双龙煤业矿井水文地质类型划分

2014-01-15周起谋李小明向晓蕊

华北科技学院学报 2014年9期

周起谋，李小明，向晓蕊，刘赛

(华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

我国多数煤矿水文地质条件复杂，无论受水害威胁的面积、类型，以及威胁的程度，都是世界上较罕见的。尤其近几年，随着开采深度、开采强度、开采速度以及开采规模的增加和扩大，矿井突水问题日益严重[1]。因此，安全生产警钟长鸣，防治水工作任重道远。根据《煤矿防治水规定》[2]第二章矿井水文地质类型划分及基础资料之十二条：“矿井必须对本单位的水文地质情况进行研究,及时编制矿井水文地质类型划分报告,并确定本单位的矿井水文地质类型。”在我国煤矿防治水工作取得一系列成果[3—6]的基础上，编制双龙煤业开发有限责任公司水文地质类型划分报告，充分把握矿区的水文地质类型，是双龙煤业生产发展的一项重要工作[7]。

1 矿井基本概况

双龙井田位于黄土高原南部，陕西省黄陵县城西北40 km，行政区划属陕西省黄陵县双龙镇管辖。区内由于南部沮河、北部葫芦河支流的长期切蚀，造成岩石出露，阶地发育，沟壑交错，山梁起伏属地形较复杂的中、低山地貌，沟谷切割深达100～200 m，黄土塬高程一般在+1100～1300 m，最低处双龙乡附近沮河河谷海拔高程+992 m，最高点位于北部分水岭，标高+1450 m，相对高差约458 m，山丘地带基本上全为自然林覆盖。属地形较为复杂的中—低山区。矿区内总体构造形态为一开阔而平缓的不对称向斜构造。向斜轴在矿区中部，近南北向。该向斜构造是控制区内主采煤层2#煤空间展布及厚度变化的同沉积褶皱构造。井田内未发现岩浆岩侵入现象。总体而言，双龙矿区地层平缓，褶皱宽缓，断层不发育，地质构造属于简单类型。

2 矿井水文地质类型划分指标评价

按照国家安全生产监督管理总局2009年09月21日发布的《煤矿防治水规定》第十一条之要求，根据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，对矿井水文地质类型进行划分。

2.1 矿井受采掘破坏或影响的含水层

2#煤是主采煤层，煤层顶部含水层主要有侏罗系中统延安组中部含水层(J2y中)、侏罗系中统直罗组下段砂岩含水层(J2z1)、白垩系下统洛河组砂岩孔隙裂隙含水层(K1l)、第四系黄土含水层(Q2l+3m)、第四系河谷砂砾石孔隙潜水含水层(Q4al)。对矿井充水有影响的含水层主要是延安组中部含水层(J2y中)，其次是直罗组下段砂岩含水层(J2z1)。

2.1.1 延安组中部含水层(J2y中)

2#煤层顶部含水层不全部受采掘破坏或影响，根据导水裂隙带发育高度计算公式，可得开采2#煤层顶板导水裂缝带发育高度为13.69～68.48 m，平均为37.60 m。在导水裂隙带内发育的含水层为侏罗系中统延安组中部含水层(J2y中)和侏罗系中统直罗组下段砂岩含水层(J2z1)。其中延安组中部含水层属于直接充水含水层。据L32、L36、L97号钻孔抽水试验资料表明延安组中部含水层出水量少，富水性弱。

2.1.2 直罗组下段砂岩含水层(J2z1)

仅在井田东南角S102号钻孔导水裂隙带最大高度超过直罗组底界2.91 m，其它钻孔导水裂隙带最大高度均不能到达直罗组底界。直罗组下段砂岩，俗称“直罗砂岩”，全段厚度31.05—73.36 m，平均60.17 m。该层厚度大、分布广、出露多、易于补给，在受古剥蚀作用造成直罗组上段隔水层缺失的区域，该层地下水可接受上层水的天窗式补给，富水性明显增强，水质有明显的改善，故属富水性中等的含水层。

直接充水含水层罗统延安组中部含水层富水性弱，补给条件差，根据L32与L97钻孔资料单位涌水量小于简单和中等的临界值。但间接充水含水层中侏罗统直罗下段砂岩含水层，钻孔抽水试验单位涌水量大于0.1 L/s·m，小于1 L/s·m。据此确定矿井水文地质类型为“中等”类别。

2.2 矿井及周边老空水分布影响

2.2.1 井田内采空区积水

井田内采空区都集中分布在井田南区(老矿区)，积水量相对较少。对今后井田北区开采影响较小。

2.2.2 周边老空水分布状况

双龙煤业井田东北部存在两处小煤窑，即双龙乡镇煤矿(双龙立井)和石头坡煤矿，2个小煤矿离双龙煤业开采北区相对较近，于2004年至今已停止生产，两矿井口均已封堵。原小煤矿井田开采范围，已在双龙井田范围内。1999年9月初，当双龙煤业2102工作面两顺槽掘进至620 m处时，与北部双龙乡立井井下巷道打通，巷道内无积水，双龙煤业采取后退40 m进行封闭的方法，砌筑两道密闭墙，另开切眼准备工作面。同年10月，在切眼掘至20 m时，发现2102运顺大量出水，运顺端头密闭处有喷水现象，后经调查确定双龙乡镇煤矿利用地势高的条件向双龙煤业2102工作面排水。当时水量不断增大，双龙煤业不得不封闭了2102工作面。双龙煤业期间从未停过对2102工作面积水情况观测，2003年平均出水量24 m3/h，工作面积水量不断减小，到2009年工作面积水量平均在6 m3/h。目前双龙煤业的生产区已远离这两个小矿，在四采区布置工作面。

综上所述，双龙井田含煤地层埋藏较深，无生产矿井及老窑。目前只有外围分布众多的老窑，这部分老窑对双龙井田2#煤层的开采影响一般。依此判断双龙井田2#煤层矿井水文地质类型为中等。

2.3 矿井涌水量

据统计，自2010年～2013年12月，矿井正常涌水量一般不足20 m3/h。矿井水主要来源是延安组中部含水层和直罗组下段砂岩裂隙水、小窑积水和采空区水。

原双龙煤业水文地质条件简单，含煤地层富水性弱，充水方式主要为由煤层及顶板向工作面渗水。1999年12月31日， 2201工作面与周围小窑打通，矿井涌水量测定为35 m3/h左右，后经处理涌水量逐渐减小。根据2010年至2013年矿井涌水量观测，多年矿井涌水量均小于20.0 m3/h，平均为12.5 m3/h，最大涌水量14.6 m3/h，对回采影响不大。

邻矿黄陵一号煤矿自2005年开始对井下涌水量进行了系统的观测，根据2010年至2011年井下观测资料，矿井涌水量250～537 m3/h，一般涌水量为350 m3/h。近年来，随着采空范围的扩大，矿井涌水量有增大的趋势。

表1 J2y含水层抽水试验成果

全矿井涌水量预算：将资源储量估算范围内的整个坑道系统视作一大的集水井，由于井巷系统直接揭露及导水裂隙带的导通作用，延安组承压含水层为矿井直接充水含水层。煤层开采后，采区内延安组含水层可基本被疏干，采区周边水位可降至煤层底板附近，故涌水量计算可采用承压转无压公式:

式中:

Q—矿井涌水量， m3/d；

K—渗透系数，m/d；

H—开采前水柱高度，m；

M—含水层厚度，m；

h0—开采后水柱高度，m；

R0—引用影响半径，m，R0=r0+R；

R—影响半径，m。

表2 J2y含水层大井法计算参数

则双龙煤业2#煤层延安组涌水量：

Q正常=2464.05 m3/d=102.67 m3/h

Q最大=3212.88 m3/d=133.87 m3/h。

本次矿井涌水量选用“大井”法进行计算评价，计算参数来源于双龙井田勘探时L32、L97号水文孔抽水试验资料，计算中应用的参数H、S和M为实测的参数；渗透系数K属于单孔抽水试验求解得到的，故为半实测的参数；影响半径由经验公式求得，各项参数选用较为合理，计算公式选择正确，基本可以满足矿井建设可行性研究及初步设计的要求。由于影响半径为经验参数，数值相对偏小，计算结果可能相对偏大。但其考虑的影响因素较全面，预算结果应当与延安组含水层实际涌水量最接近。预测矿井正常涌水量为100 m3/h，最大涌水量为120 m3/h。

2.4 矿井突水量

双龙煤业没有发生过矿井突水事故。

2.5 开采受水害影响程度

目前水害对双龙井田采掘工程有一定程度的影响，但没有威胁矿井安全，没有发生过突水事故。根据分析近四年矿井正常涌水量(2011年～2013年)为12.5 m3/h，最大为14.6 m3/h，水源主要为顶板水，即侏罗系中统延安组中部含水层(J2y中)，而这些含水层以静储量为主，补给来源少，因此矿井涌水的排放容易进行。但在巷道掘进和煤层开采时也存在安全隐患，防治水工作不能松懈。

通过对井下各掘进头面、综采工作面的观测，涌水量一般比较稳定，水源主要为裂隙发育高度范围内含水层中的地下水，工作面最大涌水量为2 m3/h，对煤层开采和巷道掘进影响较小，涌水量不大且稳定，水源明确，防治水工作简单，双龙煤业通过一系列有效易行的防治水措施及时地消除了隐患，没有发生突水事故，所以对于顶板水从涌水量来看双龙煤业水文地质类型为简单。

2.6 矿井防治水工作难易程度评价

双龙煤业开采2#煤层时，采掘工程揭露的主要充水含水层为延安组中部砂岩裂隙水，富水性弱，矿井涌水量比较小，如果在延安组上部隔水层比较薄的地段生产，导水裂隙带发育至侏罗系中统直罗组下段砂岩含水层(J2z1)，则矿井涌水量会有较大增加。目前矿井防治水的关键是防治小窑积水对矿井的危害，只要采取合适的措施就可以保障矿井的安全生产，水害对采矿具有一定的影响，但不威胁矿井安全，矿井防治水工作简单且易于进行。