红岭矿水文地质分析与最大涌水量分析

景续武 范 力

（安阳鑫龙煤业((集团))红岭煤业有限责任公司生产技术部，河南安阳 455000）

红岭矿水文地质分析与最大涌水量分析

景续武 范 力

（安阳鑫龙煤业((集团))红岭煤业有限责任公司生产技术部，河南安阳 455000）

科学进行矿井最大涌水量预测是防止水害事故发生的前提。为了防止水害事故发生，通过对红岭矿充水因素分析，利用勘探过程中对顶板砂岩含水层进行抽水试验取得的水文地质参数采用“解析法”、利用矿井历年开采涌水量资料采用“比拟法”二种方法对红岭矿最大涌水量进行预测，为未来深层开采提供可靠的依据，使水害防治措施达到最优化。

水文地质；充水性；涌水量预测；比拟法

1 井田概况

1.1 井田地层

红岭煤矿地处太行山区与华北平原过渡地带，区内地形起伏不平，沟谷纵横，属丘陵地貌。区内总的地形是西高东低，北部东西高低悬殊较大，南部不甚明显［1］。地面高程为152～303m，相对最大高差151m。矿井内地层自老到新发育有：太古界-元古界的前震旦系，古生界的寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界的三叠系，新生界的新近系及第四系。

1.2 井田构造

本区位于安鹤煤田北部，总体构造形态为走向近南北，倾向东的单斜构造，地层倾角一般为12°～28°，区内地层略有波状起伏。区内构造受太行山隆起与汤阴断陷直接控制，矿区南部有一宽缓的背斜构造，矿区断层较为发育，均为正断层。除个别外，走向均为NNE向，倾角55°～78°。此外，矿区西南部还受到岩浆岩的影响，见图1［2］。

矿区南部有一宽缓的背斜构造，背斜轴部位于补6孔到补-06孔附近，呈北东东向，其北翼地层向北东倾斜，其南翼向南东倾斜，北翼较缓南翼较陡，南翼大部分在该区外。

据地质钻探揭露及地质资料分析，矿区内共发育断层32条，其中落差大于100m的有1条（FB58）；落差50～100m的有1条（F33）；落差20～50m的有7条（F32、FB57、F407、F12、F211、F30、DF08）；其余23条落差均小于20m，且多为大断层派生的［2］。

2 井田水文地质条件分析

2.1 井田内含水层发育情况

根据区域地层的岩性、岩性组合关系及地下水储水空间特征将区域含水层划分为碳酸盐岩类岩溶及溶蚀裂隙含水岩组、二叠系砂岩裂隙含水岩组和新生界松散孔隙含水岩组三大含水岩组［2］。

图1 红岭煤矿构造图

2.1.1 碳酸盐岩类岩溶及溶蚀裂隙含水岩组

该含水岩组又可分为中上寒武统岩溶含水层（组）、中奥陶统灰岩岩溶含水层（组）和太原组灰岩岩溶裂隙含水组。

中、上寒武统岩溶含水层（组）：出露于矿区最西部之林县断层上盘，厚度不详，含水层为灰岩、白云质灰岩、白云岩等、岩溶比较发育，泉水流量20～300L/s，属于强富水含水层。

中奥陶统灰岩岩溶含水层（组）：区域揭露厚度368～400m左右，上部（200m范围以内）为厚、巨厚层状灰岩和花斑灰岩，下部（顶界面200m以下）为白云岩和白云质灰岩，岩溶发育，构成主要储水空间，溶蚀裂隙次之，富含岩溶承压水，但富水性不均一。

太原组灰岩岩溶裂隙含水组：呈狭窄条带状隐伏出露于矿区中部的岗子窑、铜冶、水冶一线，绝大部分上覆了几米到几十米的新生界堆积物，仅有个别小块零星裸露地表。

2.1.2 二叠系砂岩裂隙含水岩组

包括二叠系山西组、上下石盒子组各含煤段中发育的中、粗粒砂岩含水层。地下水主要赋存于各含水层的构造裂隙内，富水性较弱，且不均一，主要受构造控制；而对可采煤层有影响的含水层主要集中在山西组层段内：其中二1煤层顶板以上60m范围内的中、粗粒砂岩含水组（以香炭段砂岩为主）多由2～4层砂岩组成，累厚约10～30m，富水性弱，为二1煤顶板充水的直接含水层。

2.1.3 新生界砂砾石层孔隙含水岩组

主要为洪积、冲积及冰积松散沉积物中之砾石、砂砾石、砾岩、流沙等孔隙含水层，分部于矿区中、东部，含水层最大累厚＞150m，平均厚度约75m；含水层主要接受大气降水补给，富水性强，为矿区工农业生产及居民生活用水的主要水源地。

2.2 矿井充水性分析

2.2.1 充水水源

2.2.1.1 大气降水

本区属大陆性半干燥气候区，年最大降雨量为1 182.2mm；年最小降雨量为271.9mm，年降雨量一般在500～800mm，多集中于7、8、9三个月。日最大降雨量为180.5mm，年蒸发量为1 584.3～2 335.3mm。补给时间较短，区内基岩出露条件较好，但因地形高低起伏变化较大，地表径流、排泄条件好，其渗入补给作用弱，补给量小，且二1煤层顶板有较厚的隔水层阻隔，故正常情况下，大气降水对开采二1煤层影响不大。

2.2.1.2 第四系砂砾石孔隙水

该含水层多由洪、坡积物组成，其厚度较薄，且连续性差。又因矿区处于低山丘陵区，地面坡度大，降水排泄条件好，含水层补给条件差。该含水层下距二1煤层也较远，其间有石盒子组砂泥质隔水层相阻隔，所含孔隙潜水一般对矿井生产无影响，推测仅当在煤层顶板含水层在回采落顶后，冒落裂隙带与之沟通时，雨季可构成间接或直接充水水源，会对矿井生产有一定影响，故在生产中应在煤层隐伏露头带留设一定的防水煤柱，以确保安全。

2.2.1.3 二1煤层顶板砂岩裂隙水

二1煤层顶板砂岩含水层组单层厚度小，补给条件差，富水性弱。在矿井生产中，当回采落顶后，顶板砂岩裂隙承压水将首先充入矿坑，构成矿井顶板直接充水水源。据矿井生产资料，矿井充水多以顶板滴淋水方式充入矿坑，涌水量为50m3/h左右，开采过程中易于疏排。

2.2.1.4 二1煤层底板灰岩岩溶裂隙水

二1煤层底板灰岩含水层主要为C2灰岩和O2灰岩，其岩溶裂隙发育不均，富水性也不均一，因与二1煤层间有较稳定的隔水层，故一般情况下，煤层底板灰岩岩溶裂隙水对矿坑充水影响不大。但在受构造破坏或隔水层沉积薄弱地段或深部开采，矿压增大的条件下，则有可能使煤层底板灰岩水进入矿井。据抽水资料得知：C2灰岩单位涌水量为0.012～0.63l/s.m，渗透系数为0.085～1.28m/d；O2灰岩单位涌水量为0.017l/s.m，渗透系数为0.03m/d；

2.2.1.5 周邻矿井对矿床充水的影响

本区南部为大众井田，中间有一F1大断层，西部为积善井田，以FB58为界，上述两断层基本不导水，且红岭煤矿位于上升盘，使本区不会与上述两井田发生水力联系。北部为主焦煤矿，该矿采空区距离本区较远，对本区影响不大。位于井田西南部的白莲坡煤矿，是与本井田相邻的浅部生产矿井。建矿至闭坑未发生顶、底板突水，水文地质条件简单。关闭后部分老空水以8m3/h动水量进入本矿。

2.2.2 充水通道

2.2.2.1 区域构造对矿床充水通道的影响

本区处于新华夏系第三隆起带-太行山复背斜的东翼。所以，NNE向构造对地下水活动有明显的控制作用。如与煤系地层走向近似一致的NNE向的正断层，沿倾向由东向西逐级抬起，形成一些交替出现的近南北向的狭长地垒、地堑，破坏了基岩含水层的连续性，因而来自西部山区O2灰岩地下水的正常运移被多次中断，改变了地下水的正常排泄条件，形成一块块独立的、补给条件不同的次一级水文地质单元［3］。

本区虽有多条北东向断裂通往岳城水库，但由于北东向断层多属压扭性断层，导水性较差，且水库离本区二1煤层距离较远，对本区影响不大。

2.2.2.2 顶板采动裂隙和底板扰动裂隙

采空区顶板自然垮落后，冒落带［HC=（3～4）M= 24.12m］之上岩层因围压的重新调整，形成向上的导水裂隙带（包括冒落带）［HF=（100M/3.3n+3.8）+5.1=90m］，该裂隙形成二1煤顶板含水层的导水通道；另外，在二1煤底板薄弱地段受采掘影响会形成扰动破坏带，其裂隙可形成L8岩溶含水层向坑道充水的通道。

2.2.2.3 封闭不良钻孔

区内共施工钻孔46个，其中煤田三队共施工钻孔20个，其中1孔煤层顶板封闭段不足60m，按现行规范评价为不合格。其余19孔均进行过封孔，封闭质量合格。原省建委地质一队施工钻孔14个，其中3孔封闭合格；1孔未查到封孔资料，其封闭情况不详；其余10孔均进行了封闭，但煤层顶板封闭段不足60m，按现行规范评价为不合格。安阳矿务局施工的7个钻孔，除补1孔封质量合格外，其余6孔未查到封孔资料，其封闭情况不详。华北石油地质局第九普查勘探大队施工的5个钻孔，未查到封孔资料，其封闭情况不详。在掘进中应勤防其封闭不良或未封闭钻孔作为导水通道向巷道突水。

2.2.2.4 陷落柱：到目前为止，红岭煤矿无论是勘探、物探或是生产开拓过程中均未发现有陷落柱存在。

3 矿井涌水量构成及预测

3.1 矿井涌水量的构成

根据红岭煤矿最低开采标高，矿井二1煤层深部预算至最大采深-800m水平，目前开采15采区，最低开采标高为-494.5m，本次预算至-800m水平，其范围以采矿许可证为准。

据矿井生产资料，矿井正常涌水量多年来一至保持在80m3/h左右，目前矿坑充水水源全部为顶板砂岩充水，在15采区轨道、皮带、回风等巷道过FB57断层揭露L8灰岩含水层时，未发现L8灰岩任何出水。即红岭煤矿矿井涌水量全部由顶板的淋水、滴水构成。

3.2 矿井涌水量的预测方法选择

本次涌水量预算利用矿井井捡孔二1煤层顶板砂岩含水层抽水试验取得的水文地质参数，采用“解析法”公式（1）和利用矿井历年开采涌水量资料采用“比拟法”公式（2）两种方法进行预算。

3.2.1 解析法预算公式

本次矿井涌水量预算选用承压转无压“大井”公式中：

式中：

Q：矿井正常涌水量(m3/h).

K：充水含水层渗透系数（m/d）。

M：充水含水层平均厚度（m）。

H：当疏干降深至-800m水平时含水层水头高度。

R：疏干降水影响半径（m）。

3.2.2 比拟法预算公式［5］

根据矿区历年来涌水量资料，结合今后矿井随开采深度增加，水压增大，开拓降深与开拓面积与矿井涌水量之间的关系越来越密切，因此选用如下经验比拟公式：

式中：

Q、Q0：预算矿井及现矿井正常涌水量（m3/h）。

S、S0：预算矿井及现矿井水位降低值（m）。

F、F0：预算矿井及现矿井开拓面积（km2）。

3.3 预算参数选择

3.3.1 解析法预算二1煤层矿井涌水量的参数选择［6］

①渗透系数K：采用井田内井检孔抽水试验参数K= 0.185m/d。

②疏干降深水头高度H：井检孔抽水后静止水位标高+137.97m，取二1煤层未来自-200m开拓至-800m时平均水柱高度为637.97m。

③含水层平均厚度M：矿区内二1煤层顶板砂岩平均厚度18.70m。

3.3.2 比拟法预算二1煤层矿井涌水量的参数选择

①现矿井正常涌水量Q0：采用近几年来红岭矿平均正常涌水量80m3/h。

②矿井未来水位平均降深S：同解析法H值。

③现矿井水位平均降深值S0：自-50至-350m，平均降深为150m。

3.4 矿井涌水量预算结果

将以上预算参数分别代入公式（1）、（2）得出未来开拓至-800m水平时矿井正常涌水量，根据该区涌水量资料，正常涌水量增加40%即最大涌水量，见表1。

表1 矿井涌水量

4 结论

4.1 解析法预测矿井正常涌水量为4 9 5.1 1m3/h，最大涌水量693.15m3/h；比拟法预测矿井正常涌水量314.43m3/h，最大涌水量440.20m3/h.两种方法预测的涌水量差异较大。

4.2 解析法采用的参数为钻孔抽水试验取得的参数，不能完全揭露水文地质条件，采用的水文地质参数是唯一的，不能代表整个矿井的含水层特征，且本次解析法采用的是1970年冶金一队施工的井检孔抽水资料，虽然进行了三次降深，但有两次降距小于3m，用现行规范标准评价为不合格，所以解析法采用该钻孔抽水资料的计算结果与实际有一定偏差。

4.3 比拟法是利用矿井建井至今历年以来的矿井涌水量资料来预计未来的涌水量，其预算结果比较接近实际矿井涌水量。涌水量预算建议采用比拟法预算的矿井涌水量。

［1］河南省煤田地质局.安阳鑫龙煤业（集团）红岭煤业有限责任公司矿井生产地质报告［R］.郑州，2014.

［2］杨孟达.煤矿地质学［M］.北京：煤炭工业出版社，2006.

［3］倪宏革，时向东.工程地质学［M］.北京：北京大学出版社，2009.

［4］崔可锐.水文地质学基础［M］.北京：合肥工业大学出版社，2010.

［5］薛禹群.地下水动力学［M］.北京：地质出版社，1979.

Hydrogeological Analysisand Analysisof theM aximum W ater Inflow in Hongling M ine

Jing Xuwu Fan Li
(Departmentof Production Technology Anyang Xinlong Coal(Group) Hongling Coal Limited Liability Company.Anyang Henan 455000)

Scientific forecast of themaximum water inflow in coalmine is a prerequisite for preventing the occurrence of flood.In order to prevent the sudden disaster of water bursting，by analyzing the water filling factors in Hongling mine，using"analyticmethod"for the hydrogeological parameters obtained by pumping test of roof sandstonewater layers in the exploration processand"hydrologic analogy"for thewater inflow data of Honglingmine over the years，themaximum water inflow in Honglingminewas predicted，providing a reliable basis for deepmining in the future，optimizing themeasures topreventand controldisasterofminewaterbursting.

hydrogeology；water filling；prediction ofwater inflow；analogy

U453

：A

：1003-5168（2015）03-0078-4

2015-2-15

景续武（1985.1-），男，大专，助理工程师，研究方向：含水层赋水规律。