北嶺井田水文地質(zhì)類型劃分探討

高鵬浩　竇江搏　林明鐘　王虎　趙軍婷

摘要：為保證煤礦安全生產(chǎn)，本文以北嶺井田為研究對(duì)象，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》相關(guān)要求，重點(diǎn)分析礦井含、隔水層特征，含水層富水性，礦井充水條件，礦井及周邊老空水分布以及礦井實(shí)際涌水情況，進(jìn)行礦井水文地質(zhì)類型劃分，為礦井安全生產(chǎn)和防治水工作指明方向。

Abstract： In order to ensure the safe production of coal mine， this paper takes Beiling field as the object of study. According to the relevant requirements of "Coal Mine Water Control and Control Provisions"， it mainly analyzes the characteristics of mine aquifer and aquitard， aquifer water richness， mine water filling condition， water distribution and the actual situation of mine water gushing， to divide mine hydrogeology type， in order to specify the direction for the mine safety production and water prevention and control.

關(guān)鍵詞：煤礦；水文地質(zhì)特征；水文地質(zhì)類型劃分

Key words： coal mine；hydrogeological characteristics；hydrogeological type classification

中圖分類號(hào)：P641.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）05-0179-02

1 研究區(qū)概況

北嶺井田隸屬于朔州市平魯區(qū)管轄，東西長(zhǎng)2km，南北寬1.26km，面積約2.0168km2。主要含煤地層為山西組和太原組，可采煤層分別為4#、9#、11#，批準(zhǔn)可采太原組4#煤層，生產(chǎn)規(guī)模約為90萬(wàn)噸/年。本區(qū)屬典型的黃土丘陵地貌，降雨分布不均且蒸發(fā)量大，區(qū)內(nèi)主要分布有馬關(guān)河、七里河兩條河流，均屬海河流域桑干河水系。該區(qū)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，采礦業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè)。本地區(qū)除寧武煤田內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)以煤炭能源為經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)外，大部分地區(qū)還是以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主，其它產(chǎn)業(yè)不發(fā)達(dá)，縱觀朔州市平魯區(qū)的經(jīng)濟(jì)是以能源產(chǎn)業(yè)為主。

2 礦井水文地質(zhì)

2.1 含水層和隔水層

根據(jù)巖性組合及含水層的水力性質(zhì)，自上而下將含水層劃分如下：

①第四系松散孔隙含水層；②上石盒子組底部K6砂巖裂隙含水層；③下石盒子組底部K4砂巖裂隙含水層；④山西組底部K3砂巖裂隙含水層；⑤太原組頂部T3+4砂巖裂隙含水層；⑥太原組底部T2砂巖裂隙含水層。

總體而言，井田范圍內(nèi)砂巖裂隙含水層分布較為穩(wěn)定，但厚度變化較大，相對(duì)厚度可達(dá)76.28m，厚度由于受礦區(qū)內(nèi)向背斜構(gòu)造的影響，變化幅度較大，采區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)由中部向東西兩側(cè)逐漸變薄，并在東部又變厚的趨勢(shì)。

2.2 礦井充水水源

2.2.1 地表水

由于馬關(guān)河支流巖層裂隙比較發(fā)育，透水性較好，該地段4#煤導(dǎo)水裂隙帶能溝通至地表，因此地表水是礦井充水的主要水源。

2.2.2 頂板砂巖裂隙水

評(píng)價(jià)4#煤頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度采用公式：

式中：Hli-導(dǎo)水裂隙帶高度（m）；

M-有效采厚（m）。

計(jì)算結(jié)果Hli=173.63m，4#煤頂板埋深148.26m，這一結(jié)果說(shuō)明，煤層頂板所有含水層都會(huì)受到采煤影響，使其中的地下水流入礦井。

2.2.3 奧陶系灰?guī)r含水層

本地層在井田范圍內(nèi)埋藏較深，為井田范圍內(nèi)11#煤層底部主要含水層。據(jù)鉆孔資料，地層上部主要由組織致密、隔水性能相對(duì)良好的結(jié)晶質(zhì)石灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r組成，且未見(jiàn)巖溶。據(jù)資料顯示，井田范圍內(nèi)奧灰水位標(biāo)高均低于11#煤層底板，奧灰水突水可能性很小。

3 礦井水文地質(zhì)類型劃分

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，對(duì)受采掘破壞或影響的含水層及水體、含水層富水性、補(bǔ)給條件，礦井及周邊老空水分布情況，礦井正常涌水量和最大涌水量，突水量，開(kāi)采受水害影響程度和防治水工作難易程度等項(xiàng)的分析，把礦井水文地質(zhì)劃分為簡(jiǎn)單、中等、復(fù)雜、極復(fù)雜四種類型，分類依據(jù)的原則是就高不就低。

3.1 受采掘破壞影響的含水層及水體

4#煤直接充水水源主要來(lái)自山西組底部K3砂巖，上、下石盒子組底部K6、K4砂巖及層間砂巖含水層，以及采空積水，其次是溝谷部位的孔隙水；間接充水水源為導(dǎo)水裂隙帶以上未被溝通的孔隙水或地表水，充水強(qiáng)度較小。全區(qū)大部分地段富水性弱，由于井田內(nèi)地下水以順層徑流為主，垂向越層的水力聯(lián)系甚弱。

補(bǔ)給來(lái)源主要包括兩部分，一是地表水體的入滲補(bǔ)給，二是豐水期大氣降水的直接或間接入滲補(bǔ)給，二者的補(bǔ)給條件差。由抽水試驗(yàn)可知，礦井最大單位涌水量q≤0.1l/s·m。因此確定含水層性質(zhì)及補(bǔ)給條件劃分為補(bǔ)給條件差，補(bǔ)給來(lái)源少，即劃分為簡(jiǎn)單類型。

3.2 礦井及周邊老空水分布情況

北嶺井田內(nèi)及礦井周邊存在4#煤采空區(qū)，井田內(nèi)采空區(qū)積水位置、積水面積和水量清楚，抽排完成后對(duì)開(kāi)采基本沒(méi)有影響。礦區(qū)周圍采空區(qū)位置、范圍已基本查清，積水情況基本排除，且周邊礦井距離北嶺井田較遠(yuǎn)，對(duì)礦井生產(chǎn)影響不大。因此確定該類別為中等類型。

3.3 礦井涌水量

該礦井涌水量主要為各工作面運(yùn)輸巷及回風(fēng)巷出水量，據(jù)2014～2016年全礦監(jiān)測(cè)涌水量資料，北嶺井田礦井涌水量監(jiān)測(cè)最大值為30m3/h，最小為20m3/h，平均涌水量為22.73m3/h（可視為正常涌水量）。因此確定礦井涌水量類別為簡(jiǎn)單類型。endprint

3.4 突水量

北嶺井田至今未發(fā)生過(guò)突水事故，因此確定突水量類別劃分為簡(jiǎn)單類型。

3.5 開(kāi)采受水害影響程度

井田內(nèi)含水層自身富水性相對(duì)較弱，且大氣降水的入滲補(bǔ)給能力差，即使導(dǎo)水裂隙帶能夠溝通至第四系和地表，對(duì)煤層正常開(kāi)采也并不會(huì)造成太大影響。據(jù)4#煤頂板以上抽水試驗(yàn)，單位涌水量為0.00006～0.042l/s·m，全區(qū)富水性弱。隨著近幾年礦井排水工程的進(jìn)行，煤層頂板砂巖含水層水位有所下降。目前，采掘工程基本不受水害影響，因此該類別確定為簡(jiǎn)單類型。

3.6 礦井防治水工作難易程度

北嶺井田目前主采4#煤層，就開(kāi)采4#煤層情況，礦井涌水方式主要以頂板淋水為主，并偶有采空區(qū)滲水情況，頂板砂巖裂隙水為主要的涌水水源，其補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水入滲和地表水補(bǔ)給。因此對(duì)水害的防治，應(yīng)采取防、排相結(jié)合的方法，即地表防洪處理與井上、下超前疏排水工程等相結(jié)合。目前，井上、下疏排水工程技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)效益良好，防治水工作易于進(jìn)行，因此劃分該類別為中等型。

綜上所述，如表2，并依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，將北嶺井田礦井水文地質(zhì)類型劃分為中等型。

4 結(jié)論

①北嶺井田開(kāi)采4#煤層，礦井水主要來(lái)自煤層頂板K3、K4、K6砂巖含水層。由于含水層裂隙閉合，連通性差，故一般情況下不會(huì)造成嚴(yán)重威脅，但考慮到煤層導(dǎo)水裂隙帶基本全部溝通至地表，回采后如果溝通上部強(qiáng)含水層或水體時(shí)，則有可能造成水害事故；

②奧灰含水層距4#煤層較遠(yuǎn)，屬于非帶壓開(kāi)采，一般情況下不會(huì)對(duì)開(kāi)采造成影響，但由于井田內(nèi)斷層比較發(fā)育，奧灰水可能通過(guò)這些地質(zhì)異常體涌入礦井，危及煤礦安全；

③4#煤層頂板砂巖裂隙含水層富水性弱，因此可以采用頂板砂巖水疏放技術(shù)和配備合適的排水設(shè)備等措施減少頂板砂巖裂隙水對(duì)4#煤層采掘工程的影響。

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