河北承德興隆汪莊煤礦水文地質類型劃分

馬亞杰，鄭翠敏，張岳，常江，付榮欽

(1.河北聯合大學礦業工程學院，河北唐山 063009;2.河北承德興隆礦務局，河北承德 065001;3.河北省地質礦產勘查開發局第四地質大隊，河北承德 067000)

礦井水文地質類型是礦井防治水方案制定、中長期發展規劃、礦井改擴建和技術改造的基礎依據。伴隨煤礦生產，礦井水文地質條件不斷發生變化，重新劃分礦井水文地質類型對安全生產具有重要意義。2009年9月國家安監總局［1-2］頒布的《煤礦防治水規定》，在原《礦井水文地質規程》基礎上調整了單位涌水量尺度，增加了突水量及礦井和周邊老空水分布狀況評價指標，確定了礦井水文地質類型劃分新標準，同時規定礦井每三年進行一次水文地質類型的重新劃分。本論文以《煤礦防治水規定》為明確標準，在系統整理、綜合分析礦井水文地質資料的基礎上，全面考慮礦井充水諸因素的影響，突出其中主要因素的作用，確定興隆汪莊煤礦水文地質類型，為礦井防治水工作提供了科學依據。

1 礦井基本概況

汪莊煤礦位于承德市營子礦區汪家莊鎮，始建1957年。采用立井多水平分區式開拓，由于地質復雜，斷層發育，煤層厚度變化大，火成巖侵入嚴重，大部分采用巷柱式回采?，F開采兩個生產水平，第一生產水平為+370 m，第二生產水平為+270 m，年產30萬噸左右。主采煤層為4#、6#煤層，煤層的走向近東西，傾向南，傾角10°～35°，受地層構造影響，煤層呈迭瓦狀分布，屬結構復雜煤層。

2 礦井水文地質類型劃分指標評價

按照防治水規定要求，對礦井水文地質類型劃分六大指標進行定性或定量評價，包括:(1)礦井受采掘破壞或影響的含水層及水體;(2)礦井及周邊老空水分布情況;(3)礦井涌水量;(4)突水量;(5)礦井開采受水害影響程度;(6)防治水工作難易程度。

2.1 礦井受采掘破壞或影響的含水層

2.1.1 含水層性質及補給條件

井田鉆探及生產揭露含水層情況，礦井內主要含水層為第四系沖積含水層(I)與茂山層含水層(II)

(1)第四系沖積含水層(I)

第四系由山麓堆積及河床沖積而成，沖積物由礫石、砂和黃土組成。沖積層厚度隨地形而變，地形低洼處厚度大，地形高處基巖裸露，一般厚度0～15 m。沖積層水為潛水，主要受大氣降水補給，水位變化季節性明顯。地下水自南向北徑流向柳河排泄，雨季局部接受地表水補給。近20年來，地下水開采利用、地表徑流量顯著減少以及礦山開采形成地下水強滲漏通道等影響，山區地下水潛水位下降顯著，據農村機井調查，沖積層已基本沒水，成為局部含水層。局部含水部位為河流兩側接受河水補給區域，潛水位埋深大于4m，單位涌水量季節變化大。

(2)茂山含水層(II)

茂山含水層主要由細砂巖、粉砂巖以及含礫粗砂巖組成，厚約75 m。該層膠結物大部松散，易風化成碎塊或粉狀，風化裂隙發育，裂隙發育程度與埋藏深度有關，越接近地表，裂隙越發育。淺部接受第四系沖積含水層補給，有水力聯系好。茂山含水層位于主采四煤層之上，采動產生頂板冒落、導水裂隙及變形破裂帶，成為大氣降雨通過第四系沖積層入滲優勢通道，接受雨季大氣降水補給。

2.1.2 單位涌水量

第四系沖積含水層為季節性局部含水層，無穩定單位涌水量。依據茂山含水層8001鉆孔抽水試驗成功繪制鉆孔抽水試驗Q-S曲線，如圖1所示。鉆孔孔徑為110 mm，抽水水位降深10 m時，涌水量為1.193 L/(s·m)，需將單位涌水量轉化為90 mm直徑，水位降深10 m時的單位涌水量由(1)式計算。

式中，Q91、R91、r91分別為孔徑91 mm的鉆孔的涌水量、影響半徑和鉆孔半徑;Q孔、R孔、r孔分別為孔徑r的鉆孔的涌水量、影響半徑和鉆孔半徑。

圖1 8001孔抽水試驗Q－S曲線

承壓含水層完整井流及影響半徑的經驗公式為(2)、(3)式［3］。

式中，Q為涌水量，K為滲透系數，M為承壓含水層厚度，S為水位降深，取K的平均值為0.13 m/d，代入(2)式，確定Q孔進而代入(1)式得(4)式。

聯立求解(3)、(4)式，依據影響半徑與降深關系，取降深為10 m時，影響半徑R孔為41.577 m。得R91=51.3m，涌水量 Q91=1.117 L/(s·m)，單位涌水量 q91=0.1117 L/(s·m)，富水性中等。

2.2 礦井及周邊老空水分布影響

礦井處于自然缺水區，地下含水層經多年開采疏放，多不含水。井田內斷層構造發育，受傾向南的逆掩斷層控制，斷層上盤煤層壓著下盤煤層，南部煤層壓著北部煤層。開采時由南向北，先采上部煤層，再采下部煤層。主要可采四、六煤層，頂板以砂頁巖、頁巖、鋁土頁巖為主，巖性比較松軟，容易垮落［4］。下部煤層開采后，受斷層發育等因素影響，頂板冒落、裂隙帶往往影響至上部采空區，形成貫通裂隙［5-6］。因此，降雨及沖積層水下滲進入礦井，易直接轉為礦井涌水，一般不易形成封閉老空積水，下山開采區可能形成老空積水。

礦井生產中，對一些采空區積水進行了探放，積水量不大。1991年，隆泰公司對原東斜井+475石門和采空區及其附近小窯進行了探放水，共打鉆孔10個，歷經5月至12月，共探放積水48102.32 m3。1992年，隆泰公司對原9439采空區進行了探放水施工，共打鉆孔4個。9439采空積水區位于2743采區上方41 m，積水最低標高為+480 m，預計積水量為10000 m3。僅1號鉆孔透水，放出積水3417.84 m3，2743采面淋水放出積水 7680 m3，合計 11097.8 m3。

礦區采取了多種措施阻隔生產區外老空水。①1995年于二水平西南石門大巷建立永久水閘墻，敷設三條放水管路，以二水平西南石門和2862井底作為儲水倉，水倉容量900 m3，用以封堵2841區域涌水;②1995年，于東斜井+465巷道內建水閘墻，封堵東斜井附近小窯涌、積水;③2003年，為封堵張莊區域涌水，提高水位淹滅空區內火點，建張莊區域防水閘墻，同時也用于封堵張莊區域來水。

目前，礦井內可復塊段均在井田工業廣場附近，開采深度在一水平(標高+370)以下，最高開采高度為2742風巷+336 m。礦井淺部原封閉的小井開采深度在+400水平以上，經過近二十年的沉降、埋壓現已完全填實，不存在老空積水。并且以上塊段上部也不存在封閉的小井。預復采區域為本礦回采形成的采空區，采塘位置、有無積水礦內底數清楚，每個塊段開發前均進行水患排查分析，如果有積水必須進行探放水工作，施工過程中發現問題立即停止施工，利用探放水鉆機進行補探。所以，以上幾個復采塊段不受水害威脅。

2.3 礦井涌水量

依據涌水量臺帳總結(1981－2009年)隆泰公司礦井一水平最大涌水量347.1m3/h，二水平最大涌水量652.5 m3/h，礦井最大涌水量為849.9 m3/h，其變化無明顯趨勢，如圖2所示。近3年來，隆泰公司礦井最大涌水量為583.7m3/h。最大涌水量發生在每年的7～9月份，與雨季同期，無滯后或滯后期短，反應出大氣降水可以迅速入滲至井下，入滲通道良好。1981—2004年，礦井平均涌水量為72～182 m3/h。圖3給出了依據2009年礦井涌水量臺帳繪出的涌水量變化曲線，如圖3所示，全礦枯水季節正常涌水量約140 m3/h，雨季正常涌水量約300 m3/h。

圖2 1981—2009年汪莊礦最大涌水量變化曲線

圖3 汪莊礦2009年全礦涌水量變化圖

2.4 礦井突水量

汪莊礦共，措施簡單。與94年相比較，目前礦井充水條件發生了較大的改變:①90年代礦區地表小井十分活躍，地面小窖和小窖開采造成地面塌陷坑成為直接充水通道，近年來大量關停了地面小井，同時對地表進行了恢復治理，封閉了多數充水通道;②近年來，礦井開采規模逐漸減小，主要為復采，礦井淺部裂隙經多年沉降自然封閉。③自94年淹井事故發生后，礦區地面防洪工作得以重視，建立了雨季井上防汛制度。記錄發生透水事故4次。94年“7.13”因強降雨引發淹井事故，當時礦井防治水意識極差

近16年來，礦井共發生突水事故3次:①2001年“8.14”2761區域突水事故，突水量約70.2 m3/h;②2004年10月14日張莊河下滲突水，突水量約200 m3/h;③2006年10月2762采區突水，突水量約250 m3/h。近3年來未發生突水事故。

2.5 開采受水害影響程度評價

興隆煤田礦井主要水害威脅為連續強降雨及老空水患。該礦井開采歷史長，煤層埋藏淺，曾經小井活躍，造成礦界內及周邊老空面積大，部分有積水。此外，采動形成大量導通地表及局部沖積含水層的開采裂隙、塌陷坑及部分封閉不良小井，為大氣降雨入滲提供了優勢通道，若遇連降強雨，礦井涌水量猛增，可能影響礦井生產。雨季充水條件好。該礦采取一系列有效措施封堵老空積水與雨季充水，積水區對該礦可復采資源區影響不大。

2.6 礦井防治水工作難易程度評價

汪莊礦涌水量峰期與汛期一致，雨季是水害防治的重要時期。該礦地形有利于降水的地面排泄，降水引起的礦井充水，過程快，但時間較短。小窯透水多發自雨季，亦為降雨充水。礦井防治水工作需落實汛期井上井下聯合防災工作，一方面采取地面攔、導、填措施，及時疏排地表洪流、積水;另一方面在井下建立防水閘墻及地下臨時水庫，進行截水分峰，視礦井一、二水平涌水情況進行放水，保證礦井涌水正常排出，防止災害發生。同時，落實老空水的超前預測及探放工作。綜上所述，該礦防治水工作較為簡單。

3 礦井水文地質類型確定

對上述指標進行定量及定性綜合評價，依據規程，采用“就高不就低”的原則，將礦井水文地質類型界定為中等類型，如表1所示。

表1 汪莊礦水文地質類型劃分詳表

4 結論

汪莊煤礦天然水文地質條件簡單，是典型的充水條件受采動影響復雜化礦井。水文地質類型劃分以礦井防治水工作為目的，必須充分考慮礦井生產揭露或勘探的新成果，全面考慮礦井充水諸因素的影響，要突出其中主要因素的作用，符合并反映當前煤礦水害特點，才能夠科學指導防治水工作。根據《煤礦防治水規定》要去，采用“就高不就低”的原則，將汪莊煤礦水文地質類型界定為中等類型。

［1］國家安全生產監督管理總局.煤礦防治水規定［S］.2009.9.21.

［2］葛亮濤.中國煤田地質總局.中國煤田水文地質學［M］.北京:煤炭工業出版社，2001.

［3］王大純，張人權.水文地質學基礎［M］.北京:地質出版社，1994.

［4］蔡曉青.興隆汪莊礦水害防治技術研究［J］.科技創新，2010，31(9):63－65.

［5］馬亞杰，武強.煤層開采頂板導水裂隙帶高度預測研究［J］.煤炭科學技術，2008，36(5):59-62.

［6］田洪盛，馬亞杰.開灤東歡坨礦水文地質特征及防治對策［M］.北京:煤炭工業出版社，2009.