張巖旗

（山西長(zhǎng)治三元晉永泰煤業(yè)有限公司 山西 長(zhǎng)治 047100）

關(guān)健詞：水害問(wèn)題；水文地質(zhì)條件；導(dǎo)水裂隙帶；水文地質(zhì)類型

晉永泰煤業(yè)位于山西省長(zhǎng)治縣縣城南約15 km處的內(nèi)王村，位于沁水煤田東南部邊緣。區(qū)內(nèi)大部為第四系黃土覆蓋，西部與北東部局部出露有二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組、二疊系上統(tǒng)上石盒子組地層，含煤地層主要為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組[1-2]。本區(qū)太行山段在這個(gè)一級(jí)隆起帶上發(fā)育有二級(jí)隆起和凹陷，煤礦位于太行山隆起之西翼，晉霍褶斷帶南部東側(cè)。受區(qū)域構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)發(fā)育有軸向北東或北西向?qū)捑彽牟铖薨櫂?gòu)造，地層傾角約3°～6°。區(qū)域年降水量在433.2 mm～814.3 mm，平均532.8 mm，大多集中在7、8、9月份，研究區(qū)屬于海河流域漳河水系濁漳河南源淘清河支流的內(nèi)王河，內(nèi)王河溝平時(shí)干涸無(wú)水[1-2]。

1 礦井水文地質(zhì)

1.1 含水層發(fā)育特征

1.1.1 第四系松散巖類孔隙含水層

巖性主要為亞砂土，底部偶夾砂礫層，厚度變化較大，由于其所處位置不同，富水性變化較大，區(qū)內(nèi)王河河床地帶及其兩側(cè)的河漫灘的砂礫層富水性較好，山梁等位于高處側(cè)僅透水而不含水，動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料水位年變化幅度0.79 m～1.46 m。

1.1.2 基巖風(fēng)化帶含水層

厚度因風(fēng)化帶發(fā)育深度而異，風(fēng)化帶深度一般為30多米，風(fēng)化裂隙發(fā)育，受地形條件限制，富水性變化較大，主要接受大氣降水和第四系含水層的補(bǔ)給，在煤礦中部和東南部地勢(shì)平坦，富水性較好。在東北部和西北部的山梁上，富水性差。

1.1.3 二疊系碎屑巖類砂巖裂隙含水層

本含水層由山西組、上、下石盒子組地層中的多層細(xì)、中、粗粒砂巖組成，為碎屑巖類砂巖裂隙含水層，一般富水性弱，由于各煤礦采煤排水，該含水層已基本被疏干。單位涌水量q=0.002 8 L/s.m，滲透系數(shù)k=0.014 6 m/d，水位標(biāo)高+1 094.11 m，為弱富水性含水層，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Na型。

1.1.4 石炭系上統(tǒng)太原組碎屑巖裂隙夾碳酸巖巖溶裂隙含水層

本含水層出露于煤礦東部，含水層主要為石灰?guī)r及砂巖，含水層是以巖溶裂隙為主，由K2、K3、K4、K5、K6共5 層灰?guī)r，累計(jì)厚度13.50 m～25.60 m，含砂巖1～5層，累計(jì)厚度9.70 m～34.80 m；其中K2石灰?guī)r是15 號(hào)煤層的老頂。據(jù)W2號(hào)水文孔該含水層資料，單位涌水量q=0.003 5L/s·m，滲透系數(shù)k=0.014 5 m/d，水位標(biāo)高+1 064.23 m。為弱富水性含水層，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Na·Ca型。

1.1.5 奧陶系中統(tǒng)峰峰組碳酸鹽巖溶裂隙含水層

上部主要為石灰?guī)r，偶有泥質(zhì)灰?guī)r，裂隙被方解石充填；中部為石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，具少量溶隙；下部為白云質(zhì)灰?guī)r夾薄層石膏，泥質(zhì)灰?guī)r等，結(jié)構(gòu)致密，性脆、局部節(jié)理發(fā)育，孔隙發(fā)育，富水性好。據(jù)W2號(hào)水文孔（距本煤礦南部邊界4 476 m）對(duì)該含水層抽水試驗(yàn)資料，單位涌水量q=0.105 2 L/s · m，滲透系數(shù) k=0.425 3 m/d，水位標(biāo)高+661.08 m，為中等富水性含水層，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca 型。結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料推測(cè)，本煤礦奧灰水位標(biāo)高為+655 m～+653 m，奧灰水由西南向東北方向徑流。

1.2 隔水層發(fā)育特征

（1）太原組15煤以上泥巖隔水層

分布于灰?guī)r及砂巖含水層之間，單層厚度一般2～4 m 不等，阻隔或減弱了含水層之間的水力聯(lián)系。煤層開(kāi)采后，隨采空區(qū)頂板冒落導(dǎo)水裂隙帶高度的逐漸增加，將會(huì)降低甚至失去其隔水作用。

（2）石炭系上統(tǒng)太原組底部及石炭系中統(tǒng)本溪組隔水層。

主要由具塑性的泥巖、鋁質(zhì)泥巖或粉砂巖組成，底部為鐵質(zhì)粉砂巖，厚度12.86 m～16.90 m，平均厚度14.60 m 左右。據(jù)W2號(hào)孔巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果，鋁質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度平均14.1 MPa，抗拉強(qiáng)度平均0.69 MPa，真密度2 729 kg/m3，屬軟弱巖石。老底為中、細(xì)粒砂巖，平均厚度1.20 m，致密堅(jiān)硬。細(xì)粒砂巖抗壓強(qiáng)度平均45.3 MPa，抗拉強(qiáng)度平均2.14 MPa，真密度2 635 kg/m3，屬中硬巖石～堅(jiān)硬巖石。該隔水層裂隙不發(fā)育，透水性差，平行不整合于峰峰組灰?guī)r巖溶含水層之上，阻隔其上、下含水層的水力聯(lián)系。

1.3 地下水的補(bǔ)、徑和排特征

本煤礦位于長(zhǎng)治縣蔭城鎮(zhèn)一帶，屬辛安泉域南部補(bǔ)給徑流區(qū)。井田內(nèi)無(wú)奧陶系地層出露，屬巖溶埋藏區(qū)，巖溶地下水賦存運(yùn)動(dòng)規(guī)律受整個(gè)系統(tǒng)的補(bǔ)、徑、排條件制約。井田邊界與周邊礦井之間無(wú)天然隔水邊界，各含水層水均沿隔水層面由高向低徑流運(yùn)動(dòng)，各含水層在水平方向與相鄰煤礦均存在自然水力聯(lián)系。在井田東南部有3#煤層的隱伏露頭，構(gòu)成了井田3#煤層及其上覆含水層的自然邊界，在露頭處主要接受第四系含水層及大氣降水的補(bǔ)給。井田內(nèi)地下水總體上由西南向東北徑流。垂向上各主要含水層之間存在隔水層，且隔水性能良好，各含水層之間的水力聯(lián)系較弱。

2 礦井充水因素分析

2.1 充水水源

2.1.1 大氣降水

3#煤、15#煤層在煤礦東部埋深較淺，兩煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度分別為90.45 m、108.98 m，在淺埋區(qū)能夠達(dá)到地表，大氣降水可直接通過(guò)采空區(qū)地表塌陷、裂縫直接進(jìn)入井下。受季節(jié)性影響，礦井涌水量具有明顯的動(dòng)態(tài)變化特征，在雨季礦井涌水量顯著增加。煤礦西部?jī)擅簩勇癫剌^深，再加上上部較厚的泥巖、砂質(zhì)泥巖等隔水層的阻隔，大氣降水對(duì)礦井充水的影響較為微弱[3-5]。

2.1.2 地表水

區(qū)內(nèi)無(wú)常年性河流和地表水體，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，沖溝發(fā)育，較大的河溝為內(nèi)王河河溝，為季節(jié)性河溝。雨季時(shí)洪水匯集沿內(nèi)王河溝向南排泄，之后向東匯入淘清河，最大流水量為0.1 m3/s～0.2 m3/s，平時(shí)干涸無(wú)水。

2.1.3 3#煤層頂板砂巖裂隙水

3#煤層頂板砂巖裂隙含水層將通過(guò)煤層頂板冒落導(dǎo)水裂隙帶向礦井充水，成為礦井充水的充水水源。據(jù)W2號(hào)水文孔對(duì)山西組砂巖裂隙含水層和下石盒子組砂巖裂隙含水層混合抽水試驗(yàn)資料來(lái)看，該含水層為弱富水性含水層，但是富水性不均一，局部富水性較好，補(bǔ)給條件較差，以靜儲(chǔ)量為主，采掘過(guò)程中主要以滴水、淋水的形式進(jìn)入礦井，易于疏干[3-5]。

2.1.4 15#煤層頂板含水層水

K2灰?guī)r為 15#煤層直接充水含水層，K3、K4灰?guī)r為15#煤層間接充水含水層。根據(jù)鉆孔對(duì)太原組灰?guī)r含水層抽水資料來(lái)看，該含水層富水性弱。但根據(jù)礦井實(shí)際開(kāi)采情況來(lái)看，在局部灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育區(qū)，K2灰?guī)r對(duì)礦井充水的影響大，要引起足夠的注意。

2.1.5 奧灰水

奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r是煤系地層下伏主要含水層。區(qū)內(nèi)奧灰水位標(biāo)高為+655 m～+653 m，徑流方向西南向東北方向。區(qū)內(nèi)3 號(hào)煤層底板最低標(biāo)高為+900 m，9#煤層底板最低標(biāo)高為+855 m，15#煤層底板最低標(biāo)高為+815 m，3#、9#、15#煤層底板標(biāo)高均高于奧灰水位，故不存在奧灰水帶壓開(kāi)采問(wèn)題，奧灰水對(duì)煤層開(kāi)采無(wú)影響。

2.1.6 采空區(qū)積水

據(jù)本次調(diào)查，目前井田內(nèi)3#煤層有5 處采空積水區(qū)，估算采空積水區(qū)面積約32 748 m2，積水量約52 611 m3，見(jiàn)圖1。15#煤層有8處采空積水區(qū)，估算采空積水區(qū)面積約234 043 m2，積水量約307 799 m3，見(jiàn)圖2。周邊采空區(qū)積水：周邊礦井除井田北部的山西長(zhǎng)治羊頭嶺紅旗煤業(yè)有限公司與晉永泰煤業(yè)相鄰處存在3 號(hào)煤層采空積水區(qū)，積水面積約491 600 m2，該積水區(qū)距晉永泰煤業(yè)邊界約150 m，正常情況下對(duì)晉永泰煤業(yè)未來(lái)15#煤層的開(kāi)采影響較小，其他礦井與晉永泰煤業(yè)相鄰200 m范圍內(nèi)無(wú)采空區(qū)積水。

圖1 3#煤層采空區(qū)及積水區(qū)分布示意圖

圖2 15#煤層采空區(qū)及積水區(qū)分布示意圖

2.2 充水通道

2.2.1 天然通道

根據(jù)現(xiàn)有資料，目前煤礦南部發(fā)育2條正斷層，根據(jù)井下實(shí)際揭露資料，采掘活動(dòng)揭露斷層時(shí)涌水量無(wú)明顯變化，僅有少量淋水，且持續(xù)時(shí)間短，斷層富水性弱。

2.2.2 人為通道

煤礦批準(zhǔn)開(kāi)采3#～15#煤層，煤層為緩傾角煤層，3#煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖，9#煤層頂板為砂質(zhì)泥巖，15#煤層頂板為泥巖、石灰?guī)r。根據(jù)《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》及《煤礦防治水細(xì)則》中的冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算并選取計(jì)算的最大值。3#煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度為90.45 m，9#煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度為36.08 m，15#煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度為108.98 m。

3#煤層底距9#煤層頂平均間距為47.00 m，9#煤層底距15#煤層頂平均間距為41.00 m，根據(jù)導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算結(jié)果，15#煤層開(kāi)采形成的導(dǎo)水裂隙帶在局部地段可溝通3#煤層老空區(qū)積水及物探解釋的采空積水異常區(qū)。未來(lái)采掘活動(dòng)范圍內(nèi)，15#煤層埋深約120 m～275 m，15#煤層導(dǎo)水裂隙帶高度無(wú)法直接導(dǎo)通地表，但在上覆3#煤層導(dǎo)水裂隙帶影響下，局部可間接溝通地表。故未來(lái)15#煤層的采掘活動(dòng)將受大氣降水及地表水影響。

2.3 礦井涌水量

根據(jù)礦方提供的2017年1月～2020年5月礦井涌水量臺(tái)賬統(tǒng)計(jì)，礦井正常涌水量74 m3/h，最大涌水量94 m3/h。結(jié)合降雨量、產(chǎn)量、掘進(jìn)進(jìn)尺資料，繪制了礦井涌水量與各種相關(guān)因素動(dòng)態(tài)曲線圖。根據(jù)圖3 分析：礦井涌水量與降雨量呈正相關(guān)關(guān)系，而與產(chǎn)量、掘進(jìn)進(jìn)尺的關(guān)系不明顯。由于地層內(nèi)含水層蓄積一定的水量，會(huì)對(duì)礦井形成補(bǔ)給，雖然降雨量為零，礦井涌水仍然有一定的數(shù)值。

圖3 礦井涌水量與各種相關(guān)因素動(dòng)態(tài)曲線圖

3 礦區(qū)水文地質(zhì)類型

計(jì)劃開(kāi)采的15#煤層導(dǎo)水裂隙帶高度無(wú)法直接導(dǎo)通地表，但在上覆3#煤層導(dǎo)水裂隙帶影響下，局部可間接溝通地表。15#煤層頂板水主要為K2、K3、K4等灰?guī)r含水層水，其間夾數(shù)層泥巖、砂質(zhì)泥巖等隔水層，相對(duì)削弱了各含水層之間的水力聯(lián)系，是15#煤層直接或間接充水含水層，該含水層厚度薄，富水性變化大。井田內(nèi)15#煤層底板標(biāo)高高于奧灰水水位標(biāo)高，不存在奧灰水帶壓開(kāi)采問(wèn)題，未來(lái)采掘活動(dòng)不受奧灰水的影響。分析認(rèn)為受采掘破壞或影響的含水層及水體有一定的補(bǔ)給水源，但補(bǔ)給條件一般，按照《煤礦防治水細(xì)則》分類依據(jù)，礦區(qū)水文地質(zhì)類型為中等型。

4 結(jié)論

（1）煤礦區(qū)內(nèi)存在3#、15#煤層采空區(qū)積水，未來(lái)開(kāi)采15#煤層時(shí)受同層及上覆3#煤層采空區(qū)積水的影響。采空區(qū)積水是礦井今后生產(chǎn)所面臨的主要水害，故在生產(chǎn)中要按照“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、探掘分離、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則。

（2）針對(duì)未開(kāi)計(jì)劃開(kāi)采的15#煤層埋藏較淺，煤層開(kāi)采形成導(dǎo)水裂隙帶在部分地段能溝通地表，要做好“雨季”三防各項(xiàng)工作，在地面同其它部門配合及時(shí)清挖水溝，保證流水暢通。檢查地面是否有裂縫和塌陷坑，發(fā)現(xiàn)以后要及時(shí)充填，對(duì)未填實(shí)井筒及封閉不良鉆孔等進(jìn)行回填密實(shí)，防止大氣降水及地表水通過(guò)這些導(dǎo)水通道灌入井下，釀成水災(zāi)事故。