内蒙古霍林河煤田金正煤矿开采技术条件评价

王荣

（内蒙古自治区煤田地质局153勘探队, 内蒙古 呼和浩特 010010）

1、水文地质

在煤田中部，由哈勒金哈达至1067 高地之间形成一个低平的地表分水岭，其东部为霍林河水系，西为乌拉盖河水系。东部霍林河水系，汇水面积可达1484km2，霍林河从煤田东部流过，旱季对地下水起着排泄作用，洪水期补给地下水。霍林河发源于煤田以南约30km 的罕山北麓，与查格达布拉格和热木特季节河流汇合后向东北流出煤田，于高力板一带潜入地下，全长250km，河宽不足6m，水深0.50～1.5m，流量0.37m3/s～1m3/s。

1.1 勘探区水文地质特征

勘探区地处乌拉盖河水文地质单元南部，无河流发育。暴雨形成的洪流，汇入煤田中部呈东西方向分布的三个咸水湖之中，自西至东分别称为辉特扎哈诺尔，敦德诺尔和扎哈诺尔，根据本次对辉特扎哈诺尔咸水湖的实测面积为0.40km2，水深为1m。对于本勘探区的水文地质特征根据勘探区内A18-5X、A18-6X、A18-8X 三个水文地质钻孔和区内自东至西三个水井的调查资料，现将含水岩组水文地质特征和隔水层特征叙述如下：

1.1.1 含水岩组水文地质特征

①第四系（Q）松散岩层孔隙潜水。全勘探区分布，岩性主要为上更新统、全新统（Q）冲洪积细砂和砾石，含水层厚度2.00～34.12m，根据A18-8X 钻孔抽水试验，单位涌水量1.7459～3.6632L/s.m，水位埋深3～9m，渗透系数为1.4561～2.8157m/d，富水性强，水质类型HCO3－Ca·Mg 型，水质较好。

②上含煤段（K1d5）孔隙、裂隙含水层。全区分布，含水层岩性主要为细砂岩和粗砂岩，含水层平均厚度75.98m，根据 A18-6X、E-2X、14-3X 钻孔抽水试验，单位涌水量为0.01408～0.2367L/s.m，渗透系数0.0698～0.2170m/d，富水性中等，其上被含水层履盖，具有承压性质。水质类型HCO3－Ca 型，水质较好。

③下含煤段（K1d3）孔隙、裂隙含水层全区分布，含水层岩性主要为细砂岩和粗。砂岩，含水层平均厚度121.51 m，根据A18-5X、14-1X、14-2X、A19-10X 钻孔抽水试验，单位涌水量为 0.02597～1.2617L/s.m，渗透系数 0.0426～0.8873m/d，富水性中等，其上被含水层履盖，具有承压性质。水质类型HCO3－Ca 型或HCO3－K、Na 型水，水质较好。

1.1.2 勘探区隔水层主要为大磨拐河组顶泥岩段，上泥岩段和下泥岩段，现分述如下：

①顶泥岩段（K1d6）。主要分布在勘探区中西部，位于上含煤岩段之上，以湖泊相灰色泥岩和粉砂岩为主，勘探区中东部被完全剥蚀，勘探区揭露厚度 30.00～132.00m，平均73.36m，隔水性能较好。

②上泥岩段（K1d4）。全区大部发育并赋存，位于下含煤岩段之上，由湖泊相灰色泥岩、粉砂岩组成，勘探区边缘局部缺失沉积，揭露厚度0～347.47m，平均80.20m，隔水性能较好。

③下泥岩段（K1d2）。全区大部发育并赋存，位于下含煤岩段下部，砂砾岩段之上由湖泊相灰色泥岩组成，勘探区边缘局部缺失沉积，揭露厚度0～163.25m，平均76.99m，隔水性能良好。

1.1.3 各含水层之间的水力联系。第四系含水层与煤系地层各岩段不整合接触，在勘探区中西部有顶泥岩段与之相隔；在勘探区东部，无明显隔水层，因此二者水力联系比较密切，上、下含煤岩段之间，下含煤岩段与砂砾岩段之间有上、下泥岩段相隔，彼此水力联系不密切。

1.1.4 地质构造、地表水、地下水的关系

勘探区总的构造轮廓为一轴向NNE 的向斜构造，其轴部为顶泥岩段，东翼为大磨拐河组1～5 岩段，其上为松散岩系。因此地质构造有利于地下水的聚集而不利于排泄。

勘探区内无明显水系，雨季洪水随地形在区外汇集成季节性湖泊，季节性湖泊与勘探区地下水无明显水力联系。

1.1.5 充水因素分析

（1）大气降水：为本区地下水主要补给源，降水多集中在6、7、8 三个月内，为全年降水总量的86%以上。暴雨期间形成的大部分洪水流入低洼处，形成沼泽或流出区外汇入“三湖”，少部分洪水在流动中渗入地下。

（2）地下水的直接充水作用：地表覆盖层的第四系（Q）砂砾在东南部直接与煤系地层接触，大气降水可通过透水性和含水性较好的砂砾石对矿床充水。

1.2 水文地质勘查类型

勘查区内直接充水含水层为第四系孔隙砂砾含水层和下白垩统砂岩裂隙含水层，地表无常年水体，含水层较稳定，富水性中等～强，断层导水性不强，单位涌水量在0.02597～2.8500L/s.m 之间，勘查区水文地质勘查类型为二类三型，为以裂隙砂砾、砂岩含水层为主要充水矿床的水文地质条件较复杂类型。

2 工程地质

2.1 勘探区内岩性组合特征

勘查区内岩性主要有第四系（Q）粉砂、亚粘土、砂砾，白垩系下统大磨拐河组（K1d）泥岩、砂质泥岩、煤层、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩和侏罗系上统白音高老组（J3b）火山岩、凝灰岩组成；岩性主要以灰白色为主，黑色、浅黄色次之，主要可采煤层煤层顶底板围岩以泥岩、砂岩泥岩为主，局部有粉砂岩或粗砂岩。

2.2 岩石物理力学性质特征

2.2.1 上含煤段

（1）第四系砂砾（Q）。自然状态抗压强度为4.4～18.2 MPa，真密度2563kg/m3，视密度1652 kg/m3，孔隙率 35.54%，含水率6.95%。

（2）白垩系下统大磨拐河组（K1d3～5）泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩、煤层。泥岩：自然状态抗压强度为4.3～43.0 MPa，平均10.1 MPa，普氏系数0.43～1.32，软化系数0.03～0.63，真密度平均2585kg/m3，视密度平均 1757 kg/m3，孔隙率平均 27.23%，含水率平均5.82%，吸水率 13.55%，内摩擦角 38 °27′，凝聚力1.4 MPa；

砂质泥岩：自然状态抗压强度为4.4～17.2 MPa，平均8.6 MPa，普氏系数0.44～1.76，软化系数0.03～0.31，真密度平均 2573kg/m3，视密度平均 1620kg/m3，孔隙率平均35.35%，含水率平均5.85%，吸水率平均22.54%，内摩擦角37°46′，凝聚力2.5 MPa；

煤层：自然状态抗压强度为 3.7～11.0 Mpa，平均5.9Mpa，普氏系数0.43～0.83；

粉砂岩：自然状态抗压强度为 4.6～6.0 MPa，普氏系数 0.47，真密度平均 2618kg/m3，视密度平均 1750kg/m3，孔隙率平均32.70%，含水率平均6.79%，吸水率平均18.69%，内摩擦角36 °59′，凝聚力1.7 MPa；

细砂岩：自然状态抗压强度为 3.0～27.7 MPa，平均10.0Mpa，普氏系数1.0～2.62，真密度平均2620kg/m3，视密度平均 1699kg/m3，孔隙率平均 35.15%，含水率平均8.41%，吸水率平均 17.61%，内摩擦角 37 °01′，凝聚力1.3 MPa，弹性模量1.31～9.51×103，泊松比0.19；

粗砂岩：自然状态抗压强度为4.0～40.7 MPa，平均21.3 MPa，普氏系数 0.48～4.15，真密度平均 2676kg/m3，视密度平均1792kg/m3，孔隙率平均33.03%,含水率平均2.26%，吸水率平均14.93%，内摩擦角38 °39′，凝聚力0.7 Mpa，弹性模量1.24～4.42×103，泊松比0.48；

含砾粗砂岩：自然状态抗压强度为1.1～58.2 MPa，平均13.3 MPa，普氏系数1.36，真密度平均2805kg/m3，视密度平均1766kg/m3，孔隙率平均37.04%，含水率平均2.70%，吸水率平均13.67%。

2.2.2 下含煤段

泥岩：自然状态抗压强度为 1.60～12.60MPa，平均4.74MPa，普氏系数0.30～1.40，软化系数0.10～0.71，真密度平均2539kg/m3，视密度平均1986 kg/m3，孔隙率平均29.87%，含水率平均14.42%，吸水率17.67%，内摩擦角20°00′，凝聚力0.40 MPa；弹性模量1769.34 MPa，泊松比0.38；

砂质泥岩：自然状态抗压强度为1.80～11.70 MPa，平均5.20MPa，普氏系数0.40～1.30，软化系数0.11～0.19，真密度平均2570kg/m3，视密度平均2160kg/m3，孔隙率平均28.95%，含水率平均11.01%，吸水率平均15.53%，内摩擦角 23 °30′，凝聚力 0.80MPa；弹性模量 922.13～5236.07MPa，泊松比0.24～0.41；

细砂岩：自然状态抗压强度为 4.90～15.40MPa，平均Mpa，普氏系数 0.40～1.80，软化系数 0.19，真密度平均2618kg/m3，视密度平均2140kg/m3，孔隙率平均25.13%，含水率平均9.56%，吸水率平均10.25%，内摩擦角35 °17′，凝聚力0.91 MPa，弹性模量2015.33～6950.48 MPa，泊松比0.25～0.37；

粗砂岩：自然状态抗压强度为26.90 MPa，抗拉强度为1.37MPa，普氏系数 2.90，真密度 2740kg/m3，视密度2500kg/m3，孔隙率11.43%,含水率3.02%，内摩擦角42 °48′，凝聚力2.10 Mpa，弹性模量9895.29 MPa，泊松比0.23；

砾岩：自然状态抗压强度为 5.80～16.40MPa，平均11.10MPa，普氏系数0.70～1.90，软化系数0.1,4～0.17，真密度平均2728kg/m3，视密度平均2230kg/m3，孔隙率平均23.79%，含水率平均7.36%，吸水率平均11.72%。

内摩擦角平均39 °44′，凝聚力平均1.33MPa，弹性模量平均4633.48MPa，泊松比平均0.32；

煤层：（ⅠB～ⅢA 煤）自然状态抗压强度为8.80～9.20 Mpa，平均9.00Mpa，普氏系数0.80～1.90，平均1.19。含水率～5.75～8.02%，平均6.91%。吸水率14.42～17.94%，平均16.78%。

2.3 矿床开采工程地质条件分析

2.3.1 浅部主要为第四系粉砂、亚粘土、砂砾等松散层，固结不牢固，且含水丰富，易随水流动，容易造成滑坡、塌方等地质灾害，所以开采过程中要针对第四系工程地质条件进行调研，选择合理的施工方案。

2.3.2 主要可采煤层顶底板围岩是以泥岩、砂质泥岩等软岩为主，遇水易软化、膨胀，稳定性差，在矿井开采过程中易产生冒顶、底鼓、片帮等现象，建议在施工过程中生产单位要与相关科研院所合作，寻求合理的井巷施工，支护措施。防止重大灾害意外事故的发生。

2.3.3 岩性抗压强度随着埋藏深度增加，同一种岩性抗压强度增高；同一埋藏深度，岩石颗粒变细，抗压强度偏大。

2.4 工程地质勘查类型划分

工程地质条件勘查类型划分为以层状软岩类为主的第三类、地质构造、裂隙较发育的中等型。即三类二型。

3 环境地质

3.1 自然环境评述

霍林河煤田四周边缘为石炭～二叠系轻变质砂岩和上侏罗统火山岩构成的低山丘陵，盆地内部第四系覆盖的冲洪积平原，第四系以下有煤系地层赋存。盆地的地形总体西南较高，北东较低，高差约70m。

霍林河是距煤田最近的地表水系，“三湖”位于煤田中部，水体不深，面积不大，且受季节影响。

在自然状态，地表不会因降水而产生滑波、局部崩塌、泥石流等地质灾害，由于煤层埋藏浅、矿层厚，露天开采会使矿坑增大，地下水不断疏排，而使地面井泉水位下降，甚至干涸，溪水断流，给本来水资源不丰富的矿区造成供水困难。

勘探区位于霍林河西南部山前丘陵地带，在将来的矿井开采和小型露天开采过程中，由于采空区不均衡沉降，矿坑不断加大，地下水不断疏排，会造成局部塌陷、地裂，使洪水淹没矿坑或矿井。

3.2 主要地质环境问题及防治

①地面塌陷。采取留取煤柱的方式，保护地面建筑物、公路等地面设施，采空塌陷区、矿坑要及时回填，种草种树恢复植被。

②地下水的防治。在生产过程中，地面防治水的主要内容是及时处理好塌陷与地裂，杜绝地面人工湖的形成。要防止人为污染，在生产疏干排水的同时为生产水源供水。

③固体废弃物处理。矿井生产中产生的固体废弃物主要为煤矸石，应该合理堆放，及时灭火，综合利用，不能弃之不顾，污染水源和大气。

总之，煤炭资源的开发利用是促进国民经济发展，利国利民，造福于人类的善举，我们一定要在开发利用煤炭资源的同时，注意保持生态环境，尽量避免人为的地质灾害，提前做好预防措施，防患于未然。

4 矿床开采技术条件类型划分

根据勘查区水文地质为以裂隙砂岩、砂砾岩含水层为主要充水矿床的水文地质条件较复杂类型；工程地质为以层状软岩类为主，构造、裂隙较发育的中等～复杂型；环境地质质量中等。其它开采技术条件中等的实际情况，对本矿区开采技术条件综合评价为三类三型。即以水文、工程地质问题为主的复杂类型。

[1]王荣，苏俊生等。内蒙古自治区霍林河煤田西南部详查区金正煤矿煤炭生产勘2011.12.