河南神火昌平礦水文地質類型劃分及突水因素分析

李科花，胡 盛

（河南省煤田地質局四隊，河南平頂山467000）

河南神火昌平礦水文地質類型劃分及突水因素分析

李科花*，胡 盛

（河南省煤田地質局四隊，河南平頂山467000）

禹州神火昌平礦業有限公司所采煤層埋深淺，區內采空區較多，水文地質類型復雜。礦井的充水水源為大氣降水、地下水和采空區積水。礦井主要水害是滯留于采空區的老空水，但太原組上段灰巖巖溶裂隙水、太原組下段灰巖和寒武系灰巖巖溶裂隙水、斷層水也不容小覷。最后指出在礦井的生產過程中應嚴格按照相關規程操作，取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施，做到大水不淹井、小水不淹面，明確責任，分工負責，杜絕水害傷亡事故。

水文地質類型；突水因素分析；老空區；禹州神火昌平礦業有限公司

禹州神火昌平礦業有限公司批準開采二1、一4煤層，生產規模15×104t∕a。礦井采用一對斜井開拓。先期只開采二1煤層，采煤方法采用走向長壁后退式放頂煤采煤法，通風方式采用中央分列式通風系統。礦井正常涌水量40.67m3/h，最大涌水量90.82m3/h[1]。

1 地質概況

礦區東距禹州市37km，南距磨街鄉1.5km，為低山丘陵地貌，屬淮河流域沙穎河水系，區內沒有河流和水庫等地表水體，沖溝為區內排泄地表水的主要途徑。平時無地表水流，雨季可匯集成暫時性水流或山洪，總體流向自西南流向東北。該區為暖溫帶大陸性半干旱氣候，氣溫適中，四季分明，降水多集中在每年的6～9月份，其降水量占全年的70%；年最大降水量為1235.5mm，年最小降水量為430mm，年平均降水量719mm；最大年蒸發量為1847.80mm。

1.1 地層

區內賦存地層由老至新依次為古生界寒武系上統鳳山組（∈3f）、石炭系上統本溪組（C2b）和太原組（C2t）、二疊系下統山西組（P1s）和下石盒子組（P1x）和新生界第四系(Q)。本區范圍內出露地層為二疊系下統山西組和下石盒子組。主要含煤地層為石炭系上統太原組（C2t）、二疊系下統山西組（P1s），含煤（包括煤線）7層，可采煤層2層，即礦山開采的二1煤層、一4煤層。

1.2 構造

本區基本構造形態為地層走向42°，傾向132°，傾角15°的單斜構造，區內斷層不發育。礦區東南部邊界發育1條祖師廟斷層，走向37°，傾向307°，傾角71.5°，落差270m，礦區構造詳見圖1。

圖1 礦區構造綱要圖

2 水文地質特征

2.1 主要含水層

依據本區地層巖性、含水層的富水程度、地下水的埋藏條件，對開采煤層影響較大的含水層由老到新劃分為：寒武系灰巖巖溶裂隙承壓含水層、太原組下段灰巖巖溶裂隙承壓含水層、太原組上段灰巖巖溶裂隙承壓含水層、二1煤層頂板砂巖裂隙含水層。

（1）寒武系灰巖巖溶裂隙承壓含水層。為二1、一4煤層間接充水含水層。主要巖性為白云質灰巖、白云巖，厚度大，在區域侵蝕基準面以上，溶洞和裂隙較發育，鉆孔漏水率達50%，但深部富水性弱。鉆孔涌水量0.00767～3.85L/（s·m），滲透系數0.00281～47.62m/d，恢復水位迅速，屬強含水層[2]。

（2）太原組下段灰巖巖溶裂隙承壓含水層。該含水層是二1煤層間接充水含水層，為一4煤層直接充水含水層，為L1-L4石灰巖組成，含水層厚10.88～21.62m，一般15.00m，厚度穩定。石灰巖裂隙、巖溶較發育，多被方解石充填，鉆孔漏水較多，深部裂隙、巖溶發育程度銳減。鉆孔單位涌水量0.000424～2.07L/（s·m），滲透系數0.00301～19.49m/d。

（3）太原組上段灰巖巖溶裂隙承壓含水層。該層為二1煤底板直接充水含水層，為一4煤層間接充水含水層。由L7-L11灰巖組成，該組含水層厚度7.89～21.40m，一般厚15.00m。其中L8-L9石灰巖最為發育，厚度占含水層厚度的90%左右。巖溶裂隙不太發育，富水性弱，但極不均一。鉆孔單位涌水量0.0000732～0.0166L/（s·m），滲透系數0.000446～0.213m/d。

（4）二1煤頂板砂巖孔隙裂隙承壓含水層。系指二1煤以上60m范圍內的中、粗粒砂巖含水層，厚度11.27～21.88m，其中以大占砂巖和香炭砂巖為主，含弱孔隙裂隙承壓水。裂隙不太發育，鉆孔漏水少，鉆孔單位涌水量0.000346～0.072L/（s·m），滲透系數0.00178～0.715m/d。

2.2 主要隔水層

區內各含水層之間，均含有相對隔水層。石炭系本溪組鋁質泥巖、太原組中段隔水層、二1煤層底部隔水層。在正常的地質條件下，這些相對隔水層可以阻隔各含水層組之間的水力聯系，但由于巖相變化、斷層及裂隙的破壞，以及采掘活動的影響，若水壓太大時，將會產生水力聯系，依據區內主要可采煤層及水文地質條件，重點對二1煤層以下隔水層加以敘述：

（1）本溪組隔水層。巖性主要為淺灰色鋁土質泥巖和鋁質巖，具鮞狀及豆狀結構。下部夾紫紅色“山西式”鐵礦，含鮞粒、豆粒和赤鐵礦，厚約10.00m，正常情況可阻隔太原組下段巖溶裂隙水與寒武系巖溶裂隙水含水層之間的水力聯系，但在隔水層薄弱地帶兩含水層有一定的水力聯系。

（2）太原組中段隔水層：主要由砂質泥巖和泥巖組成，厚19.20m左右，為太原組下段、上段灰巖含水層之間的隔水層，隔水性較好。

（3）二1煤層底部隔水層。太原組灰巖頂部至山西組下部二1煤層之間，厚0～17.27m，平均厚度為8.37m，主要為泥巖、砂質泥巖及粉砂巖，抗拉強度0.44～1.77MPa。正常情況為良好的隔水層。但當礦井開拓時，在礦山壓力和底板含水層承壓水頭壓力的共同作用下，在遇煤層底板薄弱處，可能失去隔水作用，而發生底板突水。

3 充水因素分析

礦井充水特點及充水強度（礦井水的涌入方式、水量大小和動態）取決于礦床充水條件[3],只有查明礦井的充水條件，才能提出正確的防治措施。

3.1 充水水源

根據該礦所處地質條件和煤層的埋藏深度，礦井的充水水源為大氣降水、地下水和采空區積水。

（1）大氣降水。大氣降水對礦井充水的主要影響是當形成一定規模的采空區后，引起地表變形而形成的地裂縫，大氣降水沿地裂縫進入礦井而使礦井涌水量增大。在未來的采礦活動中大氣降水是礦井充水的水源。另一方面，大氣降水多集中在8、9、10月份，大氣降水對地表水、地下水等具有補給作用，從而是雨季之后礦井涌水量增大，詳見圖2。

圖2 礦井涌水量與降雨量相關曲線圖

（2）地下水。進入礦井的地下水主要來自開采煤層頂、底板直接充水含水層中地下水。

二1煤層頂板直接充水裂隙含水層一般富水性弱，進入礦井的方式主要為淋水、滴水，正常情況下對礦井涌水量影響不大。

太原組上段灰巖含水層是二1煤層底板直接充水含水層，同時也是一4煤層頂板直接充水含水層，富水性中等，是目前礦井涌水量中的主要組成部分。

太原組下段灰巖含水層是一4煤層底板的直接充水含水層，富水性中等，是開采一4煤層時礦井充水的主要含水層。

寒武系上統巖溶裂隙含水層為二1、一4煤層底板間接充水含水層，正常情況下對開采二1煤層影響不大，對開采一4煤層影響較大。

（3）采空區積水。礦井淺部存在采空區，它往往積水較多，在其附近進行采礦活動時，積水來勢兇猛，對安全產生構成威脅。

3.2 充水通道

（1）砂巖裂隙。開采初期，地下水通過頂板的裂隙以滲水的形式充水，回采冒落后則多以淋水的形式充水。

（2）灰巖巖溶裂隙。巷道掘進和煤層開采揭露或接近底板含水層時，在高水頭壓力作用下，地下水通過巖溶裂隙或底鼓突水的形式向礦井充水。

（3）斷層。斷層導水通道以兩種形式導致礦井涌水或突水。

①斷層帶以涌水或突水的形式向礦井充水。斷層破壞了上、下不同含水層之間隔水層的隔水性能，在垂向上溝通了不同含水層相互之間的水力聯系。礦井疏排時，在高水頭壓力和礦壓作用下，斷層導水性不斷加強，致使地下水通過斷層帶向礦井涌水或突水。一旦與強含水層溝通，極易造成淹井，對礦井威脅較大。

②斷層對口部位向礦井涌水或突水，因斷層錯動，致使煤層的直接充水含水層與其它強含水層對接，使得強含水層中的地下水通過斷層直接或間接向礦井涌水或突水，如不采取有效措施，將會發生災害性事故。

4 充水現狀

4.1 礦井突水情況

2010年7月，礦井開采二1煤層時，發生突水事故，井下煤幫出水，造成井下巷道淹沒930m。突水水源不詳，初步分析可能為老空水，但也有可能是寒武系白云質灰巖水通過祖師廟斷層導水裂隙帶突水淹井。

4.2 礦井涌水量統計

根據2011年10月～2012年9月的礦井涌水量觀測資料，涌水量12.56～90.82m3/h，年平均40.67m3/d，詳見表1。

表1 礦井涌水量統計表

5 礦井水文地質類型

根據礦井受采掘破壞或影響的含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量或者突水量分布規律、礦井開采受水害影響程度以及防治水工作難易程度，礦井水文地質類型劃分為簡單、中等、復雜、極復雜4種[4]。

按分類依據就高不就低的原則，根據礦井水文地質類型劃分的6個指標8項內容，確定本礦井的水文地質類型為復雜類型，詳見表2。

6 突水因素分析

礦井主要水害類型是老空區積水、斷層水、太原組上段灰巖巖溶裂隙水、太原組下段灰巖和寒武系灰巖巖溶裂隙水及二1煤層頂板水。

（1）老空水。礦井主要水害是滯留于采空區的老空水，一旦透水，往往具有突水迅猛，水量大，具有強大沖潰力，破壞性很大，極易造成淹井事故。如2010年7月，井下煤幫出水，造成井下巷道淹沒930m，可能為老空水。

（2）斷層水。斷層破壞了上、下不同含水層之間隔水層的隔水性能，溝通了不同含水層相互之間的水力聯系，致使地下水通過斷層帶向礦井涌水或突水。一旦與強含水層溝通，極易造成淹井，對礦井威脅較大。應特別注意防范斷層水。

（3）二1煤層頂板水。煤層頂板水雖然是主要的突水水源，但就其量而言對礦井威脅不大，在巷道設計、掘進和回采時，應保證煤層頂板水能夠自行流出。

（4）太原組上段灰巖巖溶裂隙水。帶有一定的承壓性，且往往通過斷層帶與上寒武系地下水有一定的水力聯系，對礦井充水影響較大，有時會造成淹井事故。

（5）太原組下段灰巖和寒武系灰巖巖溶裂隙水。帶有一定的承壓性，且易通過斷層帶或隔水層薄弱帶與上寒武系地下水有一定的水力聯系，對礦井充水影響較大，極易造成淹井事故。

表2 水文地質類型劃分依據一覽表

7 結束語

綜上所述，可知礦井突水與諸多因素有關，并且是這些因素相互作用的結果。因此在礦井的生產過程中，應嚴格按照《煤礦防治水規定》和《煤礦防治水工作條例》安排探放水工程，防治老空水。同時要專門研究礦井水害，編制相應的專項防治水設計，以避免因水文地質工作給礦井帶來的損失。堅決貫徹“預測預報、有疑必探，先探后掘、先治后采”的原則，采取防、堵、疏、排、截得綜合治理措施，做到大水不淹井、小水不淹面，明確責任，分工負責，杜絕水害傷亡事故。

[1]王貴和,原偉強，等.禹州神火昌平礦業有限公司礦井水文地質類型劃分報告[R].河南省煤田地質局四隊，2012.

[2]高生，張鵬，等.禹州神火集團昌平礦業有限公司瞬變電磁勘探工程地質報告[R].中國煤炭地質總局物測隊，2012

[3]刑會安，盧全生，原連成.九里山礦本部水大原因分析及對策[J].中國煤炭地質，2008（11）:31.

[4]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:煤炭工業出版社，2009:109.

TD74

A

1004-5716(2015)11-0134-04

2014-03-07

2014-03-25

李科花（1984-），女（漢族），河南鄭州人，工程師，現從事煤田地質技術管理與研究工作。