赵庄煤矿矿井水文地质分类

　　引言
　　
　　水害作为影响煤矿安全生产的主要灾害一直受到人们的关注，而矿井水文地质的类型及其复杂程度决定了水害的大小，也决定了煤矿安全部门防治水害工作的难易程度，它对矿井的开拓方式、采掘系统布置以及矿井的总体设计都有直接影响。为减少煤矿水灾事故的发生，《煤矿防治水规定》明确规定，各煤炭企业应结合本地地质及水文地质资料，在查明矿机充水条件、充水水源、充水因素、涌突水量及其危害程度的基础上，进行水文条件类型的划分。煤矿水文地质条件类型划分工作的落实，对于分析和评价矿井水害程度、水害的综合治理具有十分重要的意义。

　　1 概况

　　赵庄煤矿位于山西省高平市城北 12km 处，行政区划隶属于高平市、长治县、长子县管辖。该矿属华北型石炭二叠系煤田。山西组和太原组共含煤 15 层，自上而下山西组含 1#、2#、3# 共三层煤，太原组含 5#、6#、7#、8-1#、8-2#、9#、11#、12#、13#、14#、15#、16# 共 12 层煤，其中 3# 和 15#煤层为全区稳定可采煤层，目前批准开采 3# 煤层，其地质储量为 90291 万吨。矿井采用主副斜井、副立井混合开拓方式。井田内共发现 16 条断层，规模和落差较大的断层有6 条，陷落柱共 6 个。

　　2 矿井水文地质

　　2.1 含水层和隔水层

　　根据岩性组合及含水层的水力性质，自上而下将含水层划分如下：①奥陶系中统峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层；②石炭系上统太原组溶裂隙含水层；③二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层；④二叠系下统下石盒子组 K8 砂岩裂隙含水层；⑤二叠系下统石盒子组上部 K9 砂岩含水层；⑥二叠系上统石盒子组 K10 砂岩含水层；⑦基岩风化带裂隙含水层；⑧新生界松散岩类孔隙含水层。

　　二叠系各砂岩含水层之间和太原组各薄层灰岩含水层之间都存在厚度不等的隔水层。但对 3# 煤和 15# 煤开采至关重要的是奥陶系灰岩顶面至 3# 煤层底面和 15# 煤层底面之间存在的隔水层。3# 煤层底板具有较好的带压开采条件。15# 煤底板缺少稳定、连续的砂岩和石灰岩等抗变形好的岩层，不利于带压开采。

　　2.2 矿井充水水源

　　在沿煤层顶板掘进采区运输巷道过程中发现了 3# 煤顶板涌水较大，涌水方式为 3# 煤顶板淋水、滴水。通过断裂构造、岩溶陷落柱、未封堵或封堵质量差的钻孔等途径进入矿井。

　　2.2.1 地表水随着煤层的开采，上部覆岩结构将可能遭到破坏，会使基岩裂隙加大、增多，甚至形成地面塌陷、地裂缝，沟通断层，因此在开采过程中可能导致矿井涌水量增加。

　　2.2.2 顶板砂岩水评价 3#煤顶板导水裂隙带发育高度采用公式：Ht=100M3.3n+3.8+5.1上式中 Ht为导水裂隙带发育高度，M 为累计采厚，n为煤层分层数。计算结果 Ht=69.04m.这一结果说明，在 3#煤顶板 69.04m 范围内的所有含水层都会受采煤影响，使其中的地下水流入矿井。

　　2.2.3 太原组薄层灰岩含水层【1】

　　
　　据表 1,取 3#煤开采造成的煤层底板破坏深度为15m,按临界突水系数 0.06MP/m 计算，K5灰岩与 3#煤之间的隔水层可承受 1.30MPa 的水压，K5灰岩的水位标高687.75,所以 557.75 水平以下可能产生 K5灰岩水突出。K5灰岩较薄，渗透系数为 0.011~0.023m/d,属裂隙岩溶承压弱含水层，对矿井威胁不大。K2、K3、K4灰岩含水层与 3#煤之间的隔水层可承受的水压均很大，对矿井威胁不大。但突水系数主要是对较完整的底板而言，如果隔水层存在陷落柱，不仅使岩层承受水压能力降低，而且各层灰岩水会发生水力联系，甚至与奥灰水沟通，因此各层灰岩均可能发生突水，特别是 K2灰岩含水层厚度较大，富水性较好，对矿井安全影响较大。

　　2.2.4 奥陶系灰岩含水层奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层厚度大，富水性好，与 3#煤层间距 130m 左右，一般不可能直接发生突水。但奥灰水有可能通过导水陷落柱、断层和裂隙密集带等地质异常体或未封闭和封闭质量不好的钻孔突入矿井，成为煤层底板发生突水的最重要的水源。

　　2.3 矿井充水因素

　　主采煤层 3# 煤层的直接充水含水层为顶板砂岩裂隙含水层，钻孔单位涌水量最大为 0.0051L/s·m~0.33L/s·m,属弱富水性含水层~中等富水性含水层。在煤层开采过程中，由于冒落带的产生，上覆碎屑岩含水层和地表水（赵庄水库、丹沙、北丹河、苏里沙 3 条支流）及采空区积水，也将成为 3# 煤层的充水因素。据 1104 水文孔抽水试验结果，钻孔单位涌水量为 0.33L/s·m,渗透系数为 0.58m/d,属中等富水性含水层。在带压开采区，开采 3#煤层时，奥灰岩溶水可能会沿断层、陷落柱导入矿井。

　　3 矿井水文地质类型的划分

　　根据《煤矿防治水规定》第十一条的规定，为了有针对性地做好矿井防治水工作，对矿井水文地质类型进行划分，以指导矿井防治水工作，确保矿井安全生产。《煤矿防治水规定》依据受采掘破坏或影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况、矿井涌水量、突水量、开采受水害影响程度、防治水工作难易程度，将矿井水文地质类型划分：简单、中等、复杂、极复杂四种类型[5-8].

　　3.1 受采掘破坏影响的含水层及水体

　　由于 3# 煤层顶部采掘破坏或影响的含水层埋藏深度较深，且与上覆风化带及松散层之间相隔一定厚度的隔水层。从含、隔水层分布的宏观组合分析，应属平行复合结构类型，含、隔水层均处于分散隔离状态，因此受 3# 煤层采掘破坏或影响的含水层以静储量为主，补给来源少，矿井水文地质类型为简单。另外通过 1607 孔、2201 孔对 K8砂岩裂隙含水层进行混合抽水试验结果表明单位涌水量为0.0019~0.0051L/s·m,小于 0.1L/s·m 即小于简单和中等的临界值，水文地质类型也为简单。3#煤底部受采掘影响的含水层间的水力联系被其间隔水层所阻隔，补给条件差，单位涌水量小于 0.1L/s·m,据此也可以判断 3#煤层矿井水文地质类型也为简单。

　　3.2 矿井及周边老空水分布状况

　　赵庄井田含煤地层埋藏较深，无生产矿井及老窑。目前只有外围（集中在庄头断层东侧）分布众多的老窑，且距离赵庄井田 3#煤层较远，只要做好庄头断层的防治水工作，这部分老窑对赵庄井田 3#煤层的开采影响不大。依此判断赵庄井田 3#煤层矿井水文地质类型为简单。

　　3.3 矿井涌水量

　　表 2 根据 2014 年 8 月至 2014 年 12 月涌水量统计数据，矿井涌水量最大值为 252m3/h,最小为 225m3/h,赵庄井田 3#煤层水文地质类型为中等。【2】

　　
　　3.4 突水量

　　该煤矿未发生过突水事故，无突水量资料。

　　3.5 开采受水害影响程度及防治水难易程度

　　目前通过对井下各掘进头面、综采工作面的观测，涌水量一般比较稳定，水源主要为裂隙发育高度范围内含水层中的地下水，巷道掘进过程最大涌水量 30m3/h,工作面最大涌水量为 80m3/h,虽然对煤层开采和巷道掘进带来一定程度的影响，但由于涌水量不大且稳定，水源明确，防治水工作简单，赵庄井田通过一系列有效易行的防治水措施及时地消除了隐患，没有发生突水事故，所以对于顶板水从突水量来看赵庄井田水文地质类型为简单，从开采受水害影响程度及防治水工作难易程度来看赵庄井田水文地质类型为中等。

　　综上所述，如表 3,并根据《煤矿防治水规定》，赵庄煤矿水文地质类型为中等。【3】

　　
　　4 结论

　　①赵庄井田开采 3#煤层，矿井水主要来自煤层顶板K 砂岩含水层和 K8和 K9砂岩含水层。由于这些砂岩含水层裂隙不发育，连通性差，含水性弱，在一般情况下不会对 3#煤层开采构成严重威胁，目前工作面涌水量在25-90m3/h.但是当回采后顶板冒落裂隙带或断裂沟通上部强含水层或水体时，则有可能大量涌水甚至造成水害事故。

　　②奥灰含水层距离 3# 煤层较远，从整个井田范围内来看 3#煤底板奥灰水突水系数介于 0.0095~0.052MPa/m,对于较完整的底板一般不会发生奥灰突水，但是由于井田内陷落柱、断层比较发育，奥灰水完全有可能通过这些地质异常体和未封闭或封闭质量差的钻孔涌入矿井，危及煤矿安全。

　　③3# 煤层由于顶板砂岩水含水性弱，且以静储量为主，因此可以采用顶板砂岩水疏放技术和配备合适的排水设备等措施来减小顶板砂岩水对 3#煤层采掘工程的影响。

　　④奥灰含水层厚度大，岩溶裂隙发育，水量丰富，一旦发生奥灰突水，后果不堪设想，因此要加强陷落柱、断层的分布和赋水性的探查和评价，对于存在导通奥灰水可能性的陷落柱、断层，可以采取注浆封堵和防水煤柱留设等措施预防奥灰水进入矿井。

　　参考文献：

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