浅析内蒙古榆树井煤矿地下水特征及防治水害措施

苗文明 陈贤敏

摘要：矿区防治水害的对策与矿山企业运营状态密切相关，因此，矿山必须充分了解矿区水文地质特征，同时落实好相关的防治水害工作。水文地质特征对研究地质构造具有重要意义，文章以内蒙古榆树井煤矿为例，对其水文地质特征进行分析，并总结其防治水害的措施。

关键词：榆树井煤矿；防治水害；措施

A brief analysis of groundwater characteristics and prevention measures in yushujing coal mine， Inner Mongolia

Miao Wen-ming， Chen Xian-min

Hydrogeological Bureau of China Coal Geology Bureau handan city 056004

Abstract： the countermeasures of preventing and controlling water damage in mining areas are closely related to the operation status of mining enterprises. Therefore， mines must fully understand the hydrogeological characteristics of mining areas and implement the relevant work of preventing and controlling water damage at the same time.The hydrogeological characteristics are of great significance to the study of geological structure.this paper takes the yushujing coal mine in Inner Mongolia as an example to analyze its hydrogeological characteristics and summarize the measures to prevent and control water disasters.

Key words： Yushujing coal mine； Prevention and control of water disasters； Measures

1.项目概况

榆树井煤矿位于内蒙古自治区鄂托克前旗境内，处于内蒙古自治区与宁夏回族自治区接壤地带，黄河河套鄂尔多斯盆地西北缘，隶属内蒙古上海庙矿业有限责任公司。该矿设计生产能力300万吨/年。井田内含煤地层为延安组，地层平均厚度257.64m，最多穿见25层煤，煤层总厚度平均22.36m，含煤系数7.52%；含可采煤层10层，可采煤层总厚度平均15.36m，含煤系数5.96%。主要可采煤层有2煤、5煤、8煤、15煤、18煤。

2008年1月16日开工建设，2010年7月15日移交试生产，现为生产矿井。矿井采用立井单水平开拓方式，分别为主井、副井、回风井。矿井共划分二个开采水平，分别为：+980m第一水平，+780m第二水平，目前仅开采第一水平。随着井田开拓范围扩大，掘进揭露的水文地质条件要求的准确度更加具体，为进一步查明矿井水文地质条件，制定切实可靠的防治水方案，拟对榆树井煤矿进行水文地质补充勘探。

2.研究区水文地质条件

2.1井田水文地质边界条件

榆树井位于鄂尔多斯盆地白垩系地下水系统西部，井田面积24.561km2。井田南部、西部和北部为人为边界，各含水层与周边自然连接；井田东部发育清水营逆断层（F1）和锁草台逆断层（DF1）“逆地垒”，二者之间形成无煤带，在矿区东部东升西降，为天然隔水边界。井田内水文地质条件中等。

2.2含水层及隔水层

井田内主要发育有新生界松散含水层、白垩系砾岩含水层和侏罗系砂岩裂隙含水层。隔水层主要为新生界与白垩系隔水层、直罗组顶部隔水层、直罗组底部与延安组顶部隔水层、延安组内煤层间隔水层。

2.3地下水补径排条件

（1）新生界含水层。补给条件：榆树井地处西北内陆地区，位于毛乌素沙漠西北邊缘，井田内多为沙丘、低缓丘陵、草滩戈壁，地形呈缓波状起伏，总体地形东北高西南低，新生界孔隙含水层主要赋存于新生界砂层中，其主要补给来源是大气降水入渗及邻区潜水含水层中地下水的侧向径流补给为主。补给量的大小受地形条件及岩性组合的控制，本区风积沙结构松散，孔隙发育，渗透性强，因此地下水补给条件较好。

径流条件：潜水的径流方向受区域地形条件所控制，由地势较高处向地势较低处及周边谷地流动，即大体由东北向西南方向径流。

排泄条件：在井田地形的影响下，向井田西南方向河流水洞沟排泄，其次是下渗补给下伏基岩风化带裂隙水，地表蒸发、蒸腾及人工开采的方式排泄。

（2）白垩系含水层。补给条件：井田内新生界底部及白垩系顶部发育有隔水层，但厚度较小，且井田东南部二者之间不存在隔水层。通过钻孔资料及三维地震资料，区内中南部有一条带地段为古河道，该地段内完全联通新生界含水层，直接接受新生界含水层补给。所以白垩系砾岩含水层的补给来源为上部地层的入渗补给及地下水的侧向径流补给。

径流条件：从地形条件看，地形总体是东北高，西南低，从地势判断地下水的流向为东北向西南方向径流。

排泄条件：井田内孔隙-裂隙水的排泄是以沿地势下跌方向由东北向西南流出区外，补给下游邻区含水层中地下水为主，其次蒸发和人工凿井取水也是其排泄方式之一。

（3）侏罗系含水层。补给条件：侏罗系各时代裂隙含水层中地下水均以接受邻近裂隙水的侧向补给为主，其次是垂向上接受白垩系的入渗补给。

径流条件：本区域上构造形态为一向东倾伏的单斜构造，且根据一号井直罗组地下水流场显示直罗组的水流方向为东北向西南径流。

排泄条件：侏罗系排泄方式主要为通过顺层径流，向下游排泄，在矿井的开采过程中，矿井排水也是其排泄方式之一。

2.4地下水水化学特征

根据本次勘查及以往成果，将本井田新生界潜水，白垩系底部砾岩水，侏罗系砂岩地下水化学特征进行垂向对比。各含水层矿化度自上而下总体呈增大趋势，表明在受大气降水补给后，上部含水层地下水中各离子交替积极，径流条件好；下部含水层地下水中各离子交替滞缓，径流条件较上部差。

水化学分析结果表明，本井田地下水中阳离子主要为Na+，阴离子主要为SO42-和Cl-，地下水水化学类型总体为SO4·Cl–Na型或Cl·SO4–Na型。

从Piper三线图（图1）可知，左边阳离子三角图中各含水层的水样点分布较为集中，说明其阳离子含量变化不大；右边阴离子三角图中各含水层水样点HCO3+CO3离子含量较稳定，只是Cl-、SO42-离子含量有所不同，侏罗系直罗组砂岩含水层及侏罗系延安组煤岩组砂岩含水层的Cl-及SO42-离子含量略高。各含水层的水样点较为集中的分布在水化学三线图中菱形图的右侧，水样点的水化学类型基本一致，为SO4·Cl–Na型或Cl·SO4–Na型。

3.煤层矿床充水及突水条件评价

3.1煤层矿床充水评价

本矿的主要充水水源有大气降水、地表水、地下水和采空区积水。由于各煤层的埋藏深度不同，因此，各煤层充水水源各不相同。

（1）大气降水、地表水对煤层开采的影响。井田地处西北内陆地区，属半干旱、半沙漠大陆性气候，四季分明，降水稀少，蒸发量大，昼夜温差大。降水集中在每年7月～9月，年降水量最大299.1mm，蒸发量2771mm，地表大部分地段被风积沙所覆盖，地下水埋深相对较小，十分有利于降水入渗补给，因此，雨季地表水入渗对矿井开采有一定影响。

（2）地下水对煤层开采的影响。2、5、8煤顶板直接充水水源为其顶板导水裂缝带发育范围内侏罗系延安组、直罗组砂岩裂隙含水层、白垩系砾岩含水层及2、5、8煤采空区积水；间接充水水源为新生界松散含水层；底板主要充水水源为宝塔山砂岩含水层。同时宝塔山砂岩含水层是15、16、18、21煤底板主要充水水源，因其富水性达到中等，对煤层开采有一定影响。

（3）采空区积水。根据矿方最新资料，井田内采空积水区共有5处，分别为2煤1处，位于原11202胶带顺槽，积水面积2208m2，积水量850m3；5煤1处，位于原11505工作面北部大部分，积水面积220900m2，积水量193300m3；8煤2处，分别位于13802工作面的胶带顺槽和轨道顺槽，积水面积2359m2、2396m2，积水量900m3、1100m3；原总回风巷处存在积水面积4625m2，积水量10498m3。

3.2煤层顶板涌（突）水评价

本次应用“三图一双预测”法对煤层顶板涌水危险性进行评价。“三图”指顶板充水含水层富水性分区图、顶板冒落安全性分区图、顶板涌水条件综合分区图，“双预测”为煤层顶板充水含水层预处理前、后回采工作面分段和整体工程涌水量预测。

煤层顶板充水的充分必要条件是：煤层回采形成的顶板导水裂缝带沟通了上覆的充水含水层，并且含水层在回采工作面冒落裂隙范围对应的部位富水性比较强。本次运用多元地学信息复合叠加的原理，根据多个水文地质物理场不同特征，相互对比验证、互相弥补不足，对充水含水层的富水性进行系统综合分析；运用大井法预测矿井涌水量。

4.矿井防治水措施

4.1存在的主要水害问题及防治技术路线

2、5、8煤存在的水害均为顶板延安组含水层、直罗组含水层及白垩系含水层，底板延安组宝塔山砂岩含水层。

防治水技术路线以矿井排水工程、水害探查研究和水害治理为主，其中排水工程主要以矿井主排水系统、采区排水系统及工作面排水系统建设为主；水害探查工程主要是巷道掘进、工作面回采前及回采过程中应开展的探查工程；水害治理工程主要为煤层上覆含水层预疏放和上覆煤层回采后开采下组煤时的采空区积水疏放等水害治理工程。

4.2矿井防治水措施

在煤矿防治水工作中应坚持本着“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原则，认真落实“探、防、堵、疏、排、截、监”七项综合治理措施。基于上述防治水总体思路及技术路线，榆树井煤矿防治水总体措施可落实到“疏、防、排、监”四字，具体为：

（1）井下防水、排水系统的建设。矿井井底主副水仓容量合计3718m3，能够容纳10h正常涌水量，中央泵房设计安装MD500-85×5型离心水泵4台，一用两备一检修，每台泵额定流量500m3/h，额定扬程425m，电机功率900kW。中央泵房经管子道从副井沿地面敷设Φ325×10mm排水管路兩趟，管路最大排水能力1626.6m3/h。

由于矿井涌水量预测结果未考虑构造地段、底板突水等因素，实际矿井涌水量可能增大，建议矿方加强对矿井排水系统的检测和维护，保证矿井排水系统正常运行，并且在矿井受水害威胁时正常发挥其作用。

（2）断层破碎带的防治水措施。井田内断层多发育在深部，共计59条。其中落差大于100m断层2条，落差10m～80m断层10条。井田西部的F8断层曾在2009年5月15日导致胶带机头硐室迎头炮眼处涌水，井下涌水量基本稳定在80m3/h～90m3/h，水化学类型SO4·CL-Na型，矿化度较高。根据断层出水情况及水质分析出，涌水水源为混合水，主要接受白垩系含水层的补给。因此，判断断层破碎带是煤层顶底板含水层的主要充水通道之一，所以在煤层开采时要注意留设防足够的隔水煤柱或注浆加固等措施，保证生产的安全。

（3）老空区积水防治。根据矿方最新资料，井田内采空积水区共有5处，分别为2煤1处，位于原11202胶带顺槽，积水面积2208m2，积水量850m3；5煤1处，位于原11505工作面北部大部分，积水面积220900m2，积水量193300m3；8煤2处，分别位于13802工作面的胶带顺槽和轨道顺槽，积水面积2359m2、2396m2，积水量900m3、1100m3；原总回风巷处存在积水面积4625m2，积水量10498m3。建议矿方在每个工作面回采前，对相邻工作面采空区积水进行探放水，保证生产安全。

采空区积水处在动态变化过程中，随时间的推移，无积水区会逐渐成为积水区。所以，今后煤矿采掘过程中，必须随时开展矿井采空积水分布情况的调查工作，目的为查明老空区位置、范围及其积水情况，为老空水治理提供依据，并开展井下探查、疏放水或留设防隔水煤柱等措施，防止水害事故发生。

（4）完善地下水情监测系统。水情监测系统作为观察地下含水层动态变化的工具，用于观测、研究采掘活动条件下地下水系统动态变化。本次水文地质补勘钻孔均留设为长观孔，完善了地下水动态长期观测网，及时准确地掌握地下水的动态变化情况，为矿井安全生产和防治水措施制定提供依据。

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