周起謀，李小明，向曉蕊，劉 賽

(華北科技學院 安全工程學院，北京 東燕郊 101601)

我國多數(shù)煤礦水文地質(zhì)條件復雜，無論受水害威脅的面積、類型，以及威脅的程度，都是世界上較罕見的。尤其近幾年，隨著開采深度、開采強度、開采速度以及開采規(guī)模的增加和擴大，礦井突水問題日益嚴重[1]。因此，安全生產(chǎn)警鐘長鳴，防治水工作任重道遠。根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》[2]第二章礦井水文地質(zhì)類型劃分及基礎資料之十二條：“礦井必須對本單位的水文地質(zhì)情況進行研究,及時編制礦井水文地質(zhì)類型劃分報告,并確定本單位的礦井水文地質(zhì)類型。”在我國煤礦防治水工作取得一系列成果[3—6]的基礎上，編制雙龍煤業(yè)開發(fā)有限責任公司水文地質(zhì)類型劃分報告，充分把握礦區(qū)的水文地質(zhì)類型，是雙龍煤業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的一項重要工作[7]。

1 礦井基本概況

雙龍井田位于黃土高原南部，陜西省黃陵縣城西北40 km，行政區(qū)劃屬陜西省黃陵縣雙龍鎮(zhèn)管轄。區(qū)內(nèi)由于南部沮河、北部葫蘆河支流的長期切蝕，造成巖石出露，階地發(fā)育，溝壑交錯，山梁起伏屬地形較復雜的中、低山地貌，溝谷切割深達100～200 m，黃土塬高程一般在+1100～1300 m，最低處雙龍鄉(xiāng)附近沮河河谷海拔高程+992 m，最高點位于北部分水嶺，標高+1450 m，相對高差約458 m，山丘地帶基本上全為自然林覆蓋。屬地形較為復雜的中—低山區(qū)。礦區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造形態(tài)為一開闊而平緩的不對稱向斜構(gòu)造。向斜軸在礦區(qū)中部，近南北向。該向斜構(gòu)造是控制區(qū)內(nèi)主采煤層2#煤空間展布及厚度變化的同沉積褶皺構(gòu)造。井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖侵入現(xiàn)象?？傮w而言，雙龍礦區(qū)地層平緩，褶皺寬緩，斷層不發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造屬于簡單類型。

2 礦井水文地質(zhì)類型劃分指標評價

按照國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局2009年09月21日發(fā)布的《煤礦防治水規(guī)定》第十一條之要求，根據(jù)礦井受采掘破壞或者影響的含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量或者突水量分布規(guī)律、礦井開采受水害影響程度以及防治水工作難易程度，對礦井水文地質(zhì)類型進行劃分。

2.1 礦井受采掘破壞或影響的含水層

2#煤是主采煤層，煤層頂部含水層主要有侏羅系中統(tǒng)延安組中部含水層(J2y中)、侏羅系中統(tǒng)直羅組下段砂巖含水層(J2z1)、白堊系下統(tǒng)洛河組砂巖孔隙裂隙含水層(K1l)、第四系黃土含水層(Q2l+3m)、第四系河谷砂礫石孔隙潛水含水層(Q4al)。對礦井充水有影響的含水層主要是延安組中部含水層(J2y中)，其次是直羅組下段砂巖含水層(J2z1)。

2.1.1 延安組中部含水層(J2y中)

2#煤層頂部含水層不全部受采掘破壞或影響，根據(jù)導水裂隙帶發(fā)育高度計算公式，可得開采2#煤層頂板導水裂縫帶發(fā)育高度為13.69～68.48 m，平均為37.60 m。在導水裂隙帶內(nèi)發(fā)育的含水層為侏羅系中統(tǒng)延安組中部含水層(J2y中)和侏羅系中統(tǒng)直羅組下段砂巖含水層(J2z1)。其中延安組中部含水層屬于直接充水含水層。據(jù)L32、L36、L97號鉆孔抽水試驗資料表明延安組中部含水層出水量少，富水性弱。

2.1.2 直羅組下段砂巖含水層(J2z1)

僅在井田東南角S102號鉆孔導水裂隙帶最大高度超過直羅組底界2.91 m，其它鉆孔導水裂隙帶最大高度均不能到達直羅組底界。直羅組下段砂巖，俗稱“直羅砂巖”，全段厚度31.05—73.36 m，平均60.17 m。該層厚度大、分布廣、出露多、易于補給，在受古剝蝕作用造成直羅組上段隔水層缺失的區(qū)域，該層地下水可接受上層水的天窗式補給，富水性明顯增強，水質(zhì)有明顯的改善，故屬富水性中等的含水層。

直接充水含水層羅統(tǒng)延安組中部含水層富水性弱，補給條件差，根據(jù)L32與L97鉆孔資料單位涌水量小于簡單和中等的臨界值。但間接充水含水層中侏羅統(tǒng)直羅下段砂巖含水層，鉆孔抽水試驗單位涌水量大于0.1 L/s·m，小于1 L/s·m。據(jù)此確定礦井水文地質(zhì)類型為“中等”類別。

2.2 礦井及周邊老空水分布影響

2.2.1 井田內(nèi)采空區(qū)積水

井田內(nèi)采空區(qū)都集中分布在井田南區(qū)(老礦區(qū))，積水量相對較少。對今后井田北區(qū)開采影響較小。

2.2.2 周邊老空水分布狀況

雙龍煤業(yè)井田東北部存在兩處小煤窯，即雙龍鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦(雙龍立井)和石頭坡煤礦，2個小煤礦離雙龍煤業(yè)開采北區(qū)相對較近，于2004年至今已停止生產(chǎn)，兩礦井口均已封堵。原小煤礦井田開采范圍，已在雙龍井田范圍內(nèi)。1999年9月初，當雙龍煤業(yè)2102工作面兩順槽掘進至620 m處時，與北部雙龍鄉(xiāng)立井井下巷道打通，巷道內(nèi)無積水，雙龍煤業(yè)采取后退40 m進行封閉的方法，砌筑兩道密閉墻，另開切眼準備工作面。同年10月，在切眼掘至20 m時，發(fā)現(xiàn)2102運順大量出水，運順端頭密閉處有噴水現(xiàn)象，后經(jīng)調(diào)查確定雙龍鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦利用地勢高的條件向雙龍煤業(yè)2102工作面排水。當時水量不斷增大，雙龍煤業(yè)不得不封閉了2102工作面。雙龍煤業(yè)期間從未停過對2102工作面積水情況觀測，2003年平均出水量24 m3/h，工作面積水量不斷減小，到2009年工作面積水量平均在6 m3/h。目前雙龍煤業(yè)的生產(chǎn)區(qū)已遠離這兩個小礦，在四采區(qū)布置工作面。

綜上所述，雙龍井田含煤地層埋藏較深，無生產(chǎn)礦井及老窯。目前只有外圍分布眾多的老窯，這部分老窯對雙龍井田2#煤層的開采影響一般。依此判斷雙龍井田2#煤層礦井水文地質(zhì)類型為中等。

2.3 礦井涌水量

據(jù)統(tǒng)計，自2010年～2013年12月，礦井正常涌水量一般不足20 m3/h。礦井水主要來源是延安組中部含水層和直羅組下段砂巖裂隙水、小窯積水和采空區(qū)水。

原雙龍煤業(yè)水文地質(zhì)條件簡單，含煤地層富水性弱，充水方式主要為由煤層及頂板向工作面滲水。1999年12月31日， 2201工作面與周圍小窯打通，礦井涌水量測定為35 m3/h左右，后經(jīng)處理涌水量逐漸減小。根據(jù)2010年至2013年礦井涌水量觀測，多年礦井涌水量均小于20.0 m3/h，平均為12.5 m3/h，最大涌水量14.6 m3/h，對回采影響不大。

鄰礦黃陵一號煤礦自2005年開始對井下涌水量進行了系統(tǒng)的觀測，根據(jù)2010年至2011年井下觀測資料，礦井涌水量250～537 m3/h，一般涌水量為350 m3/h。近年來，隨著采空范圍的擴大，礦井涌水量有增大的趨勢。

表1 J2y含水層抽水試驗成果

全礦井涌水量預算：將資源儲量估算范圍內(nèi)的整個坑道系統(tǒng)視作一大的集水井，由于井巷系統(tǒng)直接揭露及導水裂隙帶的導通作用，延安組承壓含水層為礦井直接充水含水層。煤層開采后，采區(qū)內(nèi)延安組含水層可基本被疏干，采區(qū)周邊水位可降至煤層底板附近，故涌水量計算可采用承壓轉(zhuǎn)無壓公式:

式中:

Q—礦井涌水量， m3/d；

K—滲透系數(shù)，m/d；

H—開采前水柱高度，m；

M—含水層厚度，m；

h0—開采后水柱高度，m；

R0—引用影響半徑，m，R0=r0+R；

R—影響半徑，m。

表2 J2y含水層大井法計算參數(shù)

則雙龍煤業(yè)2#煤層延安組涌水量：

Q正常=2464.05 m3/d=102.67 m3/h

Q最大=3212.88 m3/d=133.87 m3/h。

本次礦井涌水量選用“大井”法進行計算評價，計算參數(shù)來源于雙龍井田勘探時L32、L97號水文孔抽水試驗資料，計算中應用的參數(shù)H、S和M為實測的參數(shù)；滲透系數(shù)K屬于單孔抽水試驗求解得到的，故為半實測的參數(shù)；影響半徑由經(jīng)驗公式求得，各項參數(shù)選用較為合理，計算公式選擇正確，基本可以滿足礦井建設可行性研究及初步設計的要求。由于影響半徑為經(jīng)驗參數(shù)，數(shù)值相對偏小，計算結(jié)果可能相對偏大。但其考慮的影響因素較全面，預算結(jié)果應當與延安組含水層實際涌水量最接近。預測礦井正常涌水量為100 m3/h，最大涌水量為120 m3/h。

2.4 礦井突水量

雙龍煤業(yè)沒有發(fā)生過礦井突水事故。

2.5 開采受水害影響程度

目前水害對雙龍井田采掘工程有一定程度的影響，但沒有威脅礦井安全，沒有發(fā)生過突水事故。根據(jù)分析近四年礦井正常涌水量(2011年～2013年)為12.5 m3/h，最大為14.6 m3/h，水源主要為頂板水，即侏羅系中統(tǒng)延安組中部含水層(J2y中)，而這些含水層以靜儲量為主，補給來源少，因此礦井涌水的排放容易進行。但在巷道掘進和煤層開采時也存在安全隱患，防治水工作不能松懈。

通過對井下各掘進頭面、綜采工作面的觀測，涌水量一般比較穩(wěn)定，水源主要為裂隙發(fā)育高度范圍內(nèi)含水層中的地下水，工作面最大涌水量為2 m3/h，對煤層開采和巷道掘進影響較小，涌水量不大且穩(wěn)定，水源明確，防治水工作簡單，雙龍煤業(yè)通過一系列有效易行的防治水措施及時地消除了隱患，沒有發(fā)生突水事故，所以對于頂板水從涌水量來看雙龍煤業(yè)水文地質(zhì)類型為簡單。

2.6 礦井防治水工作難易程度評價

雙龍煤業(yè)開采2#煤層時，采掘工程揭露的主要充水含水層為延安組中部砂巖裂隙水，富水性弱，礦井涌水量比較小，如果在延安組上部隔水層比較薄的地段生產(chǎn)，導水裂隙帶發(fā)育至侏羅系中統(tǒng)直羅組下段砂巖含水層(J2z1)，則礦井涌水量會有較大增加。目前礦井防治水的關鍵是防治小窯積水對礦井的危害，只要采取合適的措施就可以保障礦井的安全生產(chǎn)，水害對采礦具有一定的影響，但不威脅礦井安全，礦井防治水工作簡單且易于進行。

3 礦井水文地質(zhì)類型確定

對上述指標進行定量及定性綜合評價，依據(jù)規(guī)程，采用“就高不就低”的原則，將礦井水文地質(zhì)類型界定為中等類型，如表 3 所示。

表3 礦井水文地質(zhì)類型

4 結(jié)論

1) 在分析雙龍煤業(yè)2#煤層各含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量、突水量、開采受水害影響程度、防治水工作難易程度的基礎上，針對每條分類依據(jù)分別對2#煤層水文地質(zhì)類型進行了劃分。按分類依據(jù)就高不就低的原則可以確定雙龍煤業(yè)2#煤層水文地質(zhì)類型為中等。

2) 雙龍煤業(yè)目前開采2#煤，礦井主要充水水源是延安組中部含水層水，間接充水源是直羅組下段砂巖含水層水。預計礦井正常涌水量100 m3/h，

最大涌水量120 m3/h。礦井防治水工作簡單。目前小煤窯采空區(qū)積水是礦井的主要水害。

3) 除了做好本礦井的防治水工作外，建議定期巡視檢查本井田范圍內(nèi)可能波及的周邊生產(chǎn)、關閉及廢棄老窯、地面塌陷坑、采動裂隙以及沮河等重點部位，全面做好防水工作。

[1] 張立新,李長洪.趙宇礦井突水預測研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國礦業(yè),2009,18(1):88-90.

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[4] 唐燕波,翟立娟,傅耀軍，等.我國煤炭基地規(guī)劃礦區(qū)水文地質(zhì)類型劃分[J].中國煤炭地質(zhì)，2012，(9)：28-32.

[5] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局,國家煤礦安全監(jiān)察局．煤礦安全規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2011.

[6] 關鋼,何艷綠,歐陽福.淺談如何完善礦井水文地質(zhì)類型劃分[J].江西煤炭科技,2011,(2):99-100.

[7] 羅建斌, 史桃桃, 姜棟. 雙龍煤業(yè)礦井水文地質(zhì)類型劃分報告[R].2014.