民族煤矿水文地质特征的分析与研究

刘怡君　彭 彪1. 贵州省煤田地质局174队，贵州贵阳，5500002. 贵州省煤田地质局113队，贵州贵阳，550000

民族煤矿水文地质特征的分析与研究

刘怡君*彭 彪
1. 贵州省煤田地质局174队，贵州贵阳，550000
2. 贵州省煤田地质局113队，贵州贵阳，550000

提 要 通过对民族煤矿水文地质条件分析，认为煤矿主要的充水水源来自于龙潭组含煤地层基岩裂隙水、长兴组岩溶裂隙水以及小煤矿及老窑积水，同时计算了矿区内的最大涌水量，从而为建立矿区的防治水保障体系提供了有效的依据。

关键词民族煤矿 水文地质 含水层 涌水量

1 概述

民族煤矿位于贵州省安顺市普定县城北北东方向，矿区有公路与普定－补郎－猴场乡村公路通达，交通较方便，矿区面积3.4271km2。

民族煤矿位于补郎向斜北东仰起转折端轴部地段，北部矿界边缘有马儿坝背斜。在勘查过程中发现断层5条，其中F1断层为正断层，地面发育清楚；FJ102、F203、F303、F003断层为钻探发现，地表不清，其中FJ102、F203、F003为隐伏逆断层，F303为隐伏正断层；主要可采煤层为二叠系龙潭组0、13、14、15、18，煤层结构复杂程度中等（图1）。

图1　贵州省安顺市普定民族煤矿地质、水文、施工布置综合图Fig.1 Complex chart of Geology- hydrogeology- construction arrangement for Puding nation coal mine,An shun city, Guizhou province

民族煤矿在2011年进行了1：5000水文地质填图工作，面积约4.5km2，共调查水文点19个，并对区内13个钻孔全部按《煤田地质勘探钻孔简易水文观测规程》进行简易水文观测，甲级孔13个，甲级率100%。钻孔203、303为矿区区内水文孔，抽水试验2层次，试验层位为P3c、P3l，该孔抽水试验严格按《煤矿矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准》进行，各种原始资料均达到合格标准，质量可靠，各种参数可参与矿区涌水量评价及预算。在区内对采矿有关系的具代表性的出水点及可能供水点进行长期观测，共布设2个长观点，观测工具为三角堰等量具，观测时间为2011年4月～2011年9月，观测间隔为雨季5天、枯季10天观测一次，数据准确，质量可靠【1～3】。

2 矿区水文地质条件

2.1 水文地质条件概况

该区属中山地形，向斜两翼高轴部低，以侵蚀切割地貌为主，区内无大的河流,主要发育呈树枝状的沟溪水,均为雨源性溪沟，雨季暴涨，矿区南三岔河为矿区最低侵蚀基准面，标高约+1080m。

矿区内地表大部分为第四系覆盖，大气降水通过基岩风化裂隙、构造裂隙及孔隙补给地下水，沿裂隙、孔隙呈脉状、网状及分散状径流，以侵蚀下降泉方式排泄于冲沟洼地，地下水、地表水的流向主要受地形和地质构造控制。

矿区中部呈带状地表则由碳酸盐岩覆盖，以岩溶地貌为主,大气降水通过溶隙、落水洞、溶斗等形式迅速补给地下水，以裂隙流及管道流的形式径流，以岩溶大泉或泉群的形式排泄于深切冲沟中，地表水、地下水流向主要受岩性和区域最低侵蚀基准面的控制。

矿区中上部呈带状含煤地层大面 积裸露地表，由于煤层埋藏垂深普遍小于500m，当开采发生塌陷裂隙后，大气降雨渗入，这对矿区充水的因素影响将特别突出和严重。

2.2 主要含水层

2.2.1 二叠系茅口组岩溶含水层P2m 出露于矿区北部及外围一带广泛分布，岩性为中－厚层状石灰岩，厚度不详，含岩溶管道水。富水性强。

2.2.2 二叠系龙潭组裂隙含水层P3l 出露于矿区中部，呈带状分布。岩性主要由泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩及细砂岩、灰岩、泥质灰岩、煤层等组成。调查泉点4个，泉水流量0～1.488 L/s；揭露的13个钻孔，仅在202、301、303孔在该层中发现有冲洗液漏失；据303号钻孔对该层段进行抽水试验，结果为：涌水量0.0067L/s，单位涌水量为0.00014 L/s·m,渗透系数为0.0006m/d。本层段含岩溶裂隙水，富水性弱。

2.2.3 二叠系长兴组岩溶含水层P3c 在地表分布于矿区中南部，呈条带状分布。岩性主要由灰岩、泥质灰岩，偶夹砂岩、泥岩。溶蚀裂隙发育，调查泉点1个，泉水流量1.102～7.699 L /s；揭露的5个钻孔中有1个发现有冲洗液漏失；据203号钻孔对该段进行抽水试验，结果为：涌水量0.027 L/s，单位涌水量为0.0056 L/s·m，渗透系数为0.0085m/d。本层导水性中等，富水性中等。为岩溶裂隙含水层。

2.2.4 三叠系大冶组裂隙含水层T1d 出露于矿区中西部及外围。岩性以灰色、灰绿色薄至中厚层状粉砂岩、泥质粉砂岩为主。调查泉点1个，泉水流量0.033～1.699 L/s；含浅部风化裂隙水，流量季节性变化明显，富水性弱。

2.3 断层富水性

区内地表仅发育一条断层F1，为正断层，走向NW－SE，倾向NNE，断距110m，倾角72°，断层带上无泉点出露，在301钻孔236.37～237.42m实见该断层但未出现涌漏现象，推断断层富水性差、导水性亦差。该断层造成茅口组与龙潭组间距变小，煤矿在开采煤层时应注意底板突水。

2.4 地下水的补、迳、排条件

岩溶含水层裸露于矿区内，出露面积不大，岩溶较发育，补给条件较好，补给源为大气降水，大气降水通过岩溶和采动裂隙补给地下水，地下水接受补给后，通过岩溶裂隙或基岩裂隙的方式，由北东向南西迳流，排泄于南面三岔河。浅层地下水和基岩裂隙水接受补给途迳主要为面状渗透补给，地下水接受补给后，经短途迳流，排往矿区内地形低洼地带，以下降泉形式出露。

3 矿区充水因素分析

矿床充水主要取决于以下因素：充水水源、充水通道。

3.1 充水水源

3.1.1 地表水 区内没有大的河流，只有一小型水库及两条小溪，区外的猛登水库库坝标高1550m，其水位标高1480m，猛登水库为区内地表水、地下水的排泄区，先期开采地段最低标高为1250m，煤矿在开采时地表水与采煤坑道（最低标高）造成的水位差为230m，但垂向上要经过大冶组相对隔水层，然后由上覆含水层长兴组间接补给主要充水层，成为矿井充水的间接水源。

3.1.2 地下水 含煤地层中本身裂隙水含水性、导水性弱，一般浅部水量较大，深部水量逐渐变小，但地层厚度大，也不容忽视，是矿区充水的主要补给来源，根据303号孔分层水位观测其分层静止水位标高为1490.13m，在今后的开采过程中，需进行长期的排水工作。而含煤地层上覆的长兴组为中等含水层，岩溶裂隙普遍发育，多数呈半充填状，常见蜂窝状、海绵状溶蚀小孔，这些岩溶裂隙会成为对矿区充水的通道。

3.1.3 断层导水性 本区地表发育一条正断层，且断层带上无泉点出露，推测富水性差、导水性差。该断层造成茅口组与龙潭组间距变小，煤矿在开采煤层时应注意底板突水。

3.1.4 小煤矿及老窑积水

《论语·泰伯》孔子云：“大哉尧之为君也！巍巍乎，唯天为大，唯尧则之。 荡荡乎，民无能名焉。 巍巍乎，其有成功也。 焕乎，其有文章。”[1]107 只有崇拜和赞颂。

（1）小煤矿采空区积水 矿井以前主要开采0、13、14、15号煤层，开采标高为1440以浅，采空面积为0.227km2，采空区积水量约181 600m3。

（2）老窑积水 该矿+1500m水平以上到煤层露头曾有多个小矿开采，开采深度、范围及积水情况不清，无资料记载，现无法进行调查。但具在原老窑工作过的人员介绍，老窑开采距地表较近，巷道中有滴水和淋水，老窑巷道及采空区内有大量积水，雨季时，井口还有水流出。

小煤矿、老窑积水多为以静贮为主，犹如地下水库，一旦透水，来势凶猛，涌水量大，破坏性强。

3.2 充水通道

3.2.1 基岩节理、裂隙 通过地质钻探资料，区内基岩节理、裂隙较发育，这些是连通含水地层与煤层的天然通道。

3.2.2 采煤冒落、裂隙带 未来煤矿的开采过程中，由于煤层大面积的开采，必将引起大量的采矿裂隙出现，这些人工裂隙将会是沟通含水地层与煤层的良好通道。

由于区内煤层顶板为半坚硬岩类，倾角在15～45°，矿井的可采煤层顶板多为砂泥岩，今后充水通道主要为构造裂隙带及开采后形成的导水裂隙带。在这些充水通道影响范围内的地下水将直接进入矿坑，矿坑涌水量将突增。

勘查区顶板管理方法采用全部陷落法，煤层顶板岩性主要为粘土岩、炭质粘土岩、泥质粉砂岩。根据区内其它矿井资料，煤层顶板抗压强度在20～40MPa。

冒落带最大高度计算公式：HC=（3～4）M【4】

导水裂隙带计算公式：Ht=｛100M/ （3.3n+3.8）｝＋5.1【4】

式中：

M——累计采厚（m）

n——可采煤层分层数。

在勘查区内有可采煤层、局部可采煤层5层（n），自上而下分别编号为0、13、14、15、18,累计可采厚度(M)为7.05m，计算出导水裂隙带高度为39.82m，冒落带最大高度为28.2m。

0号煤层上距上覆地层长兴组底板12.70～24.23m，平均17.17m，小于导水裂隙带和冒落带最大高度，因此，在开采条件下，必然导致长兴组（P3c）岩溶含水层中地下水通过导水裂隙向矿坑充水。从而使得长兴组（P3c）成为矿坑的间接充水层，并成为矿坑的主要充水水源。

3.2.3 断裂带导水性 本区地表发育一条正断层，且断层带上无泉点出露，推测富水性差、导水性差。但是在开采过程中要加以注意。

3.2.4 小煤矿及老窑巷道 矿区煤层出露的小煤矿及老窑巷道，使得小煤矿和老窑采空区的井巷道积水与煤层连通，成为这些积水向矿区充水的主要通道，甚至还将部分地表水引入矿区。

3.3 水文地质类型

矿区地下水主要以大气降水补给为主，自然斜坡对降水渗漏较为有利。区内构造发育程度为中等，发现的1条断层，推测富水性差、导水性差。主要矿体位于当地侵蚀基准面（1080m）以上，龙潭组的裂隙水为直接充水水源；上覆长兴组为溶蚀裂隙含水层，底界距0号煤层平均距离17.17m。区内无地表河流，仅有几条溪沟和一小型水库，规模不大， 均对今后矿床开采影响不大，因此本区水文地质类型为中等的裂隙充水矿床。

4 矿区涌水量预算

原民族煤矿生产规模为15万t/a，开采面积0.775km2，主采煤层为0号煤，开采水平为+1440m。据该矿排水量观测资料：枯季涌水量为120m3/d，雨季涌水量为255m3/d，一般涌水量为150m3/d，故用比拟法进行涌水量预算(表1)。

本次矿坑涌水量比拟法预算公式为【4】：

式中：Q：第一水平开采时矿坑涌水量（m3/d）；

F：+1250m以上,2勘探线以东，煤层水平投影最大开采面积，为1.143（km2）；

S：预测未来水位降低值268；（根据303、203两个钻孔龙潭、长兴组分层静止水位观测，平均地下水位埋深标高1518m，先期开采标高为+1250。

Q0：原民族煤矿矿坑涌水量，枯季120m3/d，雨季225m3/d，一般150m3/d；

F0原民族煤矿开采面积，为0.775km2；

S0：原民族煤矿水位降低值为78m；（根据303、203两个钻孔龙潭、长兴组分层静止水位观测，平均地下水位埋深标高1518m，原开采标高为+1440。

表1　比拟法矿坑涌水量计算结果表Table 1 Mining water yield calculation with comparison method

4 结论

通过地质勘探、水文填图、钻孔抽水以及地表落水洞、溶洞的调查，了解到0号煤层到二叠系长兴组底界距离小于导水裂隙带和冒落带，因此长兴组岩溶水将是未来煤矿开采过程中的一个重大威胁；通过对地表老窑以及采空区资料的收集，发现地表老窑甚多，且不知其开采深度及采空面积，故老窑积水将是煤矿透水发生的一个潜在威胁。

参 考 文 献

1徐彬彬. 贵州煤田地质[M].江苏徐州：中国矿业大学出版社，2003

2汪民，殷跃平，文冬光，等. 水文地质手册[M]. 北京:地质出版社，2012

3周伟，彭彪，韩金平，等.贵州省普定县猴场乡民族煤矿资源储量核实及勘探报告[R]. 贵州省煤田地质局113队.贵州贵阳2012

4中华人民共和国煤炭工业部. 矿井水文地质规程[S]. 北京：煤炭工业出版社，1984

ANALYSIS AND RESEARCH ON HYDROGEOLOGICAL CHARACTERISTICS OF NATION COAL MINE

Liu Yijun1Peng Biao2
1. No. 174 team of Guizhou coalfield geological bureau, Guiyang, Guizhou, 550000
2. No. 113 team of Guizhou coalfield geological bureau, Guiyang, Guizhou, 550000

Abstract

After analyzing the hydrogeological condition of Minzu coal mine,we found that the primay water resouces are from fissure water in coal-bearing stratum of Longtan Formation and the karstic fissure water in Changxing formation as well as the small scale coalmine and gob water. The maximum water emission calculation provide the basis for preventing and curing water control system.

Keywords:Minzu coal mine, hydrogeology, aquifer water yield

收稿日期：2015-04-10；改回日期：2015-04-20

* 第一作者简介：刘怡君（1988～），女，煤田地质勘查专业，助理工程师

中图分类号：P641.461

文献标识码：A

文章编号：1006–5296（2015）02–0106–05