山西省西铭矿矿井水文地质特征浅析

＊刘云云

（山西省太原市西山煤电集团西铭矿 山西 030024）

1.矿井及井田概况

西铭矿位于山西省太原市境内的西北部，地跨太原市万柏林区王封乡、化客头街办辖区及古交市东曲街办的一部分辖区，距离太原市中心约20km。西铭矿自1956年建矿以来，经多次技术改造和扩建，形成了年生产能力为360万吨的现代化矿井。煤矿投产至今，严格按照上级主管部门及《煤矿防治水细则》的相关要求，并贯彻“有掘必探、有采必探、先探后掘、先治后采”的防治水工作方针，保障了安全生产。

西铭矿以单水平+1018m进行开采，上组煤矿井东北部为+1152m副平硐，西南部为+1018m主平硐；下组煤全部位于+1018m主平硐。上下水平均在大巷两翼布置石门，采用平硐开拓方式。矿井以1152大巷和1018大巷为主轴线分南、北两翼布置采区。生产盘区有南四、北七，备用盘区有西十二，准备盘区有南六。采煤方法为走向长壁后退式采煤方法，一次采全高全部垮落法管理顶板。矿井采用机械抽出式通风方法，分区混合式通风方式，具有完整独立的通风系统。目前采用“七进三回”的通风系统，其中进风井7个，3个回风井。西铭矿矿井排水系统为1152和1018大巷平硐水沟自流式排水。井下各出水点水排至采区集中水仓、泄水孔或上下水平联络巷排水沟将水排至1152、1018水平大巷水沟，然后以3‰坡度自流出井。

2.区域地质背

本井田位于西山煤田东北部的中奥陶统峰峰组、中石炭统本溪组、上太原组、下二叠统山西组、下石河子组、上石河子组和石千峰组以及新近系、第四系在地表均有出露。

本井田位于西山煤田的东北隅，受新华夏系泰山型断裂的影响，北部受绥老木-汪峰断裂的制约，东部受山前断裂的制约，西部受西山向斜中段东突的影响。井田总体为一走向NW，倾向SW的单斜井田，井田构造较复杂，发育褶曲、断层和陷落柱。地层倾角4-12°，一般为6°左右，受褶曲影响，地层产状局部有变化。同时井田内落差较小的高角度正断层较发育，尤甚是井田浅部落差较小的高角度正断层更明显。本井田陷落柱为特别发育的地质构造。根据井田勘探和矿井开拓、掘进、回采揭露，井田内未发现有岩浆岩侵入现象。

3.区域水考地质

本井田属于晋祠泉域岩溶水系统，晋祠泉出露于太原市晋源镇，是山西省岩溶大泉之一。晋祠泉域的范围基本上包括了整个西山煤田，该泉域东北部边界以北石槽背斜至三给地垒与兰村泉域为界，此边界为可变动边界；北部及西北部以变质岩系为界；西边界位于狐堰山、寨儿坡、岭底村至山前大断裂；东部与南部以山前大断层为边界，此边界为排泄边界。

图1 兰村、晋祠泉域岩溶水文地质图

泉域补给来源主要是接受大气降水的入渗补给及汾河地表径流在河谷地段的渗漏补给，其次是冲积层潜水的补给。岩溶地下水由北向南、由西北向东南方向流动，主要径流方向为沿汾河、山前大断裂至晋祠泉形成集中排泄，其余部分则以潜流形式通过边山断裂带向盆地松散层排泄，泉域排泄的另一方式为人工开采。晋祠泉流量1933年为2.0m3/s，其后基本维持不变，1954-1958年实测泉水最小流量1.715m3/s，最大2.18m3/s。随着西山煤炭及地下水的不断开采，以及大气降水的不断减少，致使泉水流量逐年递减，晋祠泉于1994年5月断流。

西铭矿奥陶系地层位于马兰向斜东翼，井田东北边界少量出露，西、西南埋藏较深。西明矿位于晋祠泉岩溶水系统东缘中段。地下水由北向南流动。属地下水径流区。矿区奥陶系含水层含水量东强西弱，井田内奥灰含水层富水性东部强于西部。

4.矿井水考地质

(1)井田边界及其水力性质

井田内地层东北高西南低，井田东部以北头沟煤层露头线为界，井田北部为随老母、磺厂、赛庄断层为界，北部沟谷内煤层出露，接受地表水的补给。井田边界以煤层露头和断层构造为边界，此处各含水层水被煤层露头和断层构造阻隔，两边各含水层水在水平方向水力联系差或不发生水力联系。

井田北中部与王封煤矿相邻为人为边界、井田西北部与古交市石千峰矿相邻为人为边界，井田南部与杜儿坪矿接壤为人为边界，人为边界处各含水层水均沿隔水层面由东北向西南径流运移。各含水层水在水平方向与相邻煤矿之间均保持自然水力联系状态。

本井田边界上覆盖含水层主要为奥陶系灰岩、石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙含水层和二叠系砂岩裂隙含水层，均属层间承压水，均沿隔水层界面由北西向南东径流运移。在无构造沟通情况下，一般不发生垂向水力联系。但当煤层采空后形成的顶板导水裂缝则可沟通煤层上部部分含水层，成为人为水力联系状态。

(2)含水层

主要含水层水文地质特征介绍如下：

①第四系全新统砂砾含水层。本组由砾石和沙层组成，一般厚5m左右，本含水岩组由于渗透性强，孔隙度大，又便于接受大气降水及沟谷内地表水的补给，富水性随季节性变化较大，水质较好，为HCO3·S04-Ca·Mg型，矿化度为245-510mg/L，是村庄居民生活用水的主要水源。

②石千峰组砂岩裂隙含水层。本组地层厚379m。该组以底部砂岩为主要含水层，钻孔单位涌水量为0.026-0.041L/s·m，矿化度为0.32-0.416g/L，pH值为7.6，水化学类型为HCO3·SO4-Mg·Na型水，为弱富水性含水层。

③上石盒子组砂岩裂隙含水层。本组地层厚380m左右，主要含水层为K8、K9砂砾岩。据钻孔抽水试验结果知，本组含水层单位涌水量0.00102-0.0075L/s·m，渗透系数0.0024-0.0526m/d，水位标高1194.5-1241m，为弱富水性含水层。

④山西组砂岩裂隙含水层。本组地层厚55m左右，由砂质泥岩、泥岩、煤、砂岩组成。基底为北岔沟砂岩为主要含水层，灰白色、以中粗粒石英、长石为主，含砾，泥质胶结，交错层理，节理发育，厚0-27m，一般为8m左右。据钻孔抽水试验结果知，本组含水层单位涌水量0.077L/s·m，渗透系数0.0004m/d，为弱富水性含水层。

⑤太原组灰岩岩溶裂隙含水层。本组地层厚95m左右，由砂质泥岩、泥岩、砂岩、煤、石灰岩组成。本组含水层自上而下为东大窑灰岩、七里沟砂岩、斜道灰岩、毛儿沟灰岩、庙沟灰岩和晋祠砂岩等。据钻孔抽水试验结果知，本组含水层单位涌水量0.0009-0.03L/s·m，渗透系数0.00132m/d，为弱富水性含水层。

⑥上马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层。本组含水层以厚层质纯石灰岩为主，夹薄层泥质灰岩、白云质灰岩，底部为角砾状泥灰岩。本组含水层分上、中、下三段，中上段岩溶裂隙发育，岩溶呈串珠状、蜂窝状，见有中小溶洞。据钻孔抽水试验结果知，单位涌水量为0.440-0.5692L/s·m，渗透系数为0.486m/d，水位标高817.2-827.28m，属弱富水性含水层。

(3)矿井充水条件及充水通道

根据各含水层分析及煤层开采情况，结合涌水点台账，影响矿井生产的充水水源主要有大气降水、地表水、小窑水、采空区积水和顶板水等。

西铭矿矿井充水通道有断裂带、陷落柱、导水裂隙带、封闭不良钻孔及废弃井筒，这些导水通道可造成可采煤层顶、底板含水层发生水力联系，造成矿井充水，或导致工作面被淹。

(4)矿井水文地质类型划分

根据《煤矿防治水细则》第十二条，按照井田内受开采破坏或影响的含水层、水体、井田地下水及周围水体分布、涌水量、突水量、开采水害程度、防治水难度。地质类型按“简单、中等、复杂、极复杂”4种类型进行划分，并本着就高不就低的原则进行。

通过前面对西铭矿矿井水文地质特征的详细论述，并结合矿井未来3年采掘布置安排，综合各单项条件所确定的类别，根据《煤矿防治水细则》分类依据，将2号、8号、9号煤层矿井水文地质类型划分为中等。