芦家窑煤矿水文地质条件及矿井充水因素评价_闫宇.pdf

2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月对矿井水文地质条件、充水因素进行研究，是煤矿做好防治水工作的重要依据之一，而且这些研究能够指导未来一段时间矿井防治水工作，促使煤矿采取有效的防治水措施保证矿井的生产安全，同时也为管理和安全部门依法开展防治水工作，进行相应的管理和安全监督提供了依据。1矿井基本概况芦家窑煤矿位于山西省朔州市平鲁区井坪镇之东南处陶村乡东，行政区划属平鲁区陶村乡管辖。井田位于洪涛山脉西麓，以剥蚀侵蚀低中山地貌为主，本区属海河流域，永定河水系，桑干河支系源子河流域，歇马关河从井田西部边界由北向南流过，王货郎河支沟由井田东侧三眼沟向东流出井田外。井田总体地势为东北高西南低，最大相对高差为1 7 3.4 5m。井田总体为一宽缓的向斜构造，井田内通过地表基岩露头及井下采掘共发现1 3条断层，均为正断层，最大落差6 1 2m，最小落差2m，地质构造复杂程度属简单类型。井田内地表大部被黄土覆盖，沟谷中有基岩出露。据井田范围内地层及钻孔揭露情况并结合详查资料，对井田地层由老到新分述如下。根据以往钻探揭露地层结果，本井田自下而上为奥陶系中统、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、二叠系下统下石盒子组、二叠系上统上石盒子组、新近系上新统静乐组、第四系中上更新统、第四系全新统。井田内赋存的主要含煤地层为太原组，共含煤8层，其中4-1号、4-2号、8号、9号、1 1号煤层为可采煤层，平均总厚3 4.4 4m，次要含煤地层为山西组1号、2号、3号煤层，均为不可采煤层，煤层平均总厚0.8 0m。矿井采用斜井开拓方式，井田面积8.5 8 3k m2，设计生产能力1.5 0 1 06t/a。现开采4-1号、4-2号、9号煤层。2水文地质条件2.1含水层2.1.1第三、四系砂砾孔隙含水层第三、四系砂砾孔隙含水层主要为七里河河谷两岸及局部沟谷两侧之上滞水，地下水除潜水外，尚有浅层承压水存在。该层单位涌水量为0.0 2 1 0.0 4 1L/（s m），新近系、第四系含水层因受地形切割，在沟谷中常有少量泉水出露，主要为黄土与红土接触之下降泉水。该系由于含水层发育不普遍，含水性也是微弱的。2.1.2下石盒子组下部砂岩裂隙含水岩组下石盒子组下部砂岩裂隙含水岩组的岩性为粗中粒厚层砂岩，出露于较大沟谷中，北部有下降裂隙泉出露，流量1.0 9 6.2 9L/s。根据7 0 2号钻孔揭露，该层埋深1 6.7 3 6 0.8 8m，厚度2 6.3 2m，水位2.5 4 8.5 5m，水位标高12 2 8.2 1 12 6 8.4 0m。钻孔消耗量一般为0.1 1.5m3/h，遇透水层时则大于1 1.2m3/h。收稿日期：2022-11-23作者简介：闫宇，1984年生，男，山西太原人，工程师，主要从事水工环地质方面的研究。芦家窑煤矿水文地质条件及矿井充水因素评价闫宇（山西省煤炭地质水文勘查研究院有限公司，山西 太原0 3 0 0 0 6）摘要：通过对芦家窑煤矿矿井水文地质条件、充水因素的研究，认为影响该矿井的主要充水水源为煤系含水层裂隙水、采空区积水和奥灰水，主要充水通道为构造裂隙、导水裂隙带。针对矿井充水因素，提出了防治水工作建议，为矿井安全开采提供科学依据。关键词：水文地质条件；充水因素；防治水中图分类号：T D 7 4文献标志码：A文章编号：2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 0 8 3-0 3Evaluation of Hydrogeological Conditions and Mine Water-filling Factors in Lujiayao Coal MineYAN Yu(Shanxi Coal Geological Prospecting Institute of Hydrology Co.,Ltd.,Taiyuan 030006,Shanxi,China)Abstract:Based on the study of hydrogeological conditions and water-filling factors of Lujiayao Coal Mine,it is considered thatthe main water-filling sources affecting the mine are coal measure aquifer fissure water,goaf water and Ordovician limestonewater,and the main water-filling channels are structural fissure and water-guiding fissure zone.According to the water-fillingfactors of the mine,this paper put forward the suggestions of water prevention and control,in order to provide scientific basis formine safety mining.Key words:hydrogeological conditions;water-filling factor;waterprevention and control（总第2 1 0期）能源产业8 3 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0532 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月2.1.3山西组上部砂岩裂隙含水岩组山西组上部砂岩裂隙含水岩组有时出现两层，岩性为粗中细砂岩，厚3.1 5 1 0.8 5m，最厚1 8.0 5m，为层间裂隙水。在区域北部河谷中，有山西组裂隙下降泉出露，其流量为0.9 0 2.5 5L/s，一般为1.6 4L/s。2.1.4山西组底部砂岩裂隙含水岩组山西组底部砂岩裂隙含水岩组有时为4号煤层顶板，岩性为粗中细粒砂岩，厚度5 1 0m，全区发育（即标志层K3）。上述3号、4号含水层（组）在北部，岩层风化破碎，钻孔多严重漏水，为补给区，一般水柱高度仅3 5 0m，单位涌水量0.0 0 51 0.0 1 00L/（s m），水力坡度0.0 0 02 2 0.0 7 10 0。中部及南部储水条件较好，地下水具承压性，水柱高度一般4 0 7 0m。6 0 3号孔有自流现象，水柱高出地面1.8 8m，单位涌水量为0.8 4 1.2 2L/（s m）。2.1.5太原组碳酸盐岩溶含水岩组太原组碳酸盐岩溶含水岩组岩性为粗中细砂岩、粉砂岩和砂砾岩，厚度5 1 5m，最厚达4 2.0 9m，沉积稳定，为层间裂隙水。该层在北部受背斜的影响，地下水呈无水状态，水柱高度仅4.0 0 2 6.6 2m，水力坡度0.0 2 4 0.0 6 5，单位涌水量0.0 0 34 0.0 0 56L/（s m）。中部与南部受单斜和向斜构造的控制，储水条件较好，水柱高度为3 0 7 5m，最高为1 0 9 2 1 6m，具承压水性质，单位涌水量0.0 1 0.1 0L/（s m）。2.1.6奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组奥陶系中统的上马家沟组和峰峰组地层在神头泉域南部发育较厚，向北逐渐变薄甚至尖灭，到朔州盆地峰峰组完全缺失。平鲁区境内上马家沟组地层厚度只有3 0m 左右。根据其岩性特征、岩溶发育程度，奥陶系中统下马家沟组和下统亮甲山组为主要含水层组。根据9个钻孔揭露的6 7.3 7 2 8 4.5 3m 岩层来看，其岩性为层状白云质灰岩。含水层在奥陶系顶面以下1 5 1 8 1m，厚度6.4 5 8.4m。由于裂隙发育，规律性差，水位、水量和水力特性上均有显著差异，无规律可循。例如6 0 3号、1 0 0 4号、1 4 1 1号等孔分别钻进灰岩1 1 7.4 0m，1 4 0.1 4m，1 8 1.0 0m，水位消耗量均无显著变化。但8 0 1号、2 3 2号、1 7 0 5号等孔分别钻进1 5.0 4m，2 6.2 4m，5 8.3 1m，即遇大量裂隙溶洞，溶洞直径一般为0.0 2 0.3 0m，1 7 0 5号孔最大直径达2.8 0m，水位突降，消耗量达8.5 1 5.0m3/h。东酸茨村以北，由于背斜隆起，促使裂隙溶洞暴露于地下水位以上2 9 1 1 5m，致使区内水深达1 5 8.6 5 3 6 7.9 9m，水位标高10 5 2.1 4 11 7 1.3 3m，流向由北向南，水力坡度0.0 2 5 0.0 5 2，钻孔单位涌水量1.6 3 2.5 9L/（s m）。综上所述，该含水层的地下水在区域内北部活动较强，南部微弱1。2.2隔水层井田内主要隔水层为1 1号煤层底到本溪组底的泥质岩，其岩性致密、细腻，具有良好的隔水性能，为阻隔奥灰岩溶水与上部含水层水力联系的重要隔水层。其次，相间于山西组、太原组各砂岩含水层之间厚度不等的泥岩、黏土岩亦可起到一定的层间隔水作用。对于煤层间的砂岩裂隙含水层，经抽水结果和周围矿井井巷系统开拓水文地质资料的证实，属于富水性弱的含水层，补给来源靠侧向径流补给。这说明，补给、交替条件不好。勘探资料也证实，未发现煤层底板含水层受到中奥陶统（O2）岩溶水补给，在天然条件下没有明显的水力联系，因而未形成统一地下水位。3矿井充水因素3.1充水水源3.1.1大气降水及地表水井田内地表大部分为黄土覆盖沟谷切割，地形坡度较陡，植被不甚发育，有利于自然排水，煤层顶板的直接充水含水层只在沟谷两侧或沟底出露，入渗补给条件差。据矿井资料分析计算，各煤层顶板导水裂隙带最大高度一般情况下不会沟通地表，大气降水及地表水对矿井生产影响较小，为矿井间接充水水源。3.1.2煤系地层含水层井田开采4-1号、4-2号煤层直接充水含水层为山西组砂岩裂隙含水层，矿井采掘揭露本组地层时涌水量不大，未发现有明显含水层，还受北部安家岭露天矿采场疏干排水的影响。综合分析表明，4-1号、4-2号煤层顶板砂岩基本不含水，为透水层，富水性弱-中等。井田开采9号、1 1号煤层直接充水含水层为山西组、太原组砂岩裂隙含水层。井田内及外围基岩出露范围小，补给面积有限，补给条件较差，还受北部安家岭露天矿采场疏干排水的影响，总体富水性弱-中等，主要通过导水裂隙带向矿坑充水，为矿井直接充水水源，但对矿井生产影响不大。3.1.3采空区积水芦家窑煤矿为兼并重组单独保留矿井，井田范围内各采空区位置、范围基本清楚，只有东部大恒煤业整合前原白土窑煤矿及北部白芦煤业整合前原一半岭煤业可能存在一定范围越界采掘活动。因此，做好探放水工作，尽量减小对矿井生产的影响。3.1.4奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层井田内奥陶系灰岩岩溶裂隙水位标高为10 5 6.5 10 5 9.0m，4-1号煤层底板标高为9 2 0 10 7 0m，4-2号煤层底板标高为9 1 2 10 6 5m，9号煤层底板标高为8 6 0 10 2 0m，1 1号煤层底板标高为8 5 0 10 0 5m。4-1号、4-2号煤层绝大部分为“带压开采”，9号、1 1号煤层全部为“带压开采”。各煤层突水系数均小于0.0 6M P a/m，在无构造沟通和破坏的情况下，发生突水8 4 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月的危险性较小；1 1号煤层西南部边界处突水系数大于底板受构造破坏块段临界突水系数值0.0 6M P a/m，小于正常块段临界突水系数0.1M P a/m。此区域底板隔水层较薄，在隔水层薄弱带或遇导水构造时存在突水的可能。正常情况下，该区段一般不会发生底板突水事故，但在构造破坏地段及隔水底板薄弱处以及隐伏断层构造破坏段存在突水的危险2。3.2充水通道3.2.1地质构造就构造而言，断层是在总体呈单斜构造的条件下发育，现有勘探程度下井田中分布有1 3条断层，现状条件下尚未发现岩溶陷落柱。芦家窑煤矿断层导水性较差，以往开采时，断层仅表现为局部渗水，对矿井生产影响不大。3.2.2煤层采动顶底板破坏带根据煤矿防治水细则可知，4-1号煤层导水裂隙带高度5 5.1 7 8 0.0 6m，平均5 8.4 2m，4-2号煤层导水裂隙带高度为2 0.9 5 5 3.5 0m，平均4 7.9 5m，8号煤层导水裂隙带高度2 7.4 4 3 8.0 0m，平均3 4.7 0m，9号煤层导水裂隙带高度8 3.6 7 9 1.7 1m，平均8 7.6 9m。一般情况下，各煤层开采形成的导水裂隙带不会沟通地表，但是可将各煤层互相沟通，上部煤层的采空积水将向下渗透直接影响下部煤层的开采，做好探放水工作对矿井生产影响较小。3.2.3钻孔的影响井田施工钻孔数量较多且年代久远，钻孔均为煤系地层水泥封闭，非煤系地层黄土泥浆封闭，如果封孔质量未达到标准要求，钻孔就成了煤层与顶底板含水层或地表水之间的充水通道。3.2.4底板突破最下层1 1号煤层底板隔水层平均厚度4 7.9 8m，其底板采动破坏带有可能成为导水通道。3.3充水强度芦家窑煤矿未发生过矿井突涌水事故，开采前期矿坑涌水量相对较大，随着排水的持续逐渐减小。开采前期流入矿井的地下水包括充水岩层中的静储量和动储量，所以水量较大。随着矿坑排水工作的不断进行，静储量逐渐被消耗，矿井充水水源主要为含水层的动储量（即补给量）。由于含水层补给来源有限，正常情况下的矿井涌水量呈相对稳定或衰减的趋势。正常排水情况下不会影响生产3。4结论4.1大气降水及地表水井田内无常年性地表水体，主要发育歇马关河及其支沟、王货郎河支沟等季节性沟谷。以上河流及沟谷平时干涸无水，雨季有短暂洪流经过，因此应做好雨季防汛工作，定期对地面塌陷、地裂缝进行填埋，防止沟谷洪水沿着裂隙带进入煤层，从而影响矿井正常生产。4.2采空区积水采空区积水是矿井水害的主要水源，井田内采空区积水范围和积水量基本清楚，对于物探采空异常区，矿方应编制专门探放水设计，由专业探放水队伍依据相关规程规范进行探放水工作，探放水工作从技术上容易入手。4.3井下涌水矿井涌水点的充水水源主要为煤层顶板含水层裂隙水及井筒淋水，这些地下水沿着构造裂隙及冒落裂隙带直接向矿井充水，但是其水量较小，补给较差，矿井以排水为主，防治水工作易于进行。4.4奥灰岩溶水在无导水断裂的情况下，带压区开采4-1号、4-2号、9号煤层时，发生奥灰水突水的危险性较小。本矿在开采时应严加防范，查明井田隐伏断层、陷落柱等构造的分布和导水性，预防奥灰突水事故发生，以便防治水工作的有效推进。5防治措施针对地表水及大气降水，矿方在每年雨季前对沟渠、排洪沟、涵洞等进行全面排查，并及时清理；雨季前对地面塌陷、地裂缝进行全面调查，对调查的裂缝进行填埋治理。针对顶板水，矿方定期观测涌水量的变化情况并化验水质，分析涌水特征和规律，对顶板富水异常区进行探放。针对底板水，矿方在带压区采取超前探工作，对隐伏构造进行探测。芦家窑煤业以往探测过程中未见导水构造，如果发现导水构造则对它进行注浆封堵。针对老空水，矿方通过各种手段严格掌握井田内采空区分布位置、范围、积水量，临近采空积水区进行采掘时，应进行井下物探超前探测，并进行钻探验证，然后对采空区积水采取疏放或隔离措施。6结语通过对矿井水文地质条件、充水因素的研究可知，矿井主要充水因素为采空区积水、奥灰水、顶板含水层裂隙水，其次为大气降水和地表水，只要采取采空区积水探放、顶板富水区及底板隐伏构造探查、地裂缝填埋等措施，以上充水因素一般不会对矿井安全产生影响。参考文献：1 王力.三交河煤矿文地质条件及矿井充水因素分析 J.煤炭技术，2012，31(11)：66-67.2 王志强.唐安煤矿矿井充水条件及其影响因素分析 J.山西能源学院学报，2017，30(3)：79-81.3 闫雷芳天泰锦辰煤业矿井充水条件影响因素分析 J.水力采煤与管道运输，2018，2(1)：78-80.（编辑：白洁）闫 宇：芦家窑煤矿水文地质条件及矿井充水因素评价8 5