煤礦水文地質(zhì)分析探討范文

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摘要：煤礦水文地質(zhì)對于煤礦防治水工作的開展具有十分重要的意義。結(jié)合斜溝煤礦地質(zhì)情況，分析了礦井含水層和隔水層分布、礦井充水條件和井田周邊采空區(qū)積水情況，以期為煤礦水害的防治提供一些思路。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；水文地質(zhì)；水害防治

斜溝井田各邊界均為人為劃定邊界，無自然邊界。井田東部邊界為石炭系出露區(qū)，外圍有奧陶系地層出露區(qū)，主要接受東部含水層的側(cè)向補(bǔ)給，為奧灰、太灰和砂巖裂隙孔隙含水層補(bǔ)給邊界。井田西部位于單斜構(gòu)造最低處，且無大的斷裂構(gòu)造存在，井田內(nèi)奧灰、太灰和砂巖裂隙孔隙含水層水從西邊流出，為一排泄邊界。井田地層呈近南北走向，且有連續(xù)起覆變化，總體來講南部略高于北部。奧灰含水層水位南部邊界處為+855m，北部邊界處為+851m，地下水由南向北徑流，而南部為人為邊界，未發(fā)現(xiàn)斷層等構(gòu)造發(fā)育，可視為補(bǔ)給邊界，北部為排泄邊界。要特別注意井田周邊的采空區(qū)積水及越界開采情況，以免采掘揭露這些區(qū)域引發(fā)透水事故[1-2]。因此，周邊小煤窯采掘邊界及積水范圍探測和防治應(yīng)為礦井重點(diǎn)的防治水工作。

1礦井含水層和隔水層分析

1.1含水層

井田主要含水層自下而上可劃分為：奧陶系巖溶含水巖組，石炭系太原組碎屑巖類裂隙含水巖組，二疊系含水巖組，三疊系碎屑巖類裂隙含水巖組，第四系、新近系松散巖類孔隙含水巖組。奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組厚度2.9～14.3m，平均厚度為7.4m，主要出露于井田界外東部，由東向西開始全部傾沒于石炭系地層之下。井田內(nèi)O2f地層巖溶發(fā)育較差。奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組厚度224～248m。石炭系太原組碎屑巖類裂隙含水巖組為井田內(nèi)13號煤層開采的充水水源之一，各含水層之間有泥質(zhì)隔水巖組，使得各含水層之間水力聯(lián)系減弱。二疊系下統(tǒng)碎屑巖類裂隙含水巖組含水層主要為中、粗粒砂巖。二疊系上統(tǒng)和三疊系下統(tǒng)碎屑巖類裂隙含水巖組以砂巖裂隙含水層為主，屬弱富水含水層。第四系、新近系松散巖類孔隙含水巖組新近系上新統(tǒng)分布在溝谷兩側(cè)和溝頂?shù)幕鶐r頂面上，含水層以礫石為主，厚度不穩(wěn)定，局部礫石層較厚，富水性較好，單井出水量可達(dá)100～500m3/d。

1.2隔水層

a)13號煤層以上至8號煤層太原組、山西組泥巖隔水層。據(jù)鉆孔資料，13號煤層以上至8號煤層的太原組、山西組地層巖性以泥巖為主，厚度38.10～78.10m，平均厚度52.42m，井田內(nèi)沉積連續(xù)穩(wěn)定，是山西組8號煤層與太原組13號煤層之間較好的隔水層。b)13號煤層以下太原組泥巖及本溪組泥巖隔水層。據(jù)統(tǒng)計，13號煤層底板至奧灰峰峰組頂界面之間的地層間距為37.06～77.92m，平均間距為51.31m。隔水層主要為太原組下段下部的泥質(zhì)巖及粉砂巖，以及本溪組泥巖、鋁土巖等隔水層。隔水層的巖性及厚度依次為鋁質(zhì)泥巖、煤0～10.07m，平均5.24m；泥巖、粉砂巖12.13～60.05m，平均31.69m。隔水層平均累計厚度36.93m，占地層總厚度的71.98%。從地層組合結(jié)構(gòu)看，此段地層皆為泥質(zhì)巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、灰?guī)r組成的相互疊置結(jié)構(gòu)，這種地層組合結(jié)構(gòu)在一定程度上限制了砂巖及石灰?guī)r的垂直裂隙發(fā)育，也限制了大氣降水及地表水的補(bǔ)給作用，同時也在一定程度上限制了上覆含水層地下水的下滲及越流補(bǔ)給作用。

2礦井充水條件

2.1礦井充水水源

該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降雨量分配極不均勻。井田東部為老（?。└G區(qū)及煤層隱伏露頭區(qū)，煤層埋深較淺，大氣降水可通過導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)入采空區(qū)，通過對11采區(qū)北翼采空區(qū)涌水量的觀察，大氣降水對采空區(qū)具有明顯的補(bǔ)給作用，而且井田東部石炭系以上地層均有出露，可接受大氣降水的補(bǔ)給[3]。斜溝煤礦地層總體向西傾斜，東部煤層埋藏淺，存在6號、8號、13號煤層露頭，大氣降水和地表水能夠通過風(fēng)氧化帶、煤層開采形成的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶潰入井下。5號、6號、8號煤層頂板直接充水水源主要為二疊系山西組幾層中粒砂巖及局部粗粒砂巖的裂隙水，石盒子砂巖裂隙水為其頂板間接充水水源。上組煤頂板砂巖含水層單層厚度一般為1～4m，累計厚度5～12m，平均累計厚度約8m。由于砂巖難溶成分高，裂隙不發(fā)育，開啟程度差，加之含、隔水層呈相互疊置的沉積序列，砂巖含水層地下水的補(bǔ)、蓄條件差。在井田東部煤層淺埋區(qū)，煤層開采形成的導(dǎo)水裂隙帶可直達(dá)地表，大氣降水和地表水是上組煤頂板砂巖裂隙水的重要補(bǔ)給來源。石炭系太原組碎屑巖類裂隙水是13號煤層直接充水水源。含水層單層厚度一般為2.60～4.00m，累計厚度一般為6～8m。13號煤層厚度為5.95～16.68m，平均厚度為13.88m，上距8號煤層38.10～78.10m，平均52.42m，則13號煤層開采后，導(dǎo)水裂隙帶將揭露太原組砂巖裂隙含水層，并與上覆8號煤層采空區(qū)溝通。井田5號煤層底板標(biāo)高360～1090m，井田6號煤層底板標(biāo)高350～1000m，8號煤層底板標(biāo)高330～1050m，13號煤層底板標(biāo)高300～950m。根據(jù)井田水文地質(zhì)資料，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)條件，推斷井田馬家溝組+峰峰組含水層水位標(biāo)高841～853m，井田5號、6號、8號、13號煤層均屬帶壓開采煤層。

2.2礦井充水通道

根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件及開采條件，礦井充水通道可分為自然充水通道和人為充水通道。自然充水通道主要包括斷層、陷落柱、構(gòu)造裂隙等，人為充水通道主要包括煤層采動形成的垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶、封閉不良的鉆孔等。

2.2.1礦井充水自然通道

根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料及水文地質(zhì)資料，目前井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大的斷裂構(gòu)造，也未發(fā)現(xiàn)陷落柱，總體上為一走向近南北、傾向西的單斜構(gòu)造，構(gòu)造簡單[4]。但是需特別注意的是，此結(jié)論是在井田內(nèi)大部分區(qū)域未進(jìn)行地面三維地震條件下得出的，不能排除井田內(nèi)發(fā)育有隱伏的導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造和巖溶陷落柱的可能。在井田東部煤層露頭發(fā)育，煤層埋藏相對較淺，井田內(nèi)地層向西傾斜，大氣降水可通過煤層露頭的松散沉積物孔隙、基巖裂隙下滲，在基巖裂隙相互溝通的情況下進(jìn)入采掘工作面。

2.2.2礦井充水人為通道

經(jīng)估算，5號煤層、6號煤層和13號煤層導(dǎo)水裂縫帶最大高度分別為68.79m，77.88m和287.60m，而實(shí)測8號煤層導(dǎo)水裂縫帶高度為74.8m。井田下部煤層形成的導(dǎo)水裂縫帶可發(fā)育至上覆煤層的含水層或采空積水區(qū)，對下部煤層開采構(gòu)成威脅；同時，煤層在井田中東部埋藏較淺，回采后形成的導(dǎo)水裂縫帶可延伸至地表，直接溝通大氣降水與地表水，引起工作面滲水量及采空區(qū)積水量的增大，危害礦井生產(chǎn)安全。封閉不良孔是一種人為充水途徑，該類導(dǎo)水通道的隱蔽性強(qiáng)[5]。在生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)這類鉆孔主要有：a)未封閉水文長觀孔、水井、煤層氣勘探孔；b)已封閉水文孔及勘探事故孔。

3井田及周邊地區(qū)老窯水分布狀況

井田東部煤層淺埋區(qū)有關(guān)閉的小煤礦和老空水分布，主要分布在井田東部斜溝、麻墕塔溝、廟溝、石佛溝和迷糊溝內(nèi)的煤層露頭附近。結(jié)合物探成果及其他水文地質(zhì)資料對井田采（古）空區(qū)積水進(jìn)行評價：井田8號煤層有10處采空積水區(qū)，13號煤層有6處采空積水區(qū)，充水水源主要為頂板砂巖裂隙水。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式對采空區(qū)積水量進(jìn)行估算，估算公式為：Q=KMScosα，(1)式(1)中，Q為采空區(qū)積水量，m3；K為充水系數(shù)；M為煤層平均厚度，m；S為積水區(qū)投影面積，m2；α為煤層傾角，°。經(jīng)估算，截至2019年11月，井田8號煤層積水區(qū)面積316992m2，積水量372982m3；13號煤層積水區(qū)面積45572m2，積水量57561m3；井田采空區(qū)總積水面積362564m2，總積水量430543m3。井田北部為山西忻州神達(dá)晉保煤業(yè)有限公司現(xiàn)開采的8號、13號煤層。神達(dá)晉保煤業(yè)8號、13號煤層存在采空區(qū)積水，其中，8號煤層總計積水面積為30372m2，積水量約25481m3，13號煤層總計積水面積為13420m2，積水量約39165m3。

4結(jié)語

斜溝煤礦礦井涌水量主要由井筒殘留水量、工作面涌水量和采（古）空區(qū)來水量構(gòu)成。近年來，斜溝煤礦礦井涌水量基本正常，但隨著開采程度逐年加深，采空面積逐漸增大，礦井涌水量會逐漸增大。因此在開采過程中，一定要堅持“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的原則，做好防治水工作，防止水害事故發(fā)生，確保生產(chǎn)安全。

作者：閆宇 單位：山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院