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方家畔煤矿矿井水文地质类型划分及防治水工作探讨冯艳荣1（1.陕西省榆林市荣岩地质勘探有限公司，陕西榆林719000）摘要：本文通过对方家畔煤矿水文地质分析研究，确定了方家畔煤矿主要含水层、隔水层、充水水源及充水通道等。依据《煤矿防治水规定》要求，从7个方面对方家畔煤矿水文地质划分因素进行了评价，本着就高不就低的划分原则，把方家畔煤矿水文地质类型划分为“极复杂”类型。方家畔煤矿目前主要采取井下排水、清污水分离，供排结合等措施。为了预防火烧岩孔洞裂隙潜水充入巷道，应加强防治水监督与措施。关键词：水文地质；方家畔煤矿；松散层孔隙水；火烧岩水；防治水0引言随着我国工业的迅速发展，对煤炭资源的需求量日益剧增，各矿区加大了煤炭开采的步伐，同时伴随着煤矿水害事故频繁发生，严重危害煤矿的生产与安全。针对煤矿水害事故接连发生的严峻形势，为了遏制水害事故的发生，加强煤矿防治水工作，保障煤矿职工的生命安全，迫切要求各煤矿企业进行矿井水文地质类型划分，并建立健全有关矿井地质报告、图件和基础台账。1矿井概况方家畔煤矿位于陕西省榆林市东北约70km处，行政区划隶属榆林市榆阳区大河塔乡与神木县锦界镇管辖。煤矿开拓以主斜井、立风井单水平开拓，采用抽出式通风，房柱式采煤，一次采全高，自由垮落法管理顶板。矿区内含煤地层为侏罗系中统延安组（J2y），可采煤层有2层，为2-2、3-1，其中2-2煤层局部可采，3-1煤层大部可采。目前煤矿生产3-1煤层，实际生产能力约45万吨/年。煤层顶板以粉砂岩、细粒砂岩为主，不易破碎冒落；底板以泥岩为主，未见底鼓现象，未发生过瓦斯及煤尘爆炸事故。2矿井水文地质2.1矿区内含水层2.1.1第四系全新统冲积层孔隙潜水含水层据钻孔资料揭露，冲积层主要沿蜿蜒沟谷河床两侧分布，呈不对称的一、二级阶地，一般高出河床1.5m左右。岩性以粉沙土、细沙及中沙为主，厚度2～10m不等。据邻区西湾井田勘探抽水试验：当降深为8.0m时，涌水量0.483L/s，单位涌水量0.06038L/s·m，渗透系数0.833m/d，属弱富水含水层。2.1.2第四系全新统风积沙层含水层本区广泛分布，以滩地形式出露，南北部较厚，中部较薄，局部低洼处厚，平均厚度约15m。含水岩性主要为黄褐色中、细沙，其结构疏松、孔隙率大，极易接受大气降水补给。本区西部风积沙直接覆盖于萨拉乌苏组之上，形成同一含水层。据西湾井田勘探抽水试验：单位涌水量0.08484～0.4127L/s·m，渗透系数1.6006～4.9775m/d，属富水中等～弱含水层。2.1.3第四系上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水含水层本区西部零星分布，厚度较薄，岩性主要为黄褐色中、细沙，结构疏松、孔隙率大，极易接受大气降水补给。在萨拉乌苏组覆盖的2-2煤层自燃区，因下覆隔水层不完整，局部具有透水“天窗”或条带，致使萨拉乌苏组潜水漏失于火烧岩含水层,故在此区富水性弱或不含水,而在未自燃区萨拉乌苏组含水层属中等～强富水区。据西湾井田勘探自燃边界附近H1号孔抽水试验：当降深7.18m时，单位涌水量0.1330L/s·m，渗透系数2.711m/d。2.1.4侏罗系中统延安组含水层依据沉积岩在垂向上的沉积韵律，将区内延安组含水层划分为潜水和承压水，其中潜水包括风化岩裂隙水和火烧岩裂隙孔洞潜水，承压水为正常基岩裂隙含水层。1、风化岩裂隙水分布于延安组顶部，裂隙发育、节理密集，厚度10～20米，含水层厚度因地而异，富水性差别大，沟谷区富水性较好，梁峁区较差。2、正常基岩裂隙承压水正常基岩结构较致密，裂隙不发育，渗透性较差。岩性为灰白色中、粗、细粒砂岩。据方家畔煤矿勘探资料：在7-4号钻孔对延安组3-1煤顶板至火烧岩底板进行抽水试验，单位涌水量0.000825L/s·m，渗透系数0.003316m/d，属极弱富水含水层。3、火烧岩孔洞裂隙潜水2-2煤层自燃边界呈不规则形南北向延伸，分布于本区西部，南北较厚，中部较薄。岩石经煤层自燃烘烤后，裂隙呈网状发育，结构松散，整体性差。火烧岩底板平面形态呈中间较低周边较高趋势，形成了以中部最低的火烧岩储水构造。据本区钻孔3-1号孔抽水试验：厚度4m，单位涌水量2.514L/s·m,渗透系数60.0077m/d，属强富水含水层。另据西湾井田勘探火烧岩抽水试验：单位涌水量为9.217～16.338L/s·m，说明火烧岩烧变程度及厚度不同其涌水量不同。2.2矿区内主要隔水层离石组黄土主要分布于本区南部粱峁之上，呈棕黄色，以亚粘土为主，含钙质结核，具柱状节理，厚度0～28m。本组地层含水微弱，透水性差，为弱透水层。特别提示：当土层裂隙极其发育，上部含水层补给充分的地方其含水性能也不容忽视。保德组红土分布于本区大部分区域（北部局部未见），南部较北部厚，平均厚度45m左右。岩性以棕红色粘土、亚粘土为主，局部地段底部含钙质结核层。总体含水性极差，塑性大，是区内相对良好的隔水层。3矿床充水因素分析3.1矿井充水水源3.1.1大气降水本区平均年降水量434.1mm，多集中7-9月份，占全年降水量的66%。区内地表多被第四系松散沙层覆盖，十分有利于接受降水补给，因下覆巨厚红土层存在，故属间接充水水源。3.1.2地表水红柳沟自西向东横穿本区，流量为133056m3/d，属于常年性河流。香水沟有人工修筑堤坝拦截火烧岩沟流水形成水库一个，总库容71.4万m3，最高洪水位为1124.70m，蓄水面积5.38万m2。红柳沟和水库是本区内主要的地表充水因素。3.1.3地下水1、第四系松散层孔隙潜水：靠近本区西部2-2煤层的导水裂隙带最大高度均远大于煤层上覆基岩的厚度，故煤层采空后，上部第四系松散层潜水将直接进入矿坑，转化为矿床充水的直接充水水源。2、火烧岩孔洞裂隙潜水：在煤层自燃区域，火烧岩底板平面形态呈中间较低周边较高趋势，形成了以中部最低的火烧岩储水构造。故3-1煤层开采时，导水裂隙带导通火烧岩后，火烧岩孔洞裂隙潜水将进入矿坑，成为矿床充水的直接充水水源。3、风化基岩裂隙承压水：对于2-2煤层，导水裂隙带导通风化基岩后，风化基岩裂隙承压水也会转化为矿床的直接充水水源；对于3-1煤层，风化基岩裂隙承压水为矿床的间接充水水源。3.2矿井充水通道分析3.2.1基岩风化带裂隙、冒落带和冒裂带裂隙本次采用《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719—91）附录F推荐的中硬岩类冒落带、导水裂隙带最大高度计算公式得：3-1煤层导水裂隙带高度为29.04～37.21m，上覆正常基岩厚度9.80～51.43m，局部区域导水裂隙带已导通火烧岩含水层，因此导水裂隙带是火烧岩直接充水3-1煤层巷道的主要通道。据西湾井田勘探成果：2-2煤层导水裂隙带均大于煤层上覆基岩厚度，上部松散含水层将会成为2-2煤层采空后矿床充水的直接水源，故导水裂隙带是2-2煤层采空后矿床充水的主要通道。3.2.2未封堵或者封堵质量差的钻孔未封堵或者封堵质量差的钻孔起沟通煤层上、下含水层和地表水的作用，回采揭露时涌水，水量、水压取决于是否贯通强含水层或地表水，以及钻孔孔径和水压差。当排水能力较小时，可能造成淹井事故，对已查明的不良钻孔，应留设防水煤柱加以防范[6]。4矿井水文地质类型划分要素分析4.1受采掘破坏或影响的含水层4.1.1含水层性质及补给条件煤矿采掘过程中对第四系松散层孔隙潜水含水层及地面水体不会造成破坏和影响，受开采破坏或影响的含水层主要为侏罗系中统延安组（J2y）裂隙含水层，开采后垂向上通过导水裂隙带上下导通，渗漏补给较充足，疏干排水量大，可能对矿井安全生产构成一定的威胁。第四系松散层孔隙含水层水源补给主要途径是大气降水，以垂直渗漏补给为主，补给量有限。火烧岩空洞裂隙潜水主要接受第四系松散层潜水和基岩风化带水补给。二者均具有一定的补给水源，补给量有限。依据《煤矿防治水规定》第十一条表2-1确定方家畔煤矿“含水层性质及补给条件”的类别为“中等”类别。4.1.2单位涌水量本区火烧岩孔洞裂隙潜水含水层单位涌水量2.514L/s·m。据邻区西湾井田勘探，火烧岩孔洞裂隙潜水含水层单位涌水量为9.217～16.338L/s·m。依据《煤矿防治水规定》第十一条表2-1确定方家畔煤矿“单位涌水量”的类别为“极复杂”类别。4.2矿井及周边老空水分布状况原方家畔煤矿矿区范围内3-1煤层已开采多年，形成一定面积的采空区，存在一定量的老空积水，但老空积水位置、范围、积水量大小清楚。依据《煤矿防治水规定》第十一条表2-1确定方家畔煤矿“矿井及周边老空水分布状况”的类别为“中等”类别。4.3矿井涌水量大小据以往钻孔抽水资料，采用“大井法”预算矿井正常涌水量为56.3m3/h，最大涌水量为1043m3/h。依据《煤矿防治水规定》第十一条表2-1确定方家畔煤矿“矿井涌水量”的类别为“复杂”类别。4.4矿井突水量大小方家畔煤矿在生产过程中密切关注矿井突水点及突水量大小，到目前为止无发现任何突水点。依据《煤矿防治水规定》第十一条表2-1确定方家畔煤矿“突水量Q3”的类别为“简单”类别。4.5矿井开采受水害影响程度据方家畔煤矿矿井实际生产资料，到目前为止无突水现象。但不排除在以后开采煤层中矿井存在突水现象，因为部分区域导水裂隙带已导通火烧岩含水层，矿井开采过程中可能出现突水现象，采掘工程受到水害影响。依据《煤矿防治水规定》第十一条表2-1确定方家畔煤矿“开采受水害影响程度”的类别为“中等”类别。4.6矿井防治水工作难易程度评价方家畔煤矿采取井下抽排措施就可以保障矿井的安全生产，水害不威胁矿井安全，防治水工作简单且易于进行。依据《煤矿防治水规定》第十一条表2-1确定方家畔煤矿“防治水工作难易程度”的类别为“中等”类别。5矿井水文地质类型划分及防治水工作建议5.1矿井水文地质类型划分按照《煤矿防治水规定》要求，对方家畔煤矿水文地质类型进行划分。表1方家畔煤矿矿井水文地质类型划分表项目方家畔煤矿类别受采掘破坏或影响的含水层及水体含水层性质及补给条件受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件一般，有一定的补给水源。中等单位涌水量（L/s·m）9.217～16.338极复杂矿井及周边老空水分布状况存在少量老空积水，位置、范围、积水量清楚中等矿井涌水量（m³/h）正常Q156.3（邻近矿区180～510）复杂最大Q21043突水量Q（m3/h）无简单开采受水害影响程度矿井偶有突水，采掘工程受水害影响，但不威胁矿井安全中等防治水工作难易程度防治水工作简单或易于进行中等方家畔煤矿水文地质类型极复杂综上所述，确定方家畔煤矿矿井水文地质类型为“极复杂”类型。5.2防治水工作建议5.2.1矿井存在的主要水害问题1、煤层顶板上部可能隐伏的强赋水体在2-2煤层自燃区域，火烧岩底板平面形态呈中间较低周边较高趋势，形成了以中部最低的火烧岩储水构造，可能形成局部强含水区域。故在矿井采掘过程中，若揭穿或导通此区域，矿井出现急速或大量集中涌水现象。2、采空区长期积水原方家畔煤矿矿井长期开采3-1煤层，东部及南部区域煤层已采空。采空区经过长时间积累可能积聚一定量的静止水体，如不及时探放、抽排，从而给采掘工程带来危害。5.2.2防治水措施1、地表防治水措施应进一步调查矿井内及周边地表水系的汇水、径流以及洪流等分布状况，加强对工作面地表的岩层移动和水体底界面变形的监测，以了解水量、水位变化及其他变化，分析矿井生产对其的影响程度。2、井下防治水措施目前来看，矿井涌水水源主要来自延安组第三段的砂岩裂隙内，多以渗出、滴出的方式充入巷道。井下主要采取井下排水、清污水分离，供排结合等措施。为了预防火烧岩孔洞裂隙水通过导水裂隙带涌入煤层巷道，应采取其它防治水措施，如修筑泄水巷、拉水沟、修建挡水墙、导管排水引流、修建大型储水仓、建立井下强排救援系统、配备抢险排水设备，可根据本矿井条件灵活运用。本矿井防水安全煤（岩）柱留设，严格按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》等有关规定进行计算后留设，煤矿边界、工业广场、井筒、大巷等地段，必须做好保护煤柱的留设工作，确保煤柱的安全尺寸，做到既能保证安全生产，又能达到资源最大