山寨井田水文地质特征研究

李承东 王强华

摘要：本文根据《煤矿防治水规定》要求，对矿井水文地质类型进行重新划分，对山寨井田水文地质特征及矿井充水因素进行分析论述，给矿井水文地质类型划分和今后的矿井防治水工作提供依据。

关键词：延安组；水文地质特征；含水层

中图分类号：P331文献标识码： A 文章编号：

0引言

山寨井田位于华亭煤田北部，是华亭煤业集团骨干矿井，设计能力120万吨/年，核定生产能力240万吨/年。主采煤层为延安组煤5层， 煤层平均厚度22.46m。地貌类型为黄土梁峁区，海拔1500～1771 m，相对高差271 m。井田属泾河水系，常年性河流有北汭河、策底河等。

1、井田水文地质特征

1. 1 井田边界及其水力性质

井田边界北以3908000纬距线与策底煤矿为界；东为煤5层隐伏露头线；西以F3断层为界；南部与陈家沟井田和华砚井田为界。

矿井西部发育有唐家山逆断层（F3），属一高角度压性逆断层，该断裂发生于侏罗系地层及下伏地层中，而未影响到上覆的第三系地层。由于第三系的泥岩、砂质泥岩起到隔水作用，故地表水与下不相通，同时在断层附近施工的钻孔中也未发生涌、漏水现象，其富水性、导水性均弱。因而该断层，对矿井充水影响弱。

1.2含水层

1、第一含水层：上三叠统延长群（T3yn）承压含水层；

2、第二含水层：下侏罗统富县组至中侏罗统延安组第一段（J1f-J2y1）承压含水层；

3、第三含水层：中侏罗统延安组第二段至第三段（J2y2-3）承压含水层；

4、第四含水层：上第三系甘肃群第一段（Ngn1）承压含水层。

1.3 隔水层

第一隔水层为中侏罗统延安组第一段（J2y1）煤5层及其直接顶底板泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩、粉砂岩组成。全井田均有分布。厚1.21-62.51m，平均37.65m。

第二隔水层为中侏罗统直罗组与安定组（J2z- J2a），全井田大部分范围内有分布，且在向斜轴部较厚。岩性主要由细碎屑物质组成的泥岩、砂质泥岩、粉砂岩组成。虽在各组的底部有较粗粒的砂岩、砂砾岩、但并不影响整体隔水性能。胶结程度好，较坚硬，孔隙、裂隙不发育，厚48.22-494.56m，平均203.76m。为井田隔水性能良好的隔水层。

第三隔水层为上第三系甘肃群第二段（Ngn2）的紫红色砂质泥岩、泥岩，半胶结、半坚硬，全井田均有分布。厚82.30-251.26m，平均193.34m。为全井田主要隔水层。

1.4矿井充水条件

矿井水害的产生是矿井充水水源、充水通道、充水强度三个条件有机结合的结果，这三个条件的不同结合会产生不同类型的矿井水害。在矿床水文地质工作中只有将充水水源、充水通道和充水强度三个因素结合起来进行系统研究和分析才有实际意义，也只有同时搞清楚了矿井充水的三个条件及其各自的性质之后，才能制定出切合实际的、行之有效的防治水技术方法和工程实施方案。

1.4.1矿井主要充水水源

（1）大气降水和地表水

虽然大气降水是矿井地下水的主要补给源，但是降水相对集中，7-9月约占全年总降水量的58%左右，一般情况下，大气降水作为矿井的间接充水水源。1101和1102工作面采空区塌陷后在上覆地表出现一条由东北向西南延伸的张性裂缝。在雨季，高强度降水可能通过回采后出现的裂缝进入下部含水层，然后再通过主要含水层进入工作面，或通过延伸到松散层的导水裂隙直接进入工作面，对工作面构成威胁。在1101和1102工作面已发生的异常突水中，有两次就发生在丰水期9月份，其中一次最大瞬时水量达到100 m3/h。山寨煤矿地表一些小沟谷在多雨季节会少量汇水，在少雨季节则全部干涸，因此地表水不构成矿井充水水源。

（2）顶板含水层

第三、四含水层为煤5层的顶板含水层，第四含水层（Ngn1）为一承压含水层，该含水层富水性好；第三含水层（J2y2-3）为一复合含水层，砂岩占该地层的42%，含水层较薄，渗透性及富水性较弱。

井田内所开采煤层上覆含水层是否对未来矿井充水造成影响，取决于所开采的煤层形成的导水裂隙带高度是否到达该含水层。导水裂隙带高度与煤层厚度、采煤方法和岩石力学性质等有关。根据1991年10月实施的《矿区水文地质工程地质勘探规范》和井田煤层赋存特征（煤层属缓倾斜、顶板为中硬岩层），采用经验公式：

Hf = 100M/（3.3n+3.8）+5.1

式中：Hf——导水裂隙带最大高度（m）；

M——累计采厚（m）；

n——分层层数。

分别按综采3m或冒落式放顶煤10m一个分层分别计算了煤3层和煤5层导水裂隙带高度。从计算的结果看出，煤5层按综采3m一个分层所形成的导水裂隙带只涉及到第三含水层。按冒落式10m一个分层所形成的导水裂隙带一般只达到第三含水层，而在背斜轴附近部位的1506、1505、1802、1706、1704号钻孔所形成的导水裂隙带涉及到第三和第四含水层。

煤3层所形成的导水裂隙带只涉及到第三含水层。

井田内各含水层对矿井充水的强弱，取决于含水层本身富水性大小和含水层所处空间位置，现分述如下：

第三含水层（J2y2-3）：为一复合含水层，砂岩占该地层的42%，含水层较薄，裂隙发育程度差，为一极弱的直接充水含水层，对矿井充水影响不大。

第四含水层（Ngn1）：为一承压含水层。该含水层渗透性及富水性较好，虽然该含水层若按冒落式放顶煤开采10m一个采高,所形成的导水裂隙带在井田东部背斜轴附近进入该含水层，构成直接充水含水层。但由于侏罗系地层以泥岩和砂质泥岩为主，即使形成导水裂隙，也将会遇水膨胀，裂隙在一定程度上被堵塞闭合。因此该含水层对矿井充水影响不大。

（3）底板含水层

第一（T3yn）、二（J1f-J2y1）含水层为煤5层的底板含水层，为煤系地层基底，第一含水层与第二含水层之间没有良好的隔水层存在，水力联系密切。由于这两个含水层裂隙发育程度差，所以其富水性极弱，对矿井开采影响不大。从目前我矿1101、1102工作面涌水情况来看，这两个含水层不是矿井的有效充水水源。

（4）采空区水

就老空区而言，井田北部原山寨井116采空区距1101采空区最小距离为70m，东北部原福利煤矿采空区距1101采空区最小距离为200m，这些采空区和井田现采空区、工作面及巷道没有直接的水力联系。

就目前开采形成的采空区而言，矿井在开采过程中已经进行了探放，来避免给回采工作面的正常回采造成水害隐患。根据探放水的实际情况，各采空区内有积水，大多数脱水孔初期涌水量较大，随着时间的延续，涌水量逐渐减少。目前开采所形成的采空区积水，已对下部回采工作面的正常回采造成影响，成为矿井开采的主要充水水源。

1.4.2矿井主要充水通道

井田内尚未发现大的断层，西部边界断层，属高角度压性逆断层，在某种程度上起阻水作用。由前面导水裂隙带高度计算知，矿井开采过程中，导水裂隙带已经波及到上覆第四含水层。所以，山寨煤矿属典型的采矿扰动类导水通道，其主要充水通道为由采煤工作面顶板冒落所形成的导水裂隙带。

1.4.3矿井充水强度

矿井正常涌水主要由采空区、回采工作面、掘进工作面、井筒及集中下山涌水等几部分组成。但是在开采1101、1102和1103工作面过程中，发生了10次大的突水，矿井瞬时充水强度大，最大一次瞬时水量达180 m3/h，矿井停产达33天，影响了矿井的正常生产。几次异常涌水量均显示为从小到大再到小的过程，最后恢复到工作面正常涌水量； 1102工作面的几次异常涌水的颜色由乳白色逐渐变透明，这说明其充水水源径流、补给条件差，以静储量为主。因此，山寨煤矿防治水的重点是预防顶板充水水源涌入矿井所带来的危害。

2结论及防治水建议

综上所述，矿井主要充水水源是第四含水层水和采空区水。充水通道主要为导水裂隙带。从几次突水异常分析知，充水以第四含水层的静储量和采空区水量为主，初期水量较大，而后水量呈衰减趋势。所以，降低第四含水层的富水性和采空区的积水量、探测导水裂隙带的发育高度，是预防异常突水和减小工作面充水强度、保证防治水工作成功的有效切入点。

参考文献

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