胡家河煤礦水文地質條件評價及防治水技術研究

摘 要：針對胡家河煤礦水害較為嚴重的現狀，結合礦井地質及水文地質條件，對礦井充水水源、充水通道和充水強度進行分析，得出影響胡家河煤礦4#煤開采的主要含水層為白堊系砂巖含水層，其次為侏羅系弱富水含水層。結合各含水層空間關系與性質特征，形成胡家河煤礦的防治水技術體系，對指導礦井防治水工作有重要意義。

關鍵詞：水文地質條件；頂板水害；洛河組含水層；防治水技術體系

中圖分類號：TD745 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）16-0145-02

Abstract： In view of the serious situation of water damage in Hujiahe Coal Mine， combined with the geological and hydrogeological conditions of the mine， the water source， channel and intensity of the mine water filling are analyzed. It is concluded that the main aquifer affecting the coal mining of the Hujiahe Coal Mine is the Cretaceous sandstone aquifer followed by the Jurassic weak water-rich aquifer. Based on the spatial relationship and property characteristics of each aquifer， the technical system of water control in Hujiahe Coal Mine is formed， which is of great significance to guide the prevention and control of mine water.

Keywords： hydrogeological condition； roof water hazard； Luohe aquifer； water control technology system

胡家河礦位于陜西省黃隴煤田彬長礦區中部，主采煤層為侏羅系4#煤，礦井可采儲量5億t。礦井煤層開采過程中主要受到頂板砂巖含水層水害威脅，尤其是頂板白堊系巨厚洛河組砂巖孔隙裂隙含水層水害影響尤為嚴重，造成礦井工作面涌水量大，威脅礦井安全生產，影響礦井生產效率。針對礦井水害情況，系統分析礦井地質及水文地質條件，評價各含水層水害威脅，針對典型工作面開展防治水工程，為區域內相似條件礦井水害評價提供參考和依據。

1 礦井水文地質條件

彬長礦區屬鄂爾多斯中生代承壓水范疇，含水基巖地層由白堊系下統、侏羅系、三疊系組成，以基巖層狀承壓裂隙水為主，第四系孔隙水次之。依據該區含水介質及地下水分布規律，胡家河井田發育的含水巖組主要包含：（1）第四系全新統潛水含水層；（2）第四系上更新統；（3）第四系中更新統潛水含水層；（4）白堊系洛河組中粗粒碎屑巖含水巖組；（5）侏羅系安定、直羅組非煤系含水巖組；（6）延安組含煤地層承壓含水巖組。

2 礦井充水因素分析

礦井充水因素主要是指影響礦井生產的充水水源、充水通道和充水強度[1，2]，結合胡家河煤礦水文地質條件對其進行分析。

2.1 充水水源分析

根據礦井水文地質條件及地表水體發育特征，胡家河煤礦煤層開采過程中可能的充水水源包括大氣降水及地表水、含水層水、老空水[3]。

（1）大氣降水和地表水

礦井位于干旱半干旱地區，年平均降水量561.4mm。大氣降水多形成地表徑流向井田外排泄，只有少部分滲入補給含水層，一般情況下不會對礦井構成威脅。井田周邊有涇河沿井田邊緣流過，季節性溝谷中揭露地層以環河-華池隔水層為主，平均埋深689m。一般情況下地表水及上層第四系潛水對煤層開采影響較小。

（2）地下水

胡家河煤礦曾在401101工作面進行頂板冒裂帶發育高度實測，據實測結果冒裂帶發育高度最大值達225.427m，裂采比為22.32（采厚10～12m）。礦井設計煤層采厚為12.0m，首采區內4#煤與洛河組底界面的距離為120～210m，利用裂采比22.32計算各鉆孔處冒裂帶發育高度，結果如表1所示。

根據計算結果可知，4#煤回采將波及洛河組含水層，因此礦井充水含水層包括4#煤頂部延安組含水層、直羅組含水層和洛河組含水層。

（3）采空區積水

胡家河煤礦已采3個工作面（401101、401102和402103），采空區均存有積水，且采后出水量較大，目前401101和401102工作面的采后出水約600m3/h，402103工作面采后出水約410m3/h，持續時間長，是礦井涌水量的主要組成，是礦井的主要充水水源之一。

2.2 充水通道分析

胡家河煤礦構造以褶曲為主，斷裂構造不發育，以小斷層為主。采動裂隙是礦井的主要充水通道。煤層回采過程中產生的頂板裂隙，將導致裂隙波及的頂板含水層水進入礦井，成為礦井的涌水來源[4]。

2.3 充水強度分析

胡家河煤礦目前已完成三個工作面的回采，收集了豐富的涌水量資料，今后回采區域與已采區域未發現明顯的水文地質條件變化，生產條件基本類似，采用水文地質比擬法預測礦井涌水量[5，6]。

（1）工作面開采涌水量預測

根據礦井工作面涌水量變化規律，本報告擬采用工作面產量作為比擬因素，計算公式為：

重點針對中長期內礦井開采工作面進行比擬計算，從而得出礦井中長期的涌水量值。

401105工作面比擬計算：

Q=550×（316/245）=709（m3/h）

401103工作面比擬計算：

Q=470×（298/247）=567（m3/h）

考慮到401102工作面受401101工作面影響導致涌水量峰值下降約30%的現象，以及401103工作面東側受401102工作面影響，東側將受401105工作面影響，因此考慮401103工作面的涌水量峰值在計算值的基礎上衰減約30%（參考401102工作面峰值計算），因此，402103工作面涌水量計算值為397m3/h。

402102工作面比擬計算：

Q=450×（262/244）=483（m3/h）

同樣地，402102工作面將受到402103工作面影響，涌水量按衰減30%計算為338m3/h。

（2）礦井涌水量計算

礦井涌水量包括井巷系統長流水量、已采工作面采后出水量及生產工作面采后出水量等。在預測周圍無生產工作面時，平均年衰減系數可采用20%計算；周圍存在生產工作面時，采用年衰減系數50%計算。結合礦井涌水量現狀和采掘規劃，預測胡家河煤礦中長期內礦井涌水量為1567m3/h。根據以往的經驗數據，最大涌水量與正常涌水量的比值取1.3倍，因此，礦井今后三年最大涌水量計算值為2037m3/h。

3 礦井防治水技術

基于胡家河煤礦水文地質條件，制定得出胡家河煤礦水害防治總體思路為：以建立完善工作面、盤區、礦井排水系統為重點，優化控制工作面回采參數，以自然疏排方案為主防治頂板白堊系水害，輔助頂板局部侏羅系含水層探查及預疏放措施進行礦井防治水工作[7]。

3.1 回采參數優化控制技術

在回采前依據地質、水文地質及其他方面因素綜合考慮，確定工作面合理的回采參數，如回采厚度、工作面寬度、回采速度等。優化工作面回采順序、工作面采區布設方式、工作面巷道布設等方案，減輕礦井充水強度，自礦井回采角度考慮礦井防治水工作。

3.2 礦井排水系統通盤考慮優化技術

基于礦井涌水量預計變化趨勢，超前主動通盤性考慮礦井排水系統建設，遵循“清濁分離、壓力自流、綜合利用”的原則進行排水系統的設計、建設。

3.3 工作面及礦井涌水量預測技術

根據工作面回采參數，結合工作面地質水文地質條件，預計工作面覆巖導水裂縫帶發育高度，分析工作面采動波及的覆巖含水層，進行工作面涌水量變化趨勢的預計，結合礦井采掘規劃，對隨工作面回采礦井涌水量變化趨勢進行預計，為工作面及礦井排水系統建設提供依據。

3.4 礦井水文動態及覆巖破壞監測技術

在工作面回采中對礦井水文進行動態實時監測，分析含水層影響礦井程度，探查覆巖導水裂縫帶發育高度，為礦井水害防治提供基礎資料，便于及時調整防治對策采取合理防治措施。

該技術體系的核心是依據礦井實際地質、水文地質及開采條件因地制宜地進行防治水技術方案的確定，重心是按照礦井所能承受的涌水量和涌水形式設計合理的回采參數和疏、排、控水等技術措施，在對技術方案技術可行性、可靠性及經濟合理性等方面綜合評價的基礎上開展。

4 結束語

（1）通過分析礦井水文地質條件，進一步研究了礦井的充水水源、充水通道和充水強度，明確了胡家河煤礦主要面臨巨厚白堊系洛河組砂巖含水層水害影響，為礦井水害防治指明方向。（2）結合影響煤層回采的各含水層水文地質條件，結合含水層空間分布特征，建立了胡家河煤礦防治水技術體系。胡家河煤礦煤層回采過程中防治水工作需以建立完善的排水系統為重點，優化控制工作面回采參數，以自然疏排方案為主防治頂板白堊系水害，輔助頂板局部侏羅系含水層探查及預疏放措施進行礦井防治水工作。

參考文獻：

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[3]郭小銘.基于綜合分析法的礦井水文地質類型劃分[J].中州煤炭，2015（09）：111-113+116.

[4]余智秘，劉沛林，張聯隊，等.古河床沖刷帶探測及通過實踐[J].陜西煤炭，2012，31（02）：80-81.

[5]劉英鋒，郭小銘.導水裂縫帶部分波及頂板含水層條件下涌水量預測[J].煤田地質與勘探，2016，44（05）：97-101+107.

[6]王皓.基于灰色模型的煤礦涌水量預測研究[J].中國煤炭地質，

2014，26（03）：35-38.

[7]劉英鋒，王新.黃隴侏羅紀煤田頂板水害防治問題及對策探討[J].西安科技大學學報，2013，33（04）：431-435.