內蒙古霍林河煤田金正煤礦開采技術條件評價

王榮

（內蒙古自治區煤田地質局153勘探隊, 內蒙古 呼和浩特 010010）

1、水文地質

在煤田中部，由哈勒金哈達至1067 高地之間形成一個低平的地表分水嶺，其東部為霍林河水系，西為烏拉蓋河水系。東部霍林河水系，匯水面積可達1484km2，霍林河從煤田東部流過，旱季對地下水起著排泄作用，洪水期補給地下水。霍林河發源于煤田以南約30km 的罕山北麓，與查格達布拉格和熱木特季節河流匯合后向東北流出煤田，于高力板一帶潛入地下，全長250km，河寬不足6m，水深0.50～1.5m，流量0.37m3/s～1m3/s。

1.1 勘探區水文地質特征

勘探區地處烏拉蓋河水文地質單元南部，無河流發育。暴雨形成的洪流，匯入煤田中部呈東西方向分布的三個咸水湖之中，自西至東分別稱為輝特扎哈諾爾，敦德諾爾和扎哈諾爾，根據本次對輝特扎哈諾爾咸水湖的實測面積為0.40km2，水深為1m。對于本勘探區的水文地質特征根據勘探區內A18-5X、A18-6X、A18-8X 三個水文地質鉆孔和區內自東至西三個水井的調查資料，現將含水巖組水文地質特征和隔水層特征敘述如下：

1.1.1 含水巖組水文地質特征

①第四系（Q）松散巖層孔隙潛水。全勘探區分布，巖性主要為上更新統、全新統（Q）沖洪積細砂和礫石，含水層厚度2.00～34.12m，根據A18-8X 鉆孔抽水試驗，單位涌水量1.7459～3.6632L/s.m，水位埋深3～9m，滲透系數為1.4561～2.8157m/d，富水性強，水質類型HCO3－Ca·Mg 型，水質較好。

②上含煤段（K1d5）孔隙、裂隙含水層。全區分布，含水層巖性主要為細砂巖和粗砂巖，含水層平均厚度75.98m，根據 A18-6X、E-2X、14-3X 鉆孔抽水試驗，單位涌水量為0.01408～0.2367L/s.m，滲透系數0.0698～0.2170m/d，富水性中等，其上被含水層履蓋，具有承壓性質。水質類型HCO3－Ca 型，水質較好。

③下含煤段（K1d3）孔隙、裂隙含水層全區分布，含水層巖性主要為細砂巖和粗。砂巖，含水層平均厚度121.51 m，根據A18-5X、14-1X、14-2X、A19-10X 鉆孔抽水試驗，單位涌水量為 0.02597～1.2617L/s.m，滲透系數 0.0426～0.8873m/d，富水性中等，其上被含水層履蓋，具有承壓性質。水質類型HCO3－Ca 型或HCO3－K、Na 型水，水質較好。

1.1.2 勘探區隔水層主要為大磨拐河組頂泥巖段，上泥巖段和下泥巖段，現分述如下：

①頂泥巖段（K1d6）。主要分布在勘探區中西部，位于上含煤巖段之上，以湖泊相灰色泥巖和粉砂巖為主，勘探區中東部被完全剝蝕，勘探區揭露厚度 30.00～132.00m，平均73.36m，隔水性能較好。

②上泥巖段（K1d4）。全區大部發育并賦存，位于下含煤巖段之上，由湖泊相灰色泥巖、粉砂巖組成，勘探區邊緣局部缺失沉積，揭露厚度0～347.47m，平均80.20m，隔水性能較好。

③下泥巖段（K1d2）。全區大部發育并賦存，位于下含煤巖段下部，砂礫巖段之上由湖泊相灰色泥巖組成，勘探區邊緣局部缺失沉積，揭露厚度0～163.25m，平均76.99m，隔水性能良好。

1.1.3 各含水層之間的水力聯系。第四系含水層與煤系地層各巖段不整合接觸，在勘探區中西部有頂泥巖段與之相隔；在勘探區東部，無明顯隔水層，因此二者水力聯系比較密切，上、下含煤巖段之間，下含煤巖段與砂礫巖段之間有上、下泥巖段相隔，彼此水力聯系不密切。

1.1.4 地質構造、地表水、地下水的關系

勘探區總的構造輪廓為一軸向NNE 的向斜構造，其軸部為頂泥巖段，東翼為大磨拐河組1～5 巖段，其上為松散巖系。因此地質構造有利于地下水的聚集而不利于排泄。

勘探區內無明顯水系，雨季洪水隨地形在區外匯集成季節性湖泊，季節性湖泊與勘探區地下水無明顯水力聯系。

1.1.5 充水因素分析

（1）大氣降水：為本區地下水主要補給源，降水多集中在6、7、8 三個月內，為全年降水總量的86%以上。暴雨期間形成的大部分洪水流入低洼處，形成沼澤或流出區外匯入“三湖”，少部分洪水在流動中滲入地下。

（2）地下水的直接充水作用：地表覆蓋層的第四系（Q）砂礫在東南部直接與煤系地層接觸，大氣降水可通過透水性和含水性較好的砂礫石對礦床充水。

1.2 水文地質勘查類型

勘查區內直接充水含水層為第四系孔隙砂礫含水層和下白堊統砂巖裂隙含水層，地表無常年水體，含水層較穩定，富水性中等～強，斷層導水性不強，單位涌水量在0.02597～2.8500L/s.m 之間，勘查區水文地質勘查類型為二類三型，為以裂隙砂礫、砂巖含水層為主要充水礦床的水文地質條件較復雜類型。

2 工程地質

2.1 勘探區內巖性組合特征

勘查區內巖性主要有第四系（Q）粉砂、亞粘土、砂礫，白堊系下統大磨拐河組（K1d）泥巖、砂質泥巖、煤層、粉砂巖、細砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖和侏羅系上統白音高老組（J3b）火山巖、凝灰巖組成；巖性主要以灰白色為主，黑色、淺黃色次之，主要可采煤層煤層頂底板圍巖以泥巖、砂巖泥巖為主，局部有粉砂巖或粗砂巖。

2.2 巖石物理力學性質特征

2.2.1 上含煤段

（1）第四系砂礫（Q）。自然狀態抗壓強度為4.4～18.2 MPa，真密度2563kg/m3，視密度1652 kg/m3，孔隙率 35.54%，含水率6.95%。

（2）白堊系下統大磨拐河組（K1d3～5）泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、細砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖、煤層。泥巖：自然狀態抗壓強度為4.3～43.0 MPa，平均10.1 MPa，普氏系數0.43～1.32，軟化系數0.03～0.63，真密度平均2585kg/m3，視密度平均 1757 kg/m3，孔隙率平均 27.23%，含水率平均5.82%，吸水率 13.55%，內摩擦角 38 °27′，凝聚力1.4 MPa；

砂質泥巖：自然狀態抗壓強度為4.4～17.2 MPa，平均8.6 MPa，普氏系數0.44～1.76，軟化系數0.03～0.31，真密度平均 2573kg/m3，視密度平均 1620kg/m3，孔隙率平均35.35%，含水率平均5.85%，吸水率平均22.54%，內摩擦角37°46′，凝聚力2.5 MPa；

煤層：自然狀態抗壓強度為 3.7～11.0 Mpa，平均5.9Mpa，普氏系數0.43～0.83；

粉砂巖：自然狀態抗壓強度為 4.6～6.0 MPa，普氏系數 0.47，真密度平均 2618kg/m3，視密度平均 1750kg/m3，孔隙率平均32.70%，含水率平均6.79%，吸水率平均18.69%，內摩擦角36 °59′，凝聚力1.7 MPa；

細砂巖：自然狀態抗壓強度為 3.0～27.7 MPa，平均10.0Mpa，普氏系數1.0～2.62，真密度平均2620kg/m3，視密度平均 1699kg/m3，孔隙率平均 35.15%，含水率平均8.41%，吸水率平均 17.61%，內摩擦角 37 °01′，凝聚力1.3 MPa，彈性模量1.31～9.51×103，泊松比0.19；

粗砂巖：自然狀態抗壓強度為4.0～40.7 MPa，平均21.3 MPa，普氏系數 0.48～4.15，真密度平均 2676kg/m3，視密度平均1792kg/m3，孔隙率平均33.03%,含水率平均2.26%，吸水率平均14.93%，內摩擦角38 °39′，凝聚力0.7 Mpa，彈性模量1.24～4.42×103，泊松比0.48；

含礫粗砂巖：自然狀態抗壓強度為1.1～58.2 MPa，平均13.3 MPa，普氏系數1.36，真密度平均2805kg/m3，視密度平均1766kg/m3，孔隙率平均37.04%，含水率平均2.70%，吸水率平均13.67%。

2.2.2 下含煤段

泥巖：自然狀態抗壓強度為 1.60～12.60MPa，平均4.74MPa，普氏系數0.30～1.40，軟化系數0.10～0.71，真密度平均2539kg/m3，視密度平均1986 kg/m3，孔隙率平均29.87%，含水率平均14.42%，吸水率17.67%，內摩擦角20°00′，凝聚力0.40 MPa；彈性模量1769.34 MPa，泊松比0.38；

砂質泥巖：自然狀態抗壓強度為1.80～11.70 MPa，平均5.20MPa，普氏系數0.40～1.30，軟化系數0.11～0.19，真密度平均2570kg/m3，視密度平均2160kg/m3，孔隙率平均28.95%，含水率平均11.01%，吸水率平均15.53%，內摩擦角 23 °30′，凝聚力 0.80MPa；彈性模量 922.13～5236.07MPa，泊松比0.24～0.41；

細砂巖：自然狀態抗壓強度為 4.90～15.40MPa，平均Mpa，普氏系數 0.40～1.80，軟化系數 0.19，真密度平均2618kg/m3，視密度平均2140kg/m3，孔隙率平均25.13%，含水率平均9.56%，吸水率平均10.25%，內摩擦角35 °17′，凝聚力0.91 MPa，彈性模量2015.33～6950.48 MPa，泊松比0.25～0.37；

粗砂巖：自然狀態抗壓強度為26.90 MPa，抗拉強度為1.37MPa，普氏系數 2.90，真密度 2740kg/m3，視密度2500kg/m3，孔隙率11.43%,含水率3.02%，內摩擦角42 °48′，凝聚力2.10 Mpa，彈性模量9895.29 MPa，泊松比0.23；

礫巖：自然狀態抗壓強度為 5.80～16.40MPa，平均11.10MPa，普氏系數0.70～1.90，軟化系數0.1,4～0.17，真密度平均2728kg/m3，視密度平均2230kg/m3，孔隙率平均23.79%，含水率平均7.36%，吸水率平均11.72%。

內摩擦角平均39 °44′，凝聚力平均1.33MPa，彈性模量平均4633.48MPa，泊松比平均0.32；

煤層：（ⅠB～ⅢA 煤）自然狀態抗壓強度為8.80～9.20 Mpa，平均9.00Mpa，普氏系數0.80～1.90，平均1.19。含水率～5.75～8.02%，平均6.91%。吸水率14.42～17.94%，平均16.78%。

2.3 礦床開采工程地質條件分析

2.3.1 淺部主要為第四系粉砂、亞粘土、砂礫等松散層，固結不牢固，且含水豐富，易隨水流動，容易造成滑坡、塌方等地質災害，所以開采過程中要針對第四系工程地質條件進行調研，選擇合理的施工方案。

2.3.2 主要可采煤層頂底板圍巖是以泥巖、砂質泥巖等軟巖為主，遇水易軟化、膨脹，穩定性差，在礦井開采過程中易產生冒頂、底鼓、片幫等現象，建議在施工過程中生產單位要與相關科研院所合作，尋求合理的井巷施工，支護措施。防止重大災害意外事故的發生。

2.3.3 巖性抗壓強度隨著埋藏深度增加，同一種巖性抗壓強度增高；同一埋藏深度，巖石顆粒變細，抗壓強度偏大。

2.4 工程地質勘查類型劃分

工程地質條件勘查類型劃分為以層狀軟巖類為主的第三類、地質構造、裂隙較發育的中等型。即三類二型。

3 環境地質

3.1 自然環境評述

霍林河煤田四周邊緣為石炭～二疊系輕變質砂巖和上侏羅統火山巖構成的低山丘陵，盆地內部第四系覆蓋的沖洪積平原，第四系以下有煤系地層賦存。盆地的地形總體西南較高，北東較低，高差約70m。

霍林河是距煤田最近的地表水系，“三湖”位于煤田中部，水體不深，面積不大，且受季節影響。

在自然狀態，地表不會因降水而產生滑波、局部崩塌、泥石流等地質災害，由于煤層埋藏淺、礦層厚，露天開采會使礦坑增大，地下水不斷疏排，而使地面井泉水位下降，甚至干涸，溪水斷流，給本來水資源不豐富的礦區造成供水困難。

勘探區位于霍林河西南部山前丘陵地帶，在將來的礦井開采和小型露天開采過程中，由于采空區不均衡沉降，礦坑不斷加大，地下水不斷疏排，會造成局部塌陷、地裂，使洪水淹沒礦坑或礦井。

3.2 主要地質環境問題及防治

①地面塌陷。采取留取煤柱的方式，保護地面建筑物、公路等地面設施，采空塌陷區、礦坑要及時回填，種草種樹恢復植被。

②地下水的防治。在生產過程中，地面防治水的主要內容是及時處理好塌陷與地裂，杜絕地面人工湖的形成。要防止人為污染，在生產疏干排水的同時為生產水源供水。

③固體廢棄物處理。礦井生產中產生的固體廢棄物主要為煤矸石，應該合理堆放，及時滅火，綜合利用，不能棄之不顧，污染水源和大氣。

總之，煤炭資源的開發利用是促進國民經濟發展，利國利民，造福于人類的善舉，我們一定要在開發利用煤炭資源的同時，注意保持生態環境，盡量避免人為的地質災害，提前做好預防措施，防患于未然。

4 礦床開采技術條件類型劃分

根據勘查區水文地質為以裂隙砂巖、砂礫巖含水層為主要充水礦床的水文地質條件較復雜類型；工程地質為以層狀軟巖類為主，構造、裂隙較發育的中等～復雜型；環境地質質量中等。其它開采技術條件中等的實際情況，對本礦區開采技術條件綜合評價為三類三型。即以水文、工程地質問題為主的復雜類型。

[1]王榮，蘇俊生等。內蒙古自治區霍林河煤田西南部詳查區金正煤礦煤炭生產勘2011.12.