礦井水文地質類型劃分及防治水工作建議

惠 鵬，趙衛軍

(1.陜西省煤層氣開發利用有限公司地質研究院分公司，陜西 西安 710065；2.渭南市國土資源局，陜西 渭南 714000)

0 引言

礦井水文地質類型是對煤礦水文地質條件、礦井涌水量及突水量、防治水難易程度等特征的綜合評價[1]，它直接關系到礦井開拓方式的選擇和采掘系統的布置，從而影響礦井總體設計和規劃。最新頒布的《煤礦防治水細則》(2018年9月1日起施行)明確規定礦井水文地質類型應當每3年修訂1次，當發生較大以上水害事故或因突水造成采掘區域或礦井被淹，應當在恢復生產前重新確定礦井水文地質類型[2]。因此，開展礦井水文地質類型的劃分對有效指導煤礦安全生產具有重要的實踐意義。

1 礦井地質概況

研究礦井位于陜西省神木市西南部，根據礦區內鉆孔所揭露地層由新至老依次為：第四系全新統風積沙(Q4eol)透水層、上更新統薩拉烏蘇組(Q3s)潛水含水層，新近系上新統保德組(N2b)隔水層，侏羅系中統安定組(J2a)、直羅組(J2z)、延安組(J2y)裂隙承壓含水層和侏羅系下統富縣組(J1f)裂隙承壓含水層。其中延安組為含煤地層，可采及局部可采煤層共有7層，分別為1-1、1-2、2-2、3-1、4-2、4-3、5-2煤層，首采煤層為2-2煤，賦存于延安組第四段頂部，埋深199.69～401.22 m，煤層厚度平均5.41 m，如圖1所示。研究區內地層總體走向為NNE，傾向為NWW，傾角不足1°，呈單斜構造，未發現斷層及巖漿活動，屬簡單構造類型。

圖1 研究區主要煤層及各地層位置關系

2 礦井水文地質類型劃分

依據上述分析及《煤礦防治水細則》第12條提供的劃分標準來確定開采煤層礦井水文地質類型。

2.1 含水層及老空水

可能破壞或影響的含水層及水體：導水裂隙帶所涉及范圍內的地下水通過裂隙進入礦井，對采礦造成影響甚至危及采礦安全，根據經驗公式計算[3]及榆神礦區煤礦的生產經驗[4-5]，采用7倍冒采比、30倍裂采比分別預測冒落帶及導水裂隙帶發育高度，預計2-2煤在今后三年內開采工作面的煤層厚度為5.78～6.61 m，冒落帶最大高度為42.64～52.88 m，導水裂隙帶高度為173.40～198.30 m，上覆基巖厚度為202.65～288.89 m，導水裂隙帶頂界與基巖面間距為2.49～93.59 m，導水裂隙帶有可能會導通上覆侏羅系安定組、直羅組、延安組含水層，見表1。

表1 冒落帶、導水裂隙帶計算結果統計表

含水層補給來源：第四系潛水含水層以大氣降水為主要補給來源，侏羅系中統安定組、直羅組、延安組承壓水含水層主要接受潛水順層補給以及上部含水層越流滲透補給，含水巖體在橫向上具不連續性，垂向上具分段性，儲水空間相對封閉，補給條件一般。根據礦井鉆孔資料分析可知(見表2)，第四系上更新統孔隙潛水含水層富水性為弱至中等，侏羅系中統裂隙承壓含水層富水性均較弱。因此，該項礦井水文地質類型劃分指標屬“中等”類型。

表2 礦井含水層富水性等級

礦井及周邊老空水分部狀況:礦井周邊礦區均處于礦井建設階段，無以往及目前生產礦井，也未發現小煤窯生產情況，無采空區存在，不存在老空區積水。因此，該項礦井水文地質類型劃分指標屬“簡單”類型。

2.2 礦井涌水量

礦井實測涌水量：該礦井尚未進行回采，井下巷道系統基本無水，僅錨桿眼有滴水、淋水現象，根據2014年10月—2018年8月期間在主斜井、副斜井、進風立井、回風立井及回風大巷涌水量觀測值，可知礦井涌水量為43.30～196.93 m3/h，如圖2所示。

圖2 全礦井及各井筒涌水量歷時曲線圖

礦井預測涌水量：結合該礦井勘探報告，本文礦井涌水量預測采用礦井3年規劃相關參數，預測范圍為2-2煤首采工作面，預測深度為2-2煤開拓水平+950 m，含水層厚度、水頭高度、滲透系數等參數采用工作面附近鉆孔和井筒實測數據，用比擬法[6-7]預計今后3年礦井正常涌水量為682 m3/h，最大涌水量821 m3/h。因此，該項礦井水文地質類型劃分指標屬“復雜”類型。

突水量：該礦井自2014年9月開工建井以來，在井筒及煤層巷道施工中均未發現突水現象，因此，該項礦井水文地質類型劃分指標屬“簡單”類型。

2.3 礦井受水害影響程度

煤層開采后形成的導水裂隙帶高度低于基巖面，開采過程中基本不受第四系松散含水層、大氣降水以及地表水體的影響。煤層開采后主要充水含水層為安定組、直羅組及延安組含水層，雖然各含水層富水性弱，但由于礦井首采2-2煤層，工作面回采長度大，煤層厚度較大，頂板含水層均有一定的靜儲量，通過導水裂隙涌入礦井形成突水，經計算得出的礦井涌水量較大，故對未來生產可能造成嚴重的影響，對礦井生產安全構成一定的威脅，因此，該項礦井水文地質類型劃分指標屬“復雜”類型。

2.4 礦井防治水工作難易程度

煤層上覆含水層厚度大富水性不均一，隔水層較少且在橫向上分布不連續，對未來礦井生產帶來水害隱患，開采前，需要進一步對富水性進行探測，提前對頂板含水層水進行疏放，總體而言，所需防治工程技術條件成熟，資金上有足夠保證，防治水工作易于進行，嚴格按照相關規程操作，可達到預期的防治目標。因此，該項礦井水文地質類型劃分指標屬“中等”類型。

2.5 水文地質類型綜合評價

綜上所述，根據《煤礦防治水細則》中礦井水文地質條件類型劃分標準，按分類依據就高不就低的原則，該煤礦開采2-2煤時礦井水文地質類型為“復雜”類型。

3 對防治水工作的建議

3.1 整體原則

防治水嚴格按《煤礦防治水細則》進行，堅持預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采原則，根據不同的水文地質條件，采取探、防、堵、疏、排、截、監等綜合防治措施，配備滿足工作需要的防治水專業技術人員，配齊專用的探放水設備，建立專門的探放水作業隊伍，儲備必要的水害搶險救災設備和物資。

3.2 防治水工作建議

加強隊伍、制度與裝備建設：煤礦應設立專門的防治水機構，設立地測防治水副總，在總工程師的帶領下，開展礦井防治水技術工作。配備滿足工作需要的防治水專業技術人員，配齊專用探放水設備，建立專業的探放水作業隊伍。此外，組織加強職工防治水知識培訓，結合煤礦水害特征，建立健全防治水崗位責任制、防治水技術管理制度、水害預測預報制度和水害隱患排查治理制度。

開展水文地質補充勘查工作：由于以往地質勘探工作施工水文鉆孔有限，對該礦井的直接充水含水層(延安組第五段+直羅組)勘探工作偏少，直接影響礦井涌水量預計結果及下一步防治水技術方案。

建立地下水動態觀測系統：礦井目前處于礦井建設階段，地下水動態觀測系統尚未建立，缺乏地下水動態觀測資料。開展地下水觀測系統工程的設計與觀測孔的施工工作，對水位進行長期系統的觀測，對水質進行不定期的監測，以掌握各含水層在礦井開采中的動態變化，及時分析水害影響。

開展地下水含水層深入研究：繼續研究松散含水層與基巖風化帶含水層富水性及分布規律，以此確定各含水層的厚度、導含水性(裂隙發育情況，充填情況，滲透系數，單位涌水量，水位，水質，地下水的補、逕、排條件)，同時對頂板含水層的富水性進行分區。對礦井后期圈定的每個工作面頂板富水性進行精細化探查，以此確定富水異常區范圍及水文地質參數；根據精細化探查所獲取的水文地質參數并結合開采參數，對工作面涌水量進行預測、預報，并安設相應的防排水設施。

加強地下水的探查與疏放：探放水是防止礦井水害發生的重要方法。礦井今后開采過程中要堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，對可能發生突(透)水的地點，應組織專業探水隊根據物探等資料，有針對性地詳細探查基巖裂隙發育程度、含水層富水強度、富水位置的分布位置及其富水性，并有針對性地進行放水，以減輕煤層頂部水壓，減小初次跨落時的礦井涌水量及回采過程中礦井涌水量。

密切關注封閉不良鉆孔：井田范圍內鉆孔封閉段高度不符合防治水的要求。應列入處理計劃，開展該孔對采掘影響研究評價，獲得正確結論后再決定是否啟封。

加強礦井涌水量觀測：礦井在今后的開采過程中應時刻加強對各工作面涌水量的監測，對井下各出水點定期進行觀測，發現出水異常，應及時查明原因并進行必要的處理。完善井下涌水量觀測站，堅持定期觀測礦井涌水量和監測水質。

4 結論

(1)在進行2-2煤水文地質類型劃分時，參考了礦井勘探報告及礦井建設實測資料，客觀真實地分析了受采掘破壞或者影響的含水層及水體、井田及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量、突水量、開采受水害影響程度和防治水工作難易程度等各項指標，并判定了各指標所屬等級類型。

(2)根據礦井水文地質類型劃分各項指標，按“就高不就低”的原則，確定了礦井首采煤層2-2煤的礦井水文地質類型為復雜類型，該成果為制定礦區總體規劃及相應的礦井水害防治對策提供了依據。

(3)根據礦井充水因素和各種因素的影響程度，防治水工作的重點：加強開采煤層頂板砂巖裂隙水、第四系潛水的防治，開展水文地質補充勘探工作及地下水的探查與疏放工作，同時加強礦井地下水的動態監測系統。