紅嶺礦水文地質分析與最大涌水量分析

景續武 范 力

（安陽鑫龍煤業((集團))紅嶺煤業有限責任公司生產技術部，河南安陽 455000）

紅嶺礦水文地質分析與最大涌水量分析

景續武 范 力

（安陽鑫龍煤業((集團))紅嶺煤業有限責任公司生產技術部，河南安陽 455000）

科學進行礦井最大涌水量預測是防止水害事故發生的前提。為了防止水害事故發生，通過對紅嶺礦充水因素分析，利用勘探過程中對頂板砂巖含水層進行抽水試驗取得的水文地質參數采用“解析法”、利用礦井歷年開采涌水量資料采用“比擬法”二種方法對紅嶺礦最大涌水量進行預測，為未來深層開采提供可靠的依據，使水害防治措施達到最優化。

水文地質；充水性；涌水量預測；比擬法

1 井田概況

1.1 井田地層

紅嶺煤礦地處太行山區與華北平原過渡地帶，區內地形起伏不平，溝谷縱橫，屬丘陵地貌。區內總的地形是西高東低，北部東西高低懸殊較大，南部不甚明顯［1］。地面高程為152～303m，相對最大高差151m。礦井內地層自老到新發育有：太古界-元古界的前震旦系，古生界的寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，中生界的三疊系，新生界的新近系及第四系。

1.2 井田構造

本區位于安鶴煤田北部，總體構造形態為走向近南北，傾向東的單斜構造，地層傾角一般為12°～28°，區內地層略有波狀起伏。區內構造受太行山隆起與湯陰斷陷直接控制，礦區南部有一寬緩的背斜構造，礦區斷層較為發育，均為正斷層。除個別外，走向均為NNE向，傾角55°～78°。此外，礦區西南部還受到巖漿巖的影響，見圖1［2］。

礦區南部有一寬緩的背斜構造，背斜軸部位于補6孔到補-06孔附近，呈北東東向，其北翼地層向北東傾斜，其南翼向南東傾斜，北翼較緩南翼較陡，南翼大部分在該區外。

據地質鉆探揭露及地質資料分析，礦區內共發育斷層32條，其中落差大于100m的有1條（FB58）；落差50～100m的有1條（F33）；落差20～50m的有7條（F32、FB57、F407、F12、F211、F30、DF08）；其余23條落差均小于20m，且多為大斷層派生的［2］。

2 井田水文地質條件分析

2.1 井田內含水層發育情況

根據區域地層的巖性、巖性組合關系及地下水儲水空間特征將區域含水層劃分為碳酸鹽巖類巖溶及溶蝕裂隙含水巖組、二疊系砂巖裂隙含水巖組和新生界松散孔隙含水巖組三大含水巖組［2］。

圖1 紅嶺煤礦構造圖

2.1.1 碳酸鹽巖類巖溶及溶蝕裂隙含水巖組

該含水巖組又可分為中上寒武統巖溶含水層（組）、中奧陶統灰巖巖溶含水層（組）和太原組灰巖巖溶裂隙含水組。

中、上寒武統巖溶含水層（組）：出露于礦區最西部之林縣斷層上盤，厚度不詳，含水層為灰巖、白云質灰巖、白云巖等、巖溶比較發育，泉水流量20～300L/s，屬于強富水含水層。

中奧陶統灰巖巖溶含水層（組）：區域揭露厚度368～400m左右，上部（200m范圍以內）為厚、巨厚層狀灰巖和花斑灰巖，下部（頂界面200m以下）為白云巖和白云質灰巖，巖溶發育，構成主要儲水空間，溶蝕裂隙次之，富含巖溶承壓水，但富水性不均一。

太原組灰巖巖溶裂隙含水組：呈狹窄條帶狀隱伏出露于礦區中部的崗子窯、銅冶、水冶一線，絕大部分上覆了幾米到幾十米的新生界堆積物，僅有個別小塊零星裸露地表。

2.1.2 二疊系砂巖裂隙含水巖組

包括二疊系山西組、上下石盒子組各含煤段中發育的中、粗粒砂巖含水層。地下水主要賦存于各含水層的構造裂隙內，富水性較弱，且不均一，主要受構造控制；而對可采煤層有影響的含水層主要集中在山西組層段內：其中二1煤層頂板以上60m范圍內的中、粗粒砂巖含水組（以香炭段砂巖為主）多由2～4層砂巖組成，累厚約10～30m，富水性弱，為二1煤頂板充水的直接含水層。

2.1.3 新生界砂礫石層孔隙含水巖組

主要為洪積、沖積及冰積松散沉積物中之礫石、砂礫石、礫巖、流沙等孔隙含水層，分部于礦區中、東部，含水層最大累厚＞150m，平均厚度約75m；含水層主要接受大氣降水補給，富水性強，為礦區工農業生產及居民生活用水的主要水源地。

2.2 礦井充水性分析

2.2.1 充水水源

2.2.1.1 大氣降水

本區屬大陸性半干燥氣候區，年最大降雨量為1 182.2mm；年最小降雨量為271.9mm，年降雨量一般在500～800mm，多集中于7、8、9三個月。日最大降雨量為180.5mm，年蒸發量為1 584.3～2 335.3mm。補給時間較短，區內基巖出露條件較好，但因地形高低起伏變化較大，地表徑流、排泄條件好，其滲入補給作用弱，補給量小，且二1煤層頂板有較厚的隔水層阻隔，故正常情況下，大氣降水對開采二1煤層影響不大。

2.2.1.2 第四系砂礫石孔隙水

該含水層多由洪、坡積物組成，其厚度較薄，且連續性差。又因礦區處于低山丘陵區，地面坡度大，降水排泄條件好，含水層補給條件差。該含水層下距二1煤層也較遠，其間有石盒子組砂泥質隔水層相阻隔，所含孔隙潛水一般對礦井生產無影響，推測僅當在煤層頂板含水層在回采落頂后，冒落裂隙帶與之溝通時，雨季可構成間接或直接充水水源，會對礦井生產有一定影響，故在生產中應在煤層隱伏露頭帶留設一定的防水煤柱，以確保安全。

2.2.1.3 二1煤層頂板砂巖裂隙水

二1煤層頂板砂巖含水層組單層厚度小，補給條件差，富水性弱。在礦井生產中，當回采落頂后，頂板砂巖裂隙承壓水將首先充入礦坑，構成礦井頂板直接充水水源。據礦井生產資料，礦井充水多以頂板滴淋水方式充入礦坑，涌水量為50m3/h左右，開采過程中易于疏排。

2.2.1.4 二1煤層底板灰巖巖溶裂隙水

二1煤層底板灰巖含水層主要為C2灰巖和O2灰巖，其巖溶裂隙發育不均，富水性也不均一，因與二1煤層間有較穩定的隔水層，故一般情況下，煤層底板灰巖巖溶裂隙水對礦坑充水影響不大。但在受構造破壞或隔水層沉積薄弱地段或深部開采，礦壓增大的條件下，則有可能使煤層底板灰巖水進入礦井。據抽水資料得知：C2灰巖單位涌水量為0.012～0.63l/s.m，滲透系數為0.085～1.28m/d；O2灰巖單位涌水量為0.017l/s.m，滲透系數為0.03m/d；

2.2.1.5 周鄰礦井對礦床充水的影響

本區南部為大眾井田，中間有一F1大斷層，西部為積善井田，以FB58為界，上述兩斷層基本不導水，且紅嶺煤礦位于上升盤，使本區不會與上述兩井田發生水力聯系。北部為主焦煤礦，該礦采空區距離本區較遠，對本區影響不大。位于井田西南部的白蓮坡煤礦，是與本井田相鄰的淺部生產礦井。建礦至閉坑未發生頂、底板突水，水文地質條件簡單。關閉后部分老空水以8m3/h動水量進入本礦。

2.2.2 充水通道

2.2.2.1 區域構造對礦床充水通道的影響

本區處于新華夏系第三隆起帶-太行山復背斜的東翼。所以，NNE向構造對地下水活動有明顯的控制作用。如與煤系地層走向近似一致的NNE向的正斷層，沿傾向由東向西逐級抬起，形成一些交替出現的近南北向的狹長地壘、地塹，破壞了基巖含水層的連續性，因而來自西部山區O2灰巖地下水的正常運移被多次中斷，改變了地下水的正常排泄條件，形成一塊塊獨立的、補給條件不同的次一級水文地質單元［3］。

本區雖有多條北東向斷裂通往岳城水庫，但由于北東向斷層多屬壓扭性斷層，導水性較差，且水庫離本區二1煤層距離較遠，對本區影響不大。

2.2.2.2 頂板采動裂隙和底板擾動裂隙

采空區頂板自然垮落后，冒落帶［HC=（3～4）M= 24.12m］之上巖層因圍壓的重新調整，形成向上的導水裂隙帶（包括冒落帶）［HF=（100M/3.3n+3.8）+5.1=90m］，該裂隙形成二1煤頂板含水層的導水通道；另外，在二1煤底板薄弱地段受采掘影響會形成擾動破壞帶，其裂隙可形成L8巖溶含水層向坑道充水的通道。

2.2.2.3 封閉不良鉆孔

區內共施工鉆孔46個，其中煤田三隊共施工鉆孔20個，其中1孔煤層頂板封閉段不足60m，按現行規范評價為不合格。其余19孔均進行過封孔，封閉質量合格。原省建委地質一隊施工鉆孔14個，其中3孔封閉合格；1孔未查到封孔資料，其封閉情況不詳；其余10孔均進行了封閉，但煤層頂板封閉段不足60m，按現行規范評價為不合格。安陽礦務局施工的7個鉆孔，除補1孔封質量合格外，其余6孔未查到封孔資料，其封閉情況不詳。華北石油地質局第九普查勘探大隊施工的5個鉆孔，未查到封孔資料，其封閉情況不詳。在掘進中應勤防其封閉不良或未封閉鉆孔作為導水通道向巷道突水。

2.2.2.4 陷落柱：到目前為止，紅嶺煤礦無論是勘探、物探或是生產開拓過程中均未發現有陷落柱存在。

3 礦井涌水量構成及預測

3.1 礦井涌水量的構成

根據紅嶺煤礦最低開采標高，礦井二1煤層深部預算至最大采深-800m水平，目前開采15采區，最低開采標高為-494.5m，本次預算至-800m水平，其范圍以采礦許可證為準。

據礦井生產資料，礦井正常涌水量多年來一至保持在80m3/h左右，目前礦坑充水水源全部為頂板砂巖充水，在15采區軌道、皮帶、回風等巷道過FB57斷層揭露L8灰巖含水層時，未發現L8灰巖任何出水。即紅嶺煤礦礦井涌水量全部由頂板的淋水、滴水構成。

3.2 礦井涌水量的預測方法選擇

本次涌水量預算利用礦井井撿孔二1煤層頂板砂巖含水層抽水試驗取得的水文地質參數，采用“解析法”公式（1）和利用礦井歷年開采涌水量資料采用“比擬法”公式（2）兩種方法進行預算。

3.2.1 解析法預算公式

本次礦井涌水量預算選用承壓轉無壓“大井”公式中：

式中：

Q：礦井正常涌水量(m3/h).

K：充水含水層滲透系數（m/d）。

M：充水含水層平均厚度（m）。

H：當疏干降深至-800m水平時含水層水頭高度。

R：疏干降水影響半徑（m）。

3.2.2 比擬法預算公式［5］

根據礦區歷年來涌水量資料，結合今后礦井隨開采深度增加，水壓增大，開拓降深與開拓面積與礦井涌水量之間的關系越來越密切，因此選用如下經驗比擬公式：

式中：

Q、Q0：預算礦井及現礦井正常涌水量（m3/h）。

S、S0：預算礦井及現礦井水位降低值（m）。

F、F0：預算礦井及現礦井開拓面積（km2）。

3.3 預算參數選擇

3.3.1 解析法預算二1煤層礦井涌水量的參數選擇［6］

①滲透系數K：采用井田內井檢孔抽水試驗參數K= 0.185m/d。

②疏干降深水頭高度H：井檢孔抽水后靜止水位標高+137.97m，取二1煤層未來自-200m開拓至-800m時平均水柱高度為637.97m。

③含水層平均厚度M：礦區內二1煤層頂板砂巖平均厚度18.70m。

3.3.2 比擬法預算二1煤層礦井涌水量的參數選擇

①現礦井正常涌水量Q0：采用近幾年來紅嶺礦平均正常涌水量80m3/h。

②礦井未來水位平均降深S：同解析法H值。

③現礦井水位平均降深值S0：自-50至-350m，平均降深為150m。

3.4 礦井涌水量預算結果

將以上預算參數分別代入公式（1）、（2）得出未來開拓至-800m水平時礦井正常涌水量，根據該區涌水量資料，正常涌水量增加40%即最大涌水量，見表1。

表1 礦井涌水量

4 結論

4.1 解析法預測礦井正常涌水量為4 9 5.1 1m3/h，最大涌水量693.15m3/h；比擬法預測礦井正常涌水量314.43m3/h，最大涌水量440.20m3/h.兩種方法預測的涌水量差異較大。

4.2 解析法采用的參數為鉆孔抽水試驗取得的參數，不能完全揭露水文地質條件，采用的水文地質參數是唯一的，不能代表整個礦井的含水層特征，且本次解析法采用的是1970年冶金一隊施工的井檢孔抽水資料，雖然進行了三次降深，但有兩次降距小于3m，用現行規范標準評價為不合格，所以解析法采用該鉆孔抽水資料的計算結果與實際有一定偏差。

4.3 比擬法是利用礦井建井至今歷年以來的礦井涌水量資料來預計未來的涌水量，其預算結果比較接近實際礦井涌水量。涌水量預算建議采用比擬法預算的礦井涌水量。

［1］河南省煤田地質局.安陽鑫龍煤業（集團）紅嶺煤業有限責任公司礦井生產地質報告［R］.鄭州，2014.

［2］楊孟達.煤礦地質學［M］.北京：煤炭工業出版社，2006.

［3］倪宏革，時向東.工程地質學［M］.北京：北京大學出版社，2009.

［4］崔可銳.水文地質學基礎［M］.北京：合肥工業大學出版社，2010.

［5］薛禹群.地下水動力學［M］.北京：地質出版社，1979.

Hydrogeological Analysisand Analysisof theM aximum W ater Inflow in Hongling M ine

Jing Xuwu Fan Li
(Departmentof Production Technology Anyang Xinlong Coal(Group) Hongling Coal Limited Liability Company.Anyang Henan 455000)

Scientific forecast of themaximum water inflow in coalmine is a prerequisite for preventing the occurrence of flood.In order to prevent the sudden disaster of water bursting，by analyzing the water filling factors in Hongling mine，using"analyticmethod"for the hydrogeological parameters obtained by pumping test of roof sandstonewater layers in the exploration processand"hydrologic analogy"for thewater inflow data of Honglingmine over the years，themaximum water inflow in Honglingminewas predicted，providing a reliable basis for deepmining in the future，optimizing themeasures topreventand controldisasterofminewaterbursting.

hydrogeology；water filling；prediction ofwater inflow；analogy

U453

：A

：1003-5168（2015）03-0078-4

2015-2-15

景續武（1985.1-），男，大專，助理工程師，研究方向：含水層賦水規律。