顺和煤矿水文地质类型划分探讨

高 琳,王 辉 ,王 鹏,张 辉（永煤公司顺和煤矿,河南 永城 476600）

顺和煤矿水文地质类型划分探讨

高 琳,王 辉 ,王 鹏,张 辉
（永煤公司顺和煤矿,河南 永城 476600）

顺和煤矿是永城煤电（集团）有限责任公司在永城本部开发建设的第五对矿井。依据《煤矿防治水规定》第十二条规定顺和煤矿组织编制了《顺和煤矿矿井水文地质类型划分报告》，详细的对矿井受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况、矿井涌水量或者突水量分布规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度进行了分析阐述。现就顺和煤矿矿井水文地质类型划分的依据进行探讨，进而提出矿井生产中防治水工作开展的一些建议。

水文地质类型；含水层；矿井涌水量

1 引言

顺和煤矿是永城煤电（集团）有限责任公司在永城本部开发建设的第五对矿井，设计生产能力0.6Mt/a，服务年限期38.7a，矿井共有三层可采煤层，分别为二2、三2和三4煤层。矿井主采煤层为二2煤层。矿井水文地质类型是矿井防治水方案制定、中长期发展规划、矿井安全生产的基础依据。正确的对煤矿进行矿井水文地质类型划分，对于分析和评价矿井水害危害程度，排查矿井水害隐患，防患于未然，实现矿井安全、有序、高效生产，具有十分重要的现实意义。本论文以《煤矿防治水规定》为明确标准，在系统整理、综合分析矿井水文地质资料的基础上，全面考虑矿井充水诸因素的影响，确定顺和煤矿水文地质类型，为矿井防治水工作提供了地质依据。

2 矿井水文地质条件

2.1 井田边界及其水力性质

本区东南部二2煤层露头外太原组及奥陶系石灰岩分布面积有限，灰岩水对区内侧向可有少量补给；西北深部太原组灰岩埋深在-800m以下，岩溶发育程度随深度增加而减弱，地下水运移迟缓，为相对的隔水边界；北部边界F8（勘查区外）断层为北升南降正断层，北盘太原组石灰岩与南盘石盒子组地层接触，可能为北部进水边界。

2.2 矿井含（隔）水层的分布规律及水文地质特征

按照井田内各含水层（组）的地质时代、岩性特征及富水性强弱，区内主要含水层自上而下分为十个含水层组，即新生界孔隙含水层组（I），包括第四系全新统孔隙潜水－I1含水层、第四系更新统松散孔隙承压水－I2含水层、上第三系上新统孔隙承压水－I3含水层、上第三系中新统孔隙承压水－I4含水层；下石盒子组三煤组顶板砂岩裂隙承压水－II含水层组、山西组砂岩裂隙承压水－III含水层组、太原组灰岩岩溶裂隙承压水－IV含水层组，包括上段灰岩岩溶裂隙承压水－IV1含水层、太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水－IV2含水层；奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水－V含水层组和岩浆岩裂隙接触带承压水－VI含水层组。

上述含水层组中，II、III分别属于三煤组、二2煤层顶板的直接充水含水层，富水性较弱，地下水以静储量为主。井田内无漏水孔，单位涌水量0.001～0.008L/s.m，渗透系数0.0026～0.0583m/d。水质类型为SO4CL－NaCaMg、SO4ΗCO3－NaCaMg型。不同含水层水位标高差值很大，三煤组顶板砂岩和二2煤层顶板砂岩的水位标高分别为＋30.32m和+4.28m。砂岩裂隙水一般对煤层开采威胁不大。

石炭系灰岩与奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层均赋存于山西组二2煤层之下，属底板充水含水层，是今后矿井可能的充水水源。

2.3 矿井充水因素分析

2.3.1 地表水体对矿井充水的影响

井田内主要河流为薛沟、宋沟等，地表无其他较大水系，由于煤层之上有厚约359.41～439.70的新生界地层覆盖，不同深度内又有相应的隔水层段，对矿井基本无充水影响。

2.3.2 新生界含水组对矿井充水的影响

新生界底部砂岩少，富水性较弱，加上与基岩之间有约平均20～35m厚的基岩风化带隔水层，对矿井一般无充水影响。

2.3.3 煤层顶底板砂岩裂隙水对矿井充水的影响

煤层顶底板砂岩裂隙水是矿井主要的直接充水水源，但由于井田范围内砂岩富水性很弱，渗透性差，补给源不足，易于疏干。通过永城其他矿井近几年实际揭露水文地质资料分析，煤层顶底板砂岩裂隙水多为滴、淋水形式出现，水量较小，疏干期约4～6个月。

2.3.4 太原组上段灰岩、下段灰岩及奥陶系灰岩岩溶裂隙水对矿井充水的影响

太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水是开采二2煤层时的间接含水层，二2煤底板下距K3（L11）灰岩平均约55m，其间又有较稳定的泥岩、砂质泥岩相阻隔，正常情况不易发生突水。但在断层影响下，当灰岩高于煤层或者与煤层对接时，灰岩水有可能溃入工作面。

2.3.5 断层破碎带对矿井充水的影响

根据精查地质报告及实际揭露情况来看，矿井范围内断层多为高角度正断层发育，断层破碎带间充填多为断层泥，起到隔水作用，一般情况下不会发生大的突水威胁，建矿至今未曾发生过断层破碎带突水的事例。一般来说，断层破碎带是造成灰岩突水的主要媒介，只要不破坏断层的自然状态，不易发生突水。

2.3.6 陷落柱对矿井充水的影响

尚未发现陷落柱。

2.3.7 封孔不良钻孔对矿井充水的影响

井田内施工钻孔的周期长、单位多，尤其是普查和详查穿过太原组灰岩的钻孔，封孔质量往往较差，容易造成灰岩承压水沿钻孔溃入工作面，因此在施工过程中应对类似钻孔密切注意。

2.4 井田及周边老空区分布状况

顺和煤矿北邻薛湖煤矿，南邻陈四楼煤矿，由于矿井煤层埋藏深，周边没有其他小煤窑存在，周边不存在老空区的威胁，但今后工作面回采结束后老空区内均会存在积水。

2.5 矿井涌水量及突水情况

2.5.1 矿井涌水量

矿井涌水量主要构成为顶底板砂岩水，建井初期矿井涌水量随着采掘接替的延伸逐渐增大，涌水量与单位开拓长度，关系尚不明显，但随着工作面的回采推进，顶板砂岩水得到了很大程度的疏放，矿井水量有一定的增大。目前实测矿井涌水量最大为80m3/h（开拓巷道水量及工业用水占45m3/h，回采工作面回采初期来压，顶板跨落，底板采动裂隙构成的顶底板砂岩水占30m3/h，其它水占5m3/h），现基本稳定在75m3/h左右。

2.5.2 突水情况

顺和煤矿建设以来，未发生一起突水事故。

2.5.3 矿井涌水量构成分析

矿井直接充水水源为二2煤层顶底板砂岩裂隙水，间接充水水源为太原组上段灰岩裂隙水，通常情况下在巷道掘进期间太原组上段灰岩不会发生突水（异常地质区域进行超前探注），回采工作面均对太原组上段灰岩进行底板注浆加固，故矿井涌水量的构成为二2煤层顶板至冒落带的全部砂岩含水层的水量、二2煤层底板至采动裂隙带（按20m考虑）的砂岩裂隙水量、底板改造后的灰岩残留水量和井下作业用水。

2.6 矿井涌水量计算

2.6.1 公式计算法

（1）二2煤层顶板正常涌水量。按照顺和煤矿设计产量，近10年开采面积累计约4860000m2。

二2煤层顶板砂岩水采用承压转无压“大井法”公式进行计算：

经计算涌水量Q=139.7m3/h。

（2）二2煤层底板正常涌水量。二2煤层底板砂岩水采用承压转无压“大井法”公式进行计算：

经计算涌水量Q=131.6m3/h

（3）工作面底板改造后灰岩残留水量。根据邻近矿井经验，工作面底板改造后灰岩残留水量累计约30m3/h。

（4）井下作业用水量。采掘工作面打钻降尘、冲洗巷道、钻探操作用水等井下作业用水量，约100 m3/h。

（5）矿井正常涌水量。故矿井正常涌水量：Q=顶板水量+底板水量+工作面底板灰岩残留水量+井下作业用水=139.7+131.6+30+100=401.3m3/h。

（6）矿井最大涌水量。按临近矿井经验，矿井最大涌水量Qmax一般为正常涌水量的2.0倍，故顺和矿井最大涌水量为802.6m3/h。

2.6.2 比拟法

紧邻顺和井田北部的薛湖煤矿设计年产120Mt，自2008年投产以来，矿井涌水量最大值为197.8m3/h。位于顺和井田南部的陈四楼煤矿水量呈“北翼小，南翼大”的趋势，与顺和煤矿相邻的北十、十二采区（均已采，累计面积2210680m2），近三年正常涌水量最大值为90.7m3/h。

顺和煤矿近10年开采面积是陈四楼北十、十二采区开采面积的2.2倍，开采二2煤层的厚度基本相同，根据比拟法，顺和煤矿近10年的正常涌水量约180 m3/h。

为安全起见，采取“就高不就低”的原则，取矿井涌水量计算值和比拟法计算值中的最大值，确定顺和煤矿矿井正常涌水量为401.3m3/h，最大涌水量为802.6m3/h。

3 矿井水文地质类型划分及防治水工作建议

3.1 矿井水文地质类型划分及结论

（1）含水层性质及补给条件：受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件一般，有一定的补给水源，属中等类型。

（2）单位涌水量：二2煤层顶底板砂岩裂隙水0.001—0.008L·s-1·m-1，太灰上段灰岩裂隙水0.0084—0.0058L·s-1·m-1，属简单类型。

（3）矿井涌水量：正常Q1401.3m³/h，最大Q2802.6m³/h。

（4）开采受水害影响程度：采掘工程受水害影响，但不威胁矿井安全。

（5）防治水工作难易程度：防治水技术成熟，防治水工作简单或易于进行。

综合水文地质类型划分标准的各项指标，确定顺和煤矿矿井水文地质类型为中等。

3.2 防治水工作建议

（1）坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，做好采掘工作面的水害预测评价，根据工作面评价结果采取相应的防治水措施。

（2）充分利用先进的物探技术，对断层、陷落柱及底板富导水性进行探查，同时根据物探结果采用钻探手段，对富水区域进行注浆改造，确保矿井安全生产。

（3）井田以前所施工的部分钻孔封孔质量存在问题。因此，建议在今后的生产过程中，凡采、掘工程穿越钻孔、或距钻孔较近时，应引起充分注意，并采取先探后采，防止突水事故发生。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.069