同發東周窯煤礦礦井水文地質類型研究

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摘要：文章在以往地質、水文地質勘探成果資料基礎上，從礦井水文地質條件和井巷充水特征出發，對受采掘破壞或影響的含水層、礦井及其周邊老空水分布狀況、礦井涌水量、突水量、煤層開采受水害威脅程度以及防治工作難易程度逐條進行分析，將東周窯礦井水文地質類型劃分為中等型。

關鍵詞：水文地質；防治水；煤礦

1概況

東周窯井田位于大同煤田西部，面積119.1288km。區內主要含煤地層侏羅系、二疊系、石炭系，其中本礦開采二疊系山西組及石炭系太原組煤層，目前主要開采山4號和5號煤層。礦區構造復雜程度中等。本區為屬晉西北低山丘陵區，為黃土丘陵地貌，地形起伏不大，沖溝發育。井田內多被第四系黃土覆蓋，沖溝中可見零星的白堊系和侏羅系地層出露，十里河流經井田北部。

2礦井水文地質條件

井田主要含水層自下而上依次為寒武—奧陶系巖溶裂隙含水層、石炭—二疊系砂巖裂隙含水層、第四系松散層含水層。井田內較穩定的隔水層主要為第三系紅粘土隔水層、層間泥巖隔水層和二疊、石炭系煤層頂底板隔水層、石炭系本溪組鐵鋁質泥巖。

3礦井充水因素分析

3.1充水水源

山4號及5號煤層開采的直接充水水源為其頂板砂巖裂隙[1]水，間接充水水源為大氣降水、地表水、侏羅系采空區積水和底板的寒武、奧陶系巖溶水。

3.2充水通道

1）斷層和陷落柱破碎帶

區內構造較發育，已查明落差大于10m的斷層25條，其中F1斷層落差最大（80m），尚有16個陷落柱，在生產過程[2]還揭露了許多小斷層，這些構造對煤層開采的威脅較大。

2）封閉不良的鉆孔

井田內施工的鉆孔較多，年代較長，封孔質量難以保障。這是人為造成的充水途徑，這類鉆孔起溝通煤層上、下含水層和地表水的作用，采動過程中一旦被揭露，將會發生突水事故。

3）導水裂隙帶

本礦導水裂隙帶高度采用《煤田水文地質工程地質環境地質勘查評價標準》（GB12719-91）附錄F中的公式予以計算。根據計算結果，山4號煤層與侏羅系13號煤層間的距離為203.60-352.45m，在局部區域兩者較接近，局部區域在開采山4號煤層時，可能會導通上覆侏羅系采空區。5號煤層與侏羅系13號煤層間距為219.56-370.62m，均大于5號煤層開采導水裂隙帶高度（計算值），開采5號煤層時產生的導水裂隙帶會導通二疊系山西組和部分侏羅系砂巖裂隙含水層，理論上不會導通上覆侏羅系采空區積水。

3.3充水強度

1）大氣降水和地表水對礦井充水強度分析

本區為典型的大陸性干旱型氣候，年降水量少，且集中在7-9月。井田內地表逕流很不發育，屬季節性河流，僅在大雨或暴雨后有洪水瀉流，排出區外，對區內地下水補給是有限的。二疊—石炭系煤層埋藏深，大氣降水和地表水對煤層開采影響較小。

2）侏羅系采空區積水對礦井充水強度分析

如前述，山4號煤層和5號煤層開采的導水裂隙帶發育高度計算值均小于其與上覆侏羅系煤層的間距，但局部地段在上覆煤層開采的底板擾動破壞及構造導通的情況下，可能會導通上覆侏羅系采空區，上覆采空區積水將會進入礦[3]井，對礦井安全構成威脅。

3）煤層底板砂巖裂隙水對礦井充水強度分析

井田內山4、5號煤層可采煤層埋藏較深，上覆有較多的含礫粗砂巖、砂礫巖含水層賦存，含水層空間分部不連續，呈大的透鏡體產出，富水性弱，地下水補給條件差。故在煤層開采時，其頂板水已正常的疏放為主，對礦井開采影響不大。

4）寒武、奧陶系巖溶水對礦井充水強度分析

依照《煤礦防治水細則》附錄五突水系數計算公式根據計算結果，山4號煤層突水系數最大值為0.0257MPa/m，綜合評價山4號煤層構造帶為危險區，其它地區均為安全區。5號煤層突水系數為0.011-0.0365MPa/m，綜合評價5號煤層構造帶為危險區，其它地區均為安全區。

4礦井水文地質類型劃分

4.1受采掘破壞或影響的含水層及水體

受山4號煤層采掘破壞或影響的含水層是其直接充水含水層山西組砂巖裂隙含水層，該含水層補給條件較差，補給水源較少；受5號煤層采掘破壞或影響的含水層是其直接充水含水層太原組砂巖裂隙含水層，富水性弱，補給條件較差，補給水源較少。區內石炭—二疊系含煤地層單位涌水量為0.0017-0.0046L/s.m。受采掘破壞或影響的含水層及水體為簡單類別。

4.2井田及周邊地區老窯水分布狀況

根據對井田未來三年采掘范圍涉及的上覆侏羅系煤礦的采空區積水情況調查結果，山4號煤層上覆采空區積水面積23約0.09km，積水量約42985m。5號煤層上覆采空區積水面23積約26km，積水量約1.24萬m。采空區積水位置、范圍及積水量清楚，為中等類別。

4.3礦井涌水量

本礦2015—2018年開采山4和5號煤，對近三年礦井涌水量進行了監測記錄，2019—2021年本礦仍計劃采掘山4號和5號煤，本次涌水量預測采用富水系數比擬法計算。通過分析本礦的收集資料，2016—2018年平均富水系數為3Kp=0.30（m/t），最大涌水量與平均涌水量的比值平均為1.0494。2019年預計年產量827萬噸，2020年預計年產量881萬噸，2021年預計年產量909萬噸。現采用比擬法預算礦井涌水量：礦井涌水量取2019—2021年涌水量的最大值，則本礦井32019—2021年正常涌水量為：Q正常＝311.30m/h，最大涌3水量為：Q最大＝326.68m/h。

4.4突水量

同發東周窯煤礦目前山4和5號煤層均為發生過突水，為簡單類別。

4.5煤層開采受水害影響程度

山4、5號煤層頂板含水層富水性弱，對煤層開采影響較小，為中等類別。

4.6防治水工作難易程度

礦井涌水主要受煤層頂板直接充水含水層和構造的影[4]響，因此防治工作的重點是對頂板水的疏排和對構造的超前探測，通過超前探測，做好頂板水的疏排，一旦揭露構造（斷層、陷落柱）發生突水，應采取物探等技術手段確定突水機理，確保安全回采。同時應根據上覆侏羅系礦井的生產情況，做好上覆采空區及采空區積水情況的調查工作。總體而言，開采山4、5號煤層的防治水工作易于進行，為中等類別。綜上，將本礦井的礦井水文地質類型劃分為中等型。礦井水文地質類型劃分結果。

參考文獻：

[1]李勛千,任素貞.我國煤礦水文地質類型劃分研究[J].煤炭學報,1992(2):89-96.

[2]武強,金玉潔,李德安.華北型煤田礦床水文地質類型劃分及其在突水災害中的意義[J].中國地質災害與防治學報,1992(2):97-98.

[3]王長申,武強,馬國平,等.復雜條件下礦井水文地質類型劃分方法[J].煤炭學報,2016,41(3):696-702.

[4]張耀,李珂,等.韓城礦區典型煤礦水文地質類型對比分析研究[J].煤炭技術,2016,35(2):146-148.

作者：左乾坤  單位：山西省地質勘查局217地質隊