開灤西場煤礦水文地質條件分析

摘要：開灤煤礦建井以來，下部煤層開采受地下水的威脅。本文通過對水文地質條件的分 析，揭示礦井充水的可能性，進一步分析構造對地下水的控制作用。

關鍵詞：水文地質條件;充水水源;導水通道

一、概括

西場礦業分公司位于河北省唐山市豐潤區境內，北靠燕山，南望渤海，與京津城市相連，處于環渤海經濟開發區腹地。井田面積40.5km2。開采煤層多，水文地質條件較復雜。地層分布為中石炭統唐山組，上石炭統開平組、趙各莊組，下二疊統的大苗莊組、唐家莊組。主采煤層為5、7、8、9、11、12-1、12-2、12下、14煤層，其厚度分別為1.1m、1.15m、3.53m、4.10m、2.18m、2.23m、2.52m、1.13m、1.76m。此礦井采用立井多水平階段石門開拓，劃分四個水平，分別為-500m水平、-690m水平、-950 m水平和-1200m水平。礦區最大向斜為開平向斜，延展長度達60km，長寬比約5：1，向斜總面積約800km2。

二、充水水源

（一）大氣降水、地表水、潛水

大氣降水、地表水均是井田內地下水的主要補給來源，它們分別通過基巖裸露區及風化帶滲入補給，通過順層徑流，但在此地區受地形及基巖裂隙發育程度的控制，補給量有限。次煤田存在三個隔水層及地表河流少的原因，因此大氣降水、地表水和潛水對礦井涌水量影響甚小。

（二）含水層水

井田內的三大含水系統—第四系沖積層孔隙承壓含水層、石炭-二疊系砂巖裂隙承壓含水層和中奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓含水層，有以下特征：

（1）第四系沖積層孔隙承壓含水層水

第四系沖積層覆蓋于含煤地層之上，全區分布，不整合于古生代地層之上，北薄南厚，較均勻地漸變，車54和車60孔一線以北為厚度小于180m的寬緩平臺，向南一般以每公里50～60m的幅度增厚，到南緣厚度達到650m。第四系全為松散沉積物，此孔隙含水層水量充沛，含水性強，但變化較大。單位涌水量0.275～2.258L/ s·m，滲透系數0.371～4.846m/d，水溫12～18.5℃，富水性強，水量充沛，為煤系含水層的間接補給水源，但如有構造導通，則該含水層也有可能成為礦井涌水的直接水源，

（2）石炭-二疊系砂巖裂隙承壓含水層

石炭-二疊系煤系含水層伏于新生界松散層之下。泥巖中所夾的砂巖，為本組裂隙的賦水層。沉積穩定富水性弱，地下水徑流緩慢，不易流動。因為是隔水層（泥巖）含水層（砂巖）交替產出，所以含水層厚度薄，無構造溝通時，各含水層無水力聯系。以水源為背景，按水位（頭）、水化、水溫的連續與差異以及鉆孔抽水流場反映，可將本區含煤地層劃分為四組十段。其中5煤頂100m為強含水層，單位涌水量以及滲透系數相對較大，對5煤以下8、9等主采煤層的開采存在安全隱患。

（3）奧陶系灰巖含水層

奧陶系灰巖含水層不整合于含煤地層之下。本區有十二個鉆孔揭露此層，除車43、車59兩孔揭露較厚（73.26m和97.38m），一般揭露厚度多小于10m，但推測其厚度大于400m。灰巖含水層巖溶比較發育，多以溶孔為主，連通性比較好，所以富水性較強。單位涌水量為0.799～1.794 L/ s·m，滲透系數3.405～10.385m/d。本層含水性強，對供水是一良好層位，但對礦井深部的安全采掘威脅甚大。

（三）老空水

西場礦在建井、水平延伸、新區域施工及最上方煤層回采中，充水水源主要為含水層水，而在下方煤層回采中，老空水就成為了主要充水水源。本礦井在生產過程中，由于工作面的布置、頂底板的巖性特征及涌水等因素，在采空區或廢巷，有可能存在不同形式的積水。一旦施工工程接近、揭露或冒落帶導通這些積水，便可涌入井巷，發生老空區突水事故。而且老空水是長期積存起來的，多為酸性水，有較強的腐蝕性，對礦山設備危害甚大。

三、充水通道

通過十幾年的生產實踐，西場井田范圍內充水通道主要有以下三種方式：

（一）直接揭露含水層

根據開采煤層與含水層的關系，可分為直接充水水源和間接充水水源。從目前礦井的開采區域看，直接充水水源為A0～A、A～5煤頂、12煤～14煤含水層組。

（二）斷裂帶導水

本井田構造發育。通過建井及生產階段來看，大部分斷層未與含水層導通或不導水，然而有些斷層天然條件下是隔水的，但是當開采礦層時，采場內的斷層會由于開采造成的礦山壓力的變化而“活化”，從而引發突水。如建井初期，-230m水平北二頂板繞道利用管棚技術順利通過F2（落差35m）斷層組，一年半后發生了遲到突水，最大涌水量3.0m3/min，并伴隨有大量的黃泥、卵礫石等物，判斷為導通沖積層水。

（三）采礦造成的裂隙通道

巷道掘進和工作面回采時，都會對原有圍巖產生影響，當產生的裂隙導通含水層或其他水源時，這些水也會順采動裂隙進入礦井。如2011年11月18日13時30分，2089采面28至35組架間滴淋水，水量為0.2m3/min，出水形式由滴淋水逐漸變成淋水，出水面積逐步向上、下出口方向發展。16時，采面1至82組架間普遍淋水，后淋水范圍由82組向下縮小，采面水量開始逐漸減少， 23時，采面淋水范圍為66至下出口，采面水量為1.0m3/min，下運老空水量為0.6m3/min，工作面總水量為1.6m3/min。水呈乳白色，且無異味。截止2011年11月29日，2089下采面內已無水，下運老空水量為0.4m3/min。經分析為工作面回采垮落后，裂隙導通煤5頂板含水層所致。

四、充水量狀況

在建井初期，隨著巷道開拓工程不斷揭露各含水層，礦井涌水量逐年增加。之后由于礦井含水層本身的自然衰減及本礦注漿堵水工作的開展（如：水倉、軌道中石門、201廢巷明水注漿堵水等），涌水量逐漸減少，有下降的趨勢。雖然2002年之后又呈現上升的趨勢，但2007年之后涌水量明顯下降，目前涌水量基本維持在33.0m3/min左右。

五、結語

開平煤田為東北向大型復合式含煤向斜構造。隨著回采工作的不斷進行，再加上礦區地質條件復雜、隱蔽、不確定性，使得礦井受含水層突水的威脅日趨嚴重。本文通過對開灤井田水文地質條件分析，有助于其他井田參考，以便更好做好井田防治水工作。

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作者簡介：

張洪杰（1997-）男，漢族，單位：成都理工大學地球科學學院，籍貫：河南開封，在讀研究生，地質工程專業。