礦井水害形成的原因

李左琴

(山西省煤炭工業廳 煤炭資源地質局，太原 030045)

恒泰常順煤業井田面積7.599 7 km2，二疊系下統山西組和石炭系上統太原組為本區主要含煤地層，其中太原組9號、12號、15上號、15號煤層為主要可采煤層。

1 礦井水文地質條件及其特征

1.1 煤系含水層與隔水層組合關系

1）山西組。本組厚度38.20～65.30 m，平均45.00 m，連續沉積于太原組之上，為陸相碎屑巖沉積含煤建造，井田內含煤地層之一，以下部灰色中粗粒砂巖（K7）底面為山西組與太原組的分界線。主要由灰色砂巖、灰黑色砂質泥巖、細砂巖及煤層組成。含4層煤，均為不可采煤層。山西組含砂巖層數多，厚度大，但裂隙發育程度差，含水層主要為砂巖裂隙水，隔水層為砂質泥巖、泥巖和煤互層。隔水層多于含水層，富水性弱。

2）太原組。本組厚度為95～133 m，為海陸交互相沉積，由深灰、灰黑色泥巖、砂質泥巖、灰白色細砂巖、灰黑色石灰巖及煤層組成，含8號、9號、11號、12號、13號、15上號、15號煤層，其中可采煤層5層，即 8號、9號、12號、15上號、15號，其余均為不可采煤層。該組賦存有4層含水層，即K2、K3、K4石灰巖和K5砂巖，含水層厚度較大，且井田北部又有該組出露，補給良好，富水性較強，對煤層開采有一定的影響。其中以K2灰巖含水層最厚，含水性最強，一般在10 m左右，是15上號煤的頂板，是下組煤主要充水水源。

綜上所述：煤層、含水層及隔水層均為交互相沉積，煤層夾于含水層中，其頂底板均有含水層和隔水層，所以礦井在開采煤層時，含水層會受到影響，地下水的補、徑、排關系會發生變化。

1.2 礦井水文地質條件及含水層特征

1）礦井水文地質條件。礦井含水層多，富水性較強，水文地質條件中等。

2）含水層。山西組、太原組為礦井含煤地層，上覆含水層主要為上、下石盒子組、山西組及太原組砂巖裂隙水，下伏為奧陶系巖溶裂隙水。①上、下石盒子組砂巖裂隙含水層。上、下石盒子組砂巖裂隙含水層砂巖裂隙發育，由于大氣降水補給有限，屬于弱富水性含水層。②山西組砂巖裂隙含水層。山西組含砂巖層數多，厚度大，但裂隙發育程度差，據區域資料，單位涌水量0.000 2 L/s·m，滲透系數0.001 1 m/d。因此，該層屬于富水性弱的含水層。③太原組石灰巖巖溶、砂巖裂隙含水層。太原組賦存有四層含水層，即K2、K3、K4石灰巖和 K5砂巖，含水層厚度較大，且井田北部又有該組出露，補給良好，富水性較強，對煤層開采有一定的影響。其中以K2灰巖含水層厚，含水性最強，一般在10 m左右，是15號煤的頂板。據119隊詳查鉆孔資料，在鉆至該層位時，沖洗液漏失嚴重，單位涌水量0.27～0.710 L/s·m，滲透系數0.216～6.299 m/d，屬富水性中等的含水層。④奧陶系石灰巖巖溶裂隙含水層。本含水層厚度110 m左右，井田內未出露，含水層主要為上馬家溝組，埋藏于煤系地層下部，巖性主要為灰色，厚層狀石灰巖，普遍有被水侵蝕溶解現象，局部溶洞裂隙發育。據119隊1989年6月提交的《山西省沁水煤田壽陽東勘探區詳查地質勘探報告》鉆孔資料，峰峰組富水性較弱，其下部上馬家溝組為強含水層。奧灰地下水位標高460.00～620.00 m。2011年8月初該礦委托盂縣晉盂井業有限公司為其在井田東北部鉆鑿一眼深水井，井深1 240.00 m，終孔層位下馬家溝組，靜止水位埋深630 m，單井出水量21 m3/h，奧灰水水位標高為553.57 m，水質類型為HCO3-Ca·Mg型。該水井水屬奧陶系灰巖水，水量較大。從區域資料結合井田內水井資料分析，該含水層屬富水性弱-強的含水層。

1.3 井田地下水補給、徑流和排泄的關系

第四系孔隙含水層主要接受大氣降水的補給，向地表及下伏基巖風化殼含水層排泄。基巖風化殼含水層，主要接受大氣降水及溝谷處地表水的補給，局部可以得到第四系孔隙水的補給，通過裂隙向下伏巖層入滲，由于溝谷的切割，局部又以泉的形式排泄。

煤系地層各含水層接受上覆含水層的補給順層運移，若無構造溝通或人為破壞，則各含水層相對獨立，水力聯系差，地下水主要以層間運移為主。

下伏奧灰巖溶含水層在區外接受大氣降水的補給，巖溶水向東南徑流至娘子關泉排泄。

2 礦井水害類型及其防治措施

根據以上礦井水文地質條件的敘述，該礦生產過程中主要有以下3種類型的礦井水害。

2.1 大氣降水與地表水

據調查，井下涌水量隨著大氣降水量的增大有增大的趨勢，即大氣降水是該礦礦坑水的來源之一，即降水通過基巖裂隙及松散沉積物孔隙滲入地下，在巖石裂隙或采空導水裂隙相互溝通的情況下進入坑道。

井田內溝谷發育，各大小溝谷平時為干溝，僅在雨季匯集井田中部、東部及東南部較大溝谷洪水沿溝排泄至井田外秀水河。該區屬海河流域滹沱河水系，地表水隨季節變化水量變化明顯。其中井田內中部西南關河對礦區采煤有一定影響。

本井田四層可采煤層在井田北部均有剝蝕露頭。在煤層淺埋處，當采煤引起地面塌陷時，大氣降水部分及地表水將會通過巖石裂隙或采空塌陷所產生的導水裂隙及松散沉積物孔隙進入礦井形成水害。

防治措施：在水體下方留足防隔水煤柱。

2.2 煤系含水層水

主要為二疊系砂巖裂隙水及石炭系上統太原組巖溶、砂巖裂隙水，其中石炭系上統太原組巖溶、砂巖裂隙水為本井田的直接充水含水層。由于太原組灰巖裂隙含水層富水性不均勻，且下層煤采動裂縫可能溝通上層煤采空區積水，其間含水層的性質也將發生較大的變化，對礦井有一定的影響，也可能對安全生產構成威脅。

防治措施：在采掘過程中，適時進行礦井水文地質補充勘探，密切關注礦井涌水量的變化，并配足排水設備，將采掘過程中破壞的含水層中的水及時抽放。

2.3 采空區、小（古）窯破壞區積水

據調查，井田內8號煤層井田存在小面積采空區，9號、15號煤層井田現存在較大面積采空區，各煤層井田在低洼地帶均存在不同程度積水。

該礦為開采8號、9號、15上、15號煤時間較長的老礦，部分采（古）空區內存在積水，采（古）空區積水是山西煤炭運銷集團盂縣恒泰常順煤業有限公司主要的充水水源也是防治水工作的重點。采空區積水現為同層的采空區積水，以靜儲量為主，初見水量大，對安全有一定的威脅。

防治措施：按照《煤礦防治水規定》和山西省行業管理有關規定，應補充、完善嚴格“物探先行、化探跟進、鉆探驗證”的綜合探測程序，建立健全“探測超前、預報準確、防治達效、管理到位”的防治水工作體系。嚴格執行探、掘分離的規定和“有疑必停、有險必撤”的緊急措施。堅決做到“采掘規劃沒批準或施工計劃外工程不生產作業，沒有經過探放水的區域不安排生產作業，沒有經過探放水隊簽字確認的工作面不生產作業。

3 結束語

綜上所述，恒泰常順煤業礦井的水害主要受煤炭開采多年、礦井水文地質條件的影響。采空區、小（古）窯破壞區積水是該礦水害防治重點。一定要認真貫徹《煤礦防治水規定》中堅持“預測預報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原則，采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施，確保礦井安全生產。

[1] 國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦防治水規定[M].北京：煤礦工業出版社，2009.

[2] 章至潔,韓寶平，張月華.水文地質學基礎[M].徐州：中國礦業大學出版社，1995.

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[5] 張光德.礦井水災防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，2002.

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