寧陽煤田石屯煤礦礦井水文地質條件分析及評價
2008-01-01 00:00:00房新文
現代商貿工業 2008年5期
摘 要：寧陽煤田對煤礦生產有影響的主要含水層有多層，搞清楚礦井水文地質條件，對于煤礦的安全生產有至關重要的作用。
關鍵詞：水文地質；分析；評價
中圖分類號：P5文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）05-0352-02
1 區域水文地質概況
在寧陽煤田東南部有少量奧陶紀地層出露。奧灰在第四系直接覆蓋下的部分和接近煤系地層露頭的部分，位于保安、伏山井田以北600～700m左右處，奧灰水接受第四系沙層孔隙水的補給。
寧陽煤田對煤礦生產有影響的主要含水層有：第四系沙層，二疊系山西組煤層頂部砂巖，石炭系太原組三、十下石灰巖、十三、十四層石灰巖及奧陶系石灰巖。
2 礦井水文地質條件
（1）地表水。
石屯礦地表水系簡單，沒有大的河流、湖泊和水庫，只有一條東西向的季節性河流，雨季對第四系潛水有補給作用。
（2）含水層。
第四系厚度不大，且砂層薄，居民吃水尚不滿足，故水力聯系不大。煤系各主要含水層煤系各主要含水層包括3煤頂板砂巖，太原組第三層石灰巖及第十下層石灰巖，本溪組第十三、十四層石灰巖。
① 3煤頂板砂巖。
厚度一般為20m左右，以灰白色中砂巖為主，為3煤開采的直接充水含水層，主要為裂隙水，據鄰區177號孔抽水試驗q=0.074L/sm，水質類型為HCO3-K+NaCa，礦化度為0.626g/L，富水性弱，在淺部+30m開采時，有淋水出現，對開采影響不大。
② 太原組第三層石灰巖。
厚度為2.5～5.0m，平均為3.8m，淺灰及青灰色，局部含泥質，距3煤為42.11～53.00，平均45m，井田內無抽水資料，鄰區122號孔抽水試驗q=0.002L/Sm，水質類型為HC03-K+Na，礦化度為0.658g/L，富水性弱，井下多次揭露三灰均無水，對開采無影響。
③ 太原群第十下層灰巖。
厚度3.00～9.18m，平均為5.31m，鄰區553號鉆孔（十下灰底板標高-36.86m）抽水試驗q=1.35L/Sm，水質類型為HCO3SO4CI-CaK+Na，礦化度為0.538g/L，為富水性中等。
十下灰是16煤的直接頂板，西翼開采16煤時，掘進工程量達5000余米，無水，局部有少量淋水，從開采情況分析，十下灰為弱含水層，對16煤開采影響不大。
由于十下灰距十三灰25m，距奧灰50m，奧灰水有可能通過斷層裂隙導水補給十下灰，因此，要做好斷層的分析探測工作。
④ 本溪組十三、十四層灰巖。
十三灰一般厚5.00m，質較純，上距十下灰25m，十四灰一般厚3.00m，質不純，上距十三灰5.00m，井田內無十三、十四灰抽水資料，井田外122號鉆孔抽水試驗q=0.004L/Sm，水質類型為HCO3SO4-K+NaCa，礦化度為0.52g/L，107號孔抽水q=0.002L/Sm，屬弱含水層。
十三、十四灰在本井田西翼下組煤開采時，曾揭露均不含水，且膠結致密。由此說明在西翼無斷層的情況下，十三、十四灰是不含水的。但由于距奧灰間距較近，再加上受斷層及采掘振動沖擊影響，易受奧灰水的補給，可能發生突水事故。
⑤ 奧陶系石灰巖。
寧陽煤田內鉆孔揭露最大厚度100m，井田內鉆孔無抽水試驗資料，鄰區514號孔附近打水井一眼，作礦井水源，垂深100m，打進奧灰50m，晝夜取水量為600m3，無干涸，水質化驗為重碳酸鈣鈉型水，礦化度為小于0.5g/L，說明奧灰補給源近，地下水循環條件好。
由于奧灰淺部標高在+57.05m，-400m水平奧灰水壓為4.6MPa，現有隔水層不能滿足開采需要，因此，開采時必須采取相應防治水措施，滿足安全開采時，才能進行開采。
（3） 隔水層。
井田范圍內隔水層有侏羅系砂巖、石盒子組粘土巖、煤系地層砂質泥巖。根據本礦井和相鄰礦井開采情況看，隔水層隔水性能較好。本溪組的泥巖，粉砂巖，以及不含水的石灰巖均可作為奧灰的壓蓋隔水層，對奧灰水有很強的阻隔性。
（4） 地下水的來源和水力聯系。
各層灰巖水主要來自第四系或潛水補給，在采掘活動造成水頭差的情況下，奧灰水可能通過斷層補給。奧灰水的補給來源仍主要由第四系潛水及露頭補給，同時與外圍的寒武系灰巖有一定的聯系。
根據相鄰礦井和石屯煤礦開采過程礦井涌水量的資料分析，只要煤層不與強含水層呈對口接觸情況下，斷層的導水性一般不強。但是當斷層落差較大、斷層位置擺動控制不準確或未留有足夠厚度的斷層保安煤柱，一旦煤層與強灰巖含水層呈對口接觸，在強灰巖含水層的裂隙洞穴發育地段就會發生突水事故。有堅持“有疑必探、先探后掘、不探不掘”的原則，采取防治水患的有效措施進行安全開采設計。
3 礦井充水性分析
影響礦床充水條件好壞根本因素取決于充水水源的規模及充水途徑的導水性能。
（１）煤層頂底板砂巖裂隙水和太原組三灰巖溶裂隙水。富水性弱，補給能力差，不會給礦井造成危害，3煤開采已證實。
（２）十下灰厚度較大，采區范圍內穩定，通過南寧煤礦調查和石屯礦淺部開采16煤無水，對開采無影響。十三灰又稱徐家莊石灰巖，上距16煤25米。由于采區內構造復雜，斷層常使16煤與之對口接觸或間距減小，因而十三灰處于充水和底鼓界線范圍內，使16煤不同程度的受十三灰水影響，對16煤開采有一定的威脅，因此對十三灰水應加以防范，注意斷層附近的探放水工作。
（３）16煤距奧灰正常間距50m左右，由于斷層的存在，使16煤與奧灰、十三灰間距離縮短。雖然16煤之下的地層主要由砂巖、粉砂巖、泥巖組成，其中砂巖與粉砂巖為硬巖，約占此段巖層厚度的50%。據相鄰煤田巖石力學強度試驗資料，其抗壓強度加權平均為22kg/cm2，可視為奧灰之上壓蓋隔水層組。奧灰水位標高為+57.05m，當井田內奧灰頂板標高為-400m時，按突水系數為1kg/cm2計算，奧灰之上的壓隔水層厚度為46m。由于其他斷層錯動影響，使巖石的完整性、連續性遭到破壞，強度降低，斷層的錯動還可能使十三灰與奧灰發生水力聯系，易發生突水事故。所以，在開采16煤時，防水煤巖柱的留設必須切實保證，礦區防治水工作必須長抓不懈以保證礦井正常、安全生產。
4 礦井涌水量及預計
根據礦井涌水量的動態變化以及與影響因素相關分析資料，石屯礦井的涌水量與開采面積有一定的相關性，總體隨開采面積的增大而增加。應用公式：
Q=Q1FF1
式中：Q-預計礦井未來最大（最小）涌水量（m3/h）；Q1-礦井生產時期的最大（最小）涌水量（m3/h）；F-未來礦井最大（最小）暴露面積（m2）；F1-礦井生產時期最大（最小）暴露面積（m2）。
石屯煤礦第一開采水平開采，正常情況下其涌水量為60m3/h，最大涌水量90m3/h。礦根據本礦第一水平開采和鄰近南寧礦礦井開采下組煤的涌水量資料，經計算未來礦區正常涌水量為110m3/h，最大涌水量160m3/h。
5 結論
開采3煤，主要含水層為頂板山西組砂巖，在淺部以淋水形式為主，深部為滴水形式或無水，補給水源為地表水，3煤層正常情況下不會發生突水，當斷層錯動造成煤層與奧灰接觸時，留足斷層煤柱，采取有效的放水措施，完全能搞防治礦井突水。因此開采3煤層時，水文地質條件簡單。
16、17煤在井田內大部分可采，本礦井在淺部F4斷層以東構造簡單地段開采16煤層時，因過5m斷層發生奧灰突水，涌水量為430m3/h，被迫將下組煤封堵，給礦井造成巨大損失，兩處突水證明本井田范圍內的奧灰含水豐富，有充足的補給源，因此開采下組煤（16、17煤）時，水文地質條件極復雜，屬巖溶裂隙類復雜型。
注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
