【導讀】山西煤炭地質(zhì)水文勘查研究院。沁和能源集團有限公司永安煤礦。山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院

　　

【正文】 徑流區(qū)。巖溶水的補給來源主要為二疊系、三疊系碎屑巖類裂隙水和沁河地表水的滲漏補給。地下水徑流方向由西北向東南，水位埋深一般 110～ 265m， 水位標高一般在 484～ 514m 之間。含水巖層主要為奧陶系中統(tǒng)上、下馬家溝組，富水性一般中等。水化學類型為 HCO3 SO4— Ca Mg 型水。 碳酸鹽巖在井田內(nèi)隱伏于煤系地層之下，據(jù)井田勘探鉆孔揭露資料，頂板埋藏深度一般 ～ ，最大揭露 厚度 。 礦區(qū)內(nèi)有巖溶水井 1 眼（編號永 2），主要取水層位為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組。該水井竣工時間為 1992 年 7 月，水井深度 。水井結構及揭露地層情況見表 41。 該水井竣工時巖溶水靜止水位埋深 ，水位標高 。 35 抽水試驗動水位埋深 ，水位降深 ，涌水量為 ，換算單位涌水量為 m。水質(zhì)類型為 HCO3 SO4— Ca Mg，礦化度 。 據(jù)《沁水縣加豐鎮(zhèn)永安村巖溶深井說明書》，該水井取水層位主要為奧陶系 上馬家溝組。孔深 時進入上馬家溝組地層，孔深 嚴重漏水，巖芯呈蜂窩狀。根據(jù)鉆探資料分析，主要含水層段位于 ～ ，含水層總厚度約 。 表 41 永 2巖溶水井揭露地層情況表 序號 時代 深度 （ mm） 層厚 （ m） 孔徑 （ mm） 管徑 （ mm） 巖 性 1 Q2 500 426 粉質(zhì)粘土 2 P1x 377 325 砂巖、泥巖互層 3 P1s 377 325 砂巖、泥巖夾 3煤 4 C3t 377 325 灰?guī)r、泥巖、角礫狀灰?guī)r 5 C2b 377 325 鋁土質(zhì)泥巖 6 O2f 273 灰?guī)r、泥灰?guī)r互層 7 O2s 219 灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r 裂隙發(fā)育 本次調(diào)查采用手持 GPS 定位井口坐標為： X=3938036， Y=19633559，H=665m。本次調(diào)查水位 埋深 185m左右，水位標高約為 。 需要說明的是，與周邊巖溶水井及下河泉出露標高 相比，該井成井時的水位標高明顯偏低。編制區(qū)域巖溶水 2020 年等水位線圖時，延用了成井時水位標高，一方面考慮成井時一般洗井抽水時間較短，不一定能反映真實區(qū)域水位，另一方面 2020 年年降水量大，延河泉域徑流區(qū)巖溶井水位大多普遍回升。由此推算出礦區(qū)一帶巖溶水水 36 位年下降速率在 1m/a左右，與調(diào)查反映情況基本吻合。 三 、井田 內(nèi) 主要隔水層 區(qū)內(nèi)各含水層之間都有良好的隔水層，當其完整性、連續(xù)性未被破壞時，完全可以隔離上 下含水層之間的水力聯(lián)系。現(xiàn)將區(qū)內(nèi)主要隔水層敘述如下： 太原組底部及本溪組泥巖、鋁土泥巖隔水層：為 15 號煤層底板至峰峰組頂界，厚度 平均 25m 左右 ，由泥巖、鋁土泥巖等塑性巖層夾砂巖組成，可起 良好 隔水作用。 石炭系太原組中上部泥巖隔水層：主要巖性為泥巖和砂質(zhì)泥巖，呈層狀分布于各灰?guī)r、砂巖含水層之間，阻斷了其間的水力聯(lián)系，是15 號煤層頂板以上的主要隔水層。 二疊系砂巖含水層層間隔水層：位于下石盒子組頂部及上石盒子組中下部，由塑性鋁土泥巖、砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖等組成，單層厚度二至數(shù)十米以上， 在沒有煤礦采動影響 的情況下 ，可視為 3 號煤層上的相對隔水 層。 四 、地下水的補給、徑流與排泄條件 中奧陶統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r為區(qū)內(nèi)富水性相對較強的含水層，主要接受大氣降水補給，局部接受河道地表水滲透補給及上覆含水層的越層補給，集中向南西方向的延河泉排泄， 近年來有下降趨勢。 根據(jù)補給區(qū)與排泄區(qū)的分布位置和各鉆孔水位標高分析，井田內(nèi)中奧陶統(tǒng)灰?guī)r 37 巖溶地下水總的流向由北西向南東。 石炭系、二疊系地層由于具有含水層、隔水層相間成層的特點，對大氣降水及地表水對地下水的補給存在不利因素，特別是深部巖層裂隙不發(fā)育，接受大氣降水及地表水的補給主要受地形 控制，在切割較深處以裂隙下降泉的形式排出地表，只有少部分垂向補給深部含水層。 第四系松散含水層多沿山坡及溝谷低凹地帶分布，在山麓及基巖附近的第四系殘坡積含水層主要接受大氣降水補給及基巖風化裂隙水補給，向地形低凹處排泄。大面積分布的第四系上更新統(tǒng)黃褐色亞粘土，垂直裂隙發(fā)育，透水性強，而富水性較弱，其下覆的第四系中更新統(tǒng)棕紅色亞粘土，透水性較弱，因此在上更新統(tǒng)與中更新統(tǒng)亞粘土接觸帶附近易形成富水帶。河道中呈帶狀分布的第四系全新統(tǒng)砂礫石層主要接受地表水及大氣降水的補給，向下伏地層及地形低凹處排泄。 第三節(jié) 礦 井充水因素分析及水害防治措施 一、礦井充水因素分析 大氣降水對礦井充水的影響 大氣降水通過不同成因的基巖裂隙及松散沉積物孔隙在裂隙溝通的情況下進入礦井，成為礦井充水的間接但重要的補給來源。礦井涌水量受降水的季節(jié)變化影響，具有明顯的動態(tài)變化特征。 38 礦井涌水量與區(qū)域降雨量統(tǒng)計表 2020 年 2020 年 2020 年 月 份 月平均 降雨量 涌水量（ m3/d） 月 份 月平均 降雨量 涌水量（ m3/d） 月 份 月平均 降雨量 涌水量（ m3/d） 1 1 0 248 1 1 333 2 2 29 261 2 14 403 3 3 322 3 345 4 4 313 4 344 5 5 345 5 480 6 48 6 515 6 540 7 7 529 7 550 8 8 95 519 8 273 513 9 9 456 9 327 10 10 398 10 260 11 11 354 11 300 12 0 12 339 12 259 39 40 地表水對礦井充水的影響 礦區(qū)穿越河流主要有 蘆葦河 支溝 — 張溝 。 張溝 屬季節(jié)性支流。永安煤礦主副井筒均位于張溝溝坡上， 礦井主斜井井口標高為 +，副斜井井口標高為 +，安全出口斜井井口標高為 +，回風立井井口標高為 +。 井田主副井筒口高出當?shù)刈罡吆樗?水位標高 3m 以上，一般情況下洪水不會順井筒貫入井下。但為預防河水貫入發(fā)生淹井事故發(fā)生，按《三下采煤規(guī)程》，河谷區(qū)應預留保安煤柱。 從總體情況分析，對本井田今后開采影響較大且最直接的地表水體是井田內(nèi) 季節(jié)性排洪沖溝， 將來本礦開采至其附近時， 應 采取有效措施，防止 雨季 地表水通過 采空區(qū)地表塌陷、裂縫 涌入井下，造成水災事故。 構造對礦井開采充水的作用和影響 井田構造屬于寬緩褶曲帶，未見斷層 、陷落柱 ，組成煤層頂、底板的巖石巖性多為堅硬 — 松軟巖層，遇水后具有離層軟化現(xiàn)象，不可能聚積大量的變形能，可以認為本區(qū)構造應力低，一般不會對巷道采區(qū)造成太大 威脅， 另外 影響礦井充水的主要地質(zhì)構造為向斜構造，煤層之上各含水層水在向斜軸部聚集，對煤層開采有一定影響；在向斜軸部采空區(qū)，有大量積水存在，給生產(chǎn)造成安全隱患。 含水層對礦井開采的充水影響 井田內(nèi)對煤層開采有影響的含水層為上、下石盒子組、山西組的砂巖裂隙含水層，太原組灰?guī)r 巖溶裂隙含水層 和 奧陶 系 灰?guī)r巖溶裂隙含水層 。 開采煤層后，由于存在礦山壓力，使煤層上履巖層形成冒落帶、裂隙帶和緩慢下沉帶“三帶”。 對開采煤層上覆含水層造成影響和破壞的主要是冒落帶和裂隙帶。由采煤引起的沉陷變形在垂直方向上引起的覆巖移動影響高度和范圍，主要決定于煤層頂板特征、構造、煤層開采厚度、開采方法，以及上覆巖層的厚度和特性。 彎曲帶一般對地下水不造 41 成影響，所以只考慮到導水裂隙帶的高度。 通過對裂隙 帶最大高度的預計，可以預測井下采煤對地下含水層、地表水體等產(chǎn)生的破壞及影響，同樣可以預測開采煤層以上水體對開采活動的影響程度。 沁和能源集團有限公司 永安煤礦 煤層一次采全高，頂板管理方式采用全部垮落，根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》附錄六經(jīng)驗公式，開采煤層時的冒落帶、導水裂隙帶發(fā)育高度計算結果如表 431。 表 431 各煤層冒落帶、導水裂隙帶最大高度計算表 煤層 煤層間距 (m) 煤厚 (m) 頂板類別 計算公式 計算值 (m) 3 中 硬 100 ??? ?? M MH m 1020 ??? MH li 15 堅硬 100 ??? ??M MHm 1030 ?? ? MH li 注： Hm——冒落帶高度 (m)， Hli——導水裂隙帶高度 (m)， M——采厚 (m) 由 上表可知 3 號煤層開采 引起的地下水疏干 最大高度 可達到， 在其影響范圍內(nèi) 上覆的砂巖含水層 以及基巖風化帶含水層、第四系 含水層 之間相互導通，開采引起的頂板出水點的裂隙張開性好，無泥質(zhì)充填，一般通過放頂后所形成的裂隙帶向采面充水，在大面積開采的條件下，頂板水點多呈滴、淋水狀態(tài)，易自然疏干。 K8 砂巖含水層是3 號煤采空區(qū)的主要涌水水源，受補給條件及徑流通道不暢限制，其充水的強度較弱 ，含水層富水性弱 ，對煤層開采影響 不大。 由 上表可知 15 號 煤層開采 引起的地下水疏干 最大高度 可達到 42 ， 在 3 號煤層 底 板破壞深度疊加作用下，其導水裂隙帶要大得多，可導通 3 號煤層積水區(qū)，礦方要引起高度重視。 K2石灰?guī)r是開采 15 號煤層的直接頂板充水含水層， K K4是間接充水含水層。據(jù)抽水資料，富水性較 弱。但由于石灰?guī)r巖溶發(fā)育的不均一性，局部地段富水性較強， 因此開采 15號煤層時應認真做好探放水工作。 本區(qū)奧灰?guī)r溶水位標高 約為 486～ 512m， 據(jù)煤層底板等高線圖， 其井田內(nèi) 3號煤層底板標高 為 400～ 570m， 15 號煤層 為 300～ 490m， 奧灰?guī)r溶水位標高高于 大部分 3 號 煤層和全部 15 號煤層底 板 最低 標高 ，所以開采 3號 、 15 號 煤層 井田內(nèi)大部分地段存在帶壓開采問題，底板突水問題不容忽視。 依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》附錄 4 公式對奧灰水的突水危險性進行預測，計算公式如下： TMP? 上式中 T—— 突水系數(shù)（ MPa/m） P—— 水頭壓力（ MPa） ； M—— 煤層 底板 至奧灰頂界面隔水層厚度 。 經(jīng)計算 （第六章有詳細計算） ， 3 號煤層最大突水系數(shù)為 MPa/m； 15 號煤層最大突水系數(shù)為 MPa/m。 按全國實際資料看，底板受構造破壞塊段突水系數(shù)一般不大于 MPa/m，正常塊段不大于 。據(jù)上述計算， 3 號 煤層最大突水系數(shù) 小于底板受構造破壞塊段、正常塊段內(nèi)底板臨界突水系數(shù)值，因此，在沒有構造導通的情況下開采 3 號煤層不會發(fā)生突水危險；但 15 號煤層 最大 突水系數(shù)大于 MPa/m，但小于正常塊段內(nèi)底板臨界突水系數(shù)值 ，正常情況下開采 15 號煤層發(fā)生突水危險 性中等 ，礦方一 43 定要引起高度重視。 區(qū)內(nèi)峰峰組灰?guī)r含水層巖溶發(fā)育不均一，其含水性受巖溶發(fā)育程度的影響，在對奧灰水勘探不足的情況下，無法準確判斷其 富水性及導 水性。因此建議今后應做帶壓開采的可行性研究。本井田斷層、陷落柱構造發(fā)育， 如斷裂構造及裂隙破碎帶與 奧灰水溝通 ，將會對 礦井充水產(chǎn)生影響， 因此，在靠近斷層、陷落柱地帶開采時，要 留足保安煤柱?？傊?，礦方今 后應加強地質(zhì)觀察與分析， 堅持 “預測預報、 有掘必探 、 先探后掘 、先治后采” 的 十六字 探放水原則。 此外，打穿奧陶系灰?guī)r的鉆孔也可能成為底板突水通道，都應予以重視。 采空區(qū)及老窯積水對礦井開采的充水影響： 井田為 開采 3 號煤時間較長的礦井， 3 號煤層采空區(qū)較多，由于各礦排水系統(tǒng)完善，正常排水，所以井田內(nèi)已形成的采空區(qū)積水量 都 不大。井田內(nèi)各礦采空區(qū)積水調(diào)查情況如下： 采空區(qū)積水量采用以下公式進行估算： W 靜 =K M F/cosα W 靜 —— 采空積水的靜儲量（ m3) K—— 采空區(qū)充 水系數(shù)，依本礦開拓規(guī)模取 M—— 采厚 α —— 煤層傾角 采空區(qū)積水量估算表 采空區(qū)積水編號 水平投影面積 （ 萬 m178。） 平均采高（ m） 煤層傾角（176。） 估算積水量 （ 萬 m179。） JS1 5 JS2 5 JS3 5 JS4 5 44 JS5 5 JS6 5 JS7 5 JS8 5 JS9 JS10 合計 15號煤層 ： 15 號煤層沒有開采 ,無采空積水區(qū) 。 （ 2）相鄰煤礦采空區(qū)積水對本礦井充水影響 現(xiàn)井 田 相鄰煤礦 均開采 3 號煤層， 留設有礦井保安煤柱，無越界開采情況，現(xiàn)階段對本礦的 開采無影響 ，但在接近井田邊界采掘時，一定要加密探放水 。 采空區(qū)積水也是煤礦開采中一個重要的水害威脅。查明采空區(qū)范圍及積水量是煤礦水文地質(zhì)工作重點，并且在接 近采空區(qū) 、老空區(qū) 時必須要進行加密 探放水工作，防止透水事故的發(fā)生。 另外，在井田內(nèi) 3 號煤層造成