五龍煤礦水文地質(zhì)特征及水害分析

郭晉偉

（太原東山五龍煤業(yè)有限公司，山西 太原 030031）

1 礦井地質(zhì)條件概況

1.1 地層概況

井田內(nèi)大面積基巖裸露，出露基巖地層主要為二疊系上統(tǒng)上石盒子組和下統(tǒng)下石盒子組，結(jié)合本礦鉆孔揭露資料和東山礦區(qū)資料，井田內(nèi)沉積地層由下而上依次有：奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組（O2x）、奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組 （O2s）、奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）、二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）、第四系中、上更新統(tǒng)（Q2+3）。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

井田位于沁水煤田西北隅，太原東山礦區(qū)西南，東山背斜西翼傾伏端。井田地層總體走向為北西，為向南西傾伏的單斜構(gòu)造，地層傾角15°左右且變化不大。斷裂構(gòu)造、巖溶陷落柱不太發(fā)育，北界附近為斷層密集帶。井田內(nèi)主要斷層有7條，地表發(fā)現(xiàn)及井下揭露的陷落柱共7個。井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖侵入，井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造屬簡單。

1.3 含水層

井田含水層劃為5個含水巖組： 第四系全新統(tǒng)松散巖類孔隙含水巖組、二疊系石盒子組（P1x+P2s）和山西組（P1s）砂巖裂隙含水巖組、石炭系太原組碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙含水巖組、奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶裂隙含水巖組。

1.4 隔水層

井田內(nèi)主要隔水層分述如下： 煤系地層灰?guī)r、砂巖含水層層間泥質(zhì)巖隔水層，12#、15#煤層以下及本溪組隔水層。

1.5 水力性質(zhì)

含水層與含水層之間，從水質(zhì)的離子成分角度對比，山西組以及上含水層與太原組含水層水質(zhì)的離子成分較為相近，但與奧陶系含水層水質(zhì)存在差異明顯；從含水層水位標(biāo)高角度對比山西組及以上含水層水位標(biāo)高+860.2246～+868.9423 m，太原組水位標(biāo)高+809.7646～+851.5023 m，而奧灰水位標(biāo)高在+780.2～+783.3 m，表明一般情況下，山西組、太原組及奧灰含水層之間不存在明顯的水力聯(lián)系。

2 礦井充水因素分析

2.1 礦井充水水源

（1）大氣降水及地表水

該區(qū)年降水量172.1～632.6 mm，平均457.8 mm。井田內(nèi)無地表水系，大氣降水可能通過對采空區(qū)上覆導(dǎo)水裂縫帶的補給間接成為礦井的充水水源。

（2）煤系地層裂隙水

12#、15#煤層位于太原組中、下部，是本礦主采煤層。煤層開采后，其頂板會形成導(dǎo)水裂隙帶，地下水將沿采動裂隙進入礦井，是礦井充水的主要通道。煤層開采時，含水層的存在可能會增加礦井涌水量，但因其富水性弱，在做好排水工作前提下，對各煤層的掘進、開采影響不大。但需加強注意含水層局部富水情況以及上部煤層采空區(qū)積水問題，提前進行探放。

（3）奧陶系巖溶水

根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》，采用突水系數(shù)法對該區(qū)煤層開采受奧灰含水層水害威脅程度進行評價，突水危險性評價成果見表1、表2。

式中：T為突水系數(shù)，MPa/m；P為底板隔水層承受的水壓，MPa；M為底板隔水層厚度，m。

12#煤層最大突水系數(shù)0.0465 MPa/m；15#煤層最大突水系數(shù)0.0806 MPa/m，其中底板標(biāo)高約+450 m以上，突水系數(shù)小于0.06 MPa/m。煤層奧灰突水危險性分區(qū)見圖1、圖2。五龍煤礦隨著礦井向西南部開拓，承受的水壓有所增大，突水系數(shù)不斷增高，底板發(fā)生突水危險性增大，通過底鼓裂隙或在斷層、陷落柱發(fā)育處將可能會發(fā)生突水。因此，在井田南部突水系數(shù)較大地段，尤其是過渡區(qū)，只有采取更為可靠的安全技術(shù)措施后才能進行帶壓開采。

表1 12#煤層突水危險性評價估算成果

表2 15#煤層突水危險性評價估算成果

2.2 礦井充水通道

（1）頂板導(dǎo)水裂縫帶

12#煤層開采形成的導(dǎo)水裂縫帶最大發(fā)育高度達54.86 m，可能導(dǎo)通上部的L4、K3等含水層。15#煤層M取最大煤層厚度8.59 m時，煤層開采產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶高度H=202.09 m；據(jù)礦方介紹，東山一帶開采15#煤層時導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度約90～100 m，可能導(dǎo)通上部的L1、L2、L3、L4、K3等含水層。井田煤層?xùn)|北部埋藏較淺約在170 m以下，因此煤層開采過程中導(dǎo)水裂縫到近乎發(fā)育到地表，存在地表裂隙的區(qū)域地表水與15#煤層導(dǎo)水裂縫帶有貫通的可能性。

（2）導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造

注意防范較大的北邊界F19斷層導(dǎo)水，該斷層可能使得15#煤層與奧灰含水層直接對接，底板突水變?yōu)樗綕B流，危險性極大，現(xiàn)階段尚無工作量加強控制，今后在計劃開采此處位置時應(yīng)做好探查及預(yù)防工作，必要時直接按要求留設(shè)防隔水煤柱，不在其威脅范圍內(nèi)開展采掘工作。

2.3 礦井充水強度

整合前礦井涌水量較小，正常為150 m3/d，最大為200 m3/d，較雨季相對滯后。依本礦井筒開拓時的水文地質(zhì)臺賬記載，2015～2016年礦井月涌水量為10450～16200 m3（約14.51～21.77 m3/h），平均礦井涌水量18.06 m3/h。圖3涌水量與降雨量相關(guān)曲線圖表明礦井涌水量與大氣降水有一定的關(guān)系，降雨量的增加，礦井涌水量略有增加，滯后時間約2～3個月。

圖1 12#煤層奧灰突水危險性分區(qū)

圖2 15#煤層奧灰突水危險性分區(qū)

圖3 2015～2016年涌量與降雨量相關(guān)曲線

3 礦井涌水量預(yù)測

五龍煤礦整合前，開采15#煤層，年生產(chǎn)能力為0.21 Mt，正常涌水量為6.25 m3/h，最大8.33 m3/h。該礦年工作日按330計算，含水系數(shù)約為0.236～0.314 m3/t。

礦井整合后15#煤一采區(qū)設(shè)在井田中、西部，首采區(qū)水文地質(zhì)條件與現(xiàn)在基本相同，可采用比擬法對生產(chǎn)能力達到0.9 Mt/a時的礦井涌水量進行預(yù)測，采用式（2）：

式中：Q為礦井的涌水量，m3/d；P為原煤產(chǎn)量，t/d；Kp為含水系數(shù)，m3/t；

由此，預(yù)測礦井涌水量為：Q正常=26.79 m3/h，Q最大=35.7 m3/h。

預(yù)測該礦開采15#煤層生產(chǎn)能力達到0.90 Mt/a時，工作面的正常涌水量為26.79 m3/h，最大涌水量35.7 m3/h。

根據(jù)目前礦井涌水量臺賬成果，井筒與大巷的涌水量基本穩(wěn)定在13.06～16.77 m3/h，變化較小，推測今后井筒與大巷的涌水量基本保持目前狀態(tài)不變。總礦井涌水量應(yīng)包括工作面涌水量、井筒及大巷涌水量，因此，預(yù)測該礦生產(chǎn)能力達到0.90 Mt/a時，總礦井正常涌水量為39.85 m3/h，最大涌水量為52.47 m3/h。

4 結(jié)語

奧灰水位標(biāo)高在+782.5～+785 m之間，12#煤層底板標(biāo)高在+370～+940 m，15#煤層底板標(biāo)高在+320～+860 m，井田大部分為帶壓開采，突水系數(shù)僅15#煤層在井田西南部超過0.06 MPa/m。因此，帶壓開采區(qū)應(yīng)加強構(gòu)造導(dǎo)水性的探測，絕不能放松警惕。建立完備礦井地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)、涌水量測量及資料管理系統(tǒng)，加強地質(zhì)及水文地質(zhì)資料的收集整理工作，建立周邊煤礦的圖紙定期交換制度，認(rèn)真貫徹“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水工作原則。