以及井筒的封堵情況也不是十分清楚，所以，這些都將成為大氣降水補給礦井的重要通道。

小窯積水：由于小窯埋藏淺，開采邊界具有不確定性，在地表塌陷處易受大氣降水的入滲補給，采空區(qū)積水量增加，所以，礦井周邊小煤礦的采空區(qū)積水是礦井開采的最大安全隱患。

采空區(qū)積水：該礦規(guī)劃期間，井田內(nèi)采空區(qū)積水情況較為清楚，在采掘過程中提前制定具有針對性的探放水技術(shù)措施進行探放。

山西組砂巖含水層：二疊系煤系地層砂巖含水層富水性弱，埋藏深，開采過程中以頂板淋水為主，水量小，對開采影響程度小。

太原組薄層灰?guī)r含水層：太原組薄層灰?guī)r是8#、9#煤層開采的頂板充水含水層，以泥巖、砂巖、石灰?guī)r及煤層為主。其中，L4、K2、L1這3層灰?guī)r為本組的主要含水層段。含水性受補給來源、埋藏深度及斷層發(fā)育的程度控制。在礬石溝、李家溝及紅崖子斷層附近，含水層埋藏淺，裂隙發(fā)育，而成為地下水的通道。

奧灰?guī)r溶水：井田帶壓區(qū)位于西南部的汾河邊和小李家溝村，煤層底板標高局部低于奧灰水水位，未進行工作面的布置，未來3 a也不進行工作面布置，因此，奧灰?guī)r溶水對現(xiàn)采掘工作面及未來3 a開拓計劃均不構(gòu)成威脅。

綜上可知，該礦井開采受水害影響程度為中等。

3.2 防治水難易程度評價

煤系圍巖充水水源：煤層頂板砂巖、灰?guī)r裂隙水為礦井涌水點的主要充水水源，水沿裂隙及回采直接向礦井充水，但水量小，補給差，易于防治，礦井以排水為主。

采空區(qū)積水：該礦采空區(qū)的積水范圍以及積水量均可以預(yù)測，在采空區(qū)下部煤層進行開采時，可對上覆采空區(qū)積水及時探放。探放水工作易進行，防治難度小。

周邊的小窯積水：西曲煤礦設(shè)置有專門的小煤礦監(jiān)管機構(gòu)，完善了小煤礦監(jiān)管的制度和措施，建立健全了小煤礦管理的各種基礎(chǔ)資料，但小窯積水探放技術(shù)難度及工程量均較大。所以，小煤窯井筒調(diào)查和老空水的探查與防治是礦井今后防治水工作的重點。

奧灰?guī)r溶水：據(jù)礦井現(xiàn)開采范圍及未來3 a采掘布署銜接規(guī)劃，開采區(qū)域各煤層底板標高高于奧灰?guī)r溶水位標高，不受奧灰水突水影響。

地表水：地表塌陷、裂縫的滲漏不僅增加了礦井涌水量，同時也是地表洪水灌井的隱患之一，加強對地表塌陷、裂縫充填，繼續(xù)開展河道治理工程是西曲煤礦今后防治水的重要工作。

由此可知，該礦井防治水工作難易程度為中等。

4 礦井水文地質(zhì)類型劃分

按照《煤礦防治水規(guī)定》，根據(jù)礦井采掘規(guī)劃區(qū)域受采掘破壞或者影響的含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量或者突水量分布規(guī)律、礦井開采受水害影響程度以及防治水工作難易程度，對礦井水文地質(zhì)類型進行劃分[7-10]。

依據(jù)各項內(nèi)容劃分綜合確定2+3#煤層礦井水文地質(zhì)類型為中等。4#煤層礦井水文地質(zhì)類型為復雜，8#、9#煤層礦井水文地質(zhì)類型為復雜，見表1。

表1 各煤層礦井水文地質(zhì)類型劃分表

5 結(jié)語

地表水、煤層頂板含水層充水和老空積水是西曲煤礦主要的充水水源。該礦井開采存在地表水及大氣降水水害、本礦及周邊采空和老空區(qū)積水水害、太灰含水層水害3種水害隱患。礦井開采受水害影響程度中等，防治水工作開展的難易程度均為中等。依據(jù)各項內(nèi)容劃分綜合確定2+3#煤層礦井水文地質(zhì)類型為中等，4#煤層礦井水文地質(zhì)類型為復雜，8#、9#煤層礦井水文地質(zhì)類型為復雜。

在今后生產(chǎn)中應(yīng)強化安全意識，繼續(xù)加強對西曲煤礦及周邊小煤礦的調(diào)查及治理工作，加強對陷落柱的物探和鉆探、該礦采空積水探放水、礦界防隔水煤柱的留設(shè)等工作，進一步完善防排水系統(tǒng)，提高“有掘必探”效果，加強地表塌陷地的巡查與治理。