刘庄煤矿矿井水文地质类型划分

齐 瑞，胡友彪,吴亚萍

（安徽理工大学 地球与环境学院， 安徽淮南232001）

刘庄煤矿矿井水文地质类型划分

齐 瑞，胡友彪,吴亚萍

（安徽理工大学 地球与环境学院， 安徽淮南232001）

煤矿安全生产过程中，高效而精确的对矿井进行水文地质类型划分，不仅保障煤矿防治水安全，也为煤矿制定防治水规划奠定了技术基础；以刘庄煤矿为例，在综合分析刘庄煤矿矿井地质及水文地质资料的基础上，对煤矿的水文地质条件、充水来源、涌水量构成、开采受水害影响程度以及防治水工作开展的难易程度等进行全面分析，依据《煤矿防治水规定》，可得刘庄煤矿矿井水文地质类型为复杂型，进一步评价水害的威胁程度，为防治水工作提供经济合理的参考依据，确保矿井安全生产。

水文地质； 防治水； 刘庄煤矿； 矿井水害

1 概况

刘庄煤矿位于淮南煤田西部，面积82.211 4 km2左右。矿区含煤地层为石炭系、二叠系，其中二叠系的山西组与上下石盒子组为主要含煤层段,主要可采煤层为13-1、11-2、8、5和1煤[1]。矿区构造复杂程度为中等。本区为淮河冲积平原，地形较为平缓，南界有颍河，东北部有济河[2]。

2 矿井水文地质条件

矿区主要含水层有四组：第四系潜水～低承压中等含水层，岩性以粉砂和砂质粘土为主；新近系承压孔隙中等含水层，岩性主要为中、细砂及粉砂、粘土质砂；二叠系砂岩较强含水层；灰岩弱含水层。

矿区隔水层大体上有第四系粘土隔水层，岩性以黄、土灰色粘土、砂质粘土为主；新近系砂质粘土隔水层，岩性为灰、浅绿色砂质粘土；石炭系本溪组泥岩粉砂岩隔水层，岩性为紫红、浅灰色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩。

3 矿井充水因素分析

矿区位于淮河冲积平原，年降雨量926.33 mm。东北部的济河宽18 m左右，水深约1 m。大气降水和地表水仅可对新生界第四系含水层产生入渗。

新生界松散层存在走向近北东、条带状分布的新生界底部砂岩直接覆盖于基岩之上“天窗”，砂岩水主要补给13-1和11-2煤顶底板含水层，是主要充水水源。

砂岩裂隙含水层局部地段受构造影响，使其富水性增强，具有储存量瞬时突出的危害。

太原组1～4层灰岩为1煤底板直接出水水源。矿井第一水平（-762 m）灰岩水头压力为7.76 MPa，1煤开采时易造成底板突水；尤其是构造裂隙发育或被断层切割时，灰岩水可能以断层或裂隙带为突破口而引起突水灾害。

矿井开采程度的增大，采空区范围也随之加大。受顶板砂岩裂隙水和灌浆水等影响，采空区内积水，对相邻的下部工作面采掘构成充水威胁。

4 矿井涌水量分析

按出水层位，矿井涌水量构成主要为煤层顶底板砂岩裂隙水和生产用水，以及新生界松散层孔隙水（井筒）。

按出水位置，矿井涌水量构成为掘进工作面涌水、回采工作面涌水、突水点涌水以及采空区出水。

目前矿井正常涌水量为250 m3/h, 其构成主要为煤系地层砂岩水、井筒出水、采空区水及矿井生产用水，其中煤系地层砂岩水占30 %，井筒出水占10 %，采空区水占5 %，生产用水占55 %。涌水量变化曲线如图1所示。

图1 矿井涌水量变化曲线图

5 评价水害对矿井开采的影响程度

5.1 大气降水和地表水

矿井为全隐蔽型，煤系地层及底部灰岩露头被巨厚新生界松散层覆盖，可有效阻隔大气降水和地表水的下渗，对矿井生产无影响，该类型水害的影响程度为简单。

5.2 新生界松散层水

新生界松散层水是开采煤层上方的主要水患。矿井井筒较多，6个井筒均穿过新生界松散层，砂岩水始终是井筒的主要水害。主采煤层露头上覆新生界松散层底部，一般分布有5.23～87.00 m的隔水层和红层，抽水试验无水或单位涌水量q=0.000 101～0.007 698L/（s·m），含水微弱。但其局部缺失，形成新生界底部砂岩直接覆于基岩上方的“天窗”。13-1、11-2煤及其顶板露头处于“天窗”范围，新近系中新统砂岩涌水量q=1.028～1.032L/（s·m），强富水性。矿井受该类水害的影响一方面是砂层水通过“天窗”区补给煤系砂岩含水层，另一方面通过开采形成的导水裂缝带充入回采工作面。该类型水害的影响程度为中等。

5.3 煤系砂岩水

分布于可采煤层及泥岩之间，是矿井充水的直接水源。煤系砂岩含水层为弱富水性，但局部构造裂隙发育地段，富水性和导水性增强，具有储存量瞬时突出的危害。影响程度为中等。

5.4 底部灰岩水

太原组1～4层灰岩水是1煤开采的主要充水水源。太灰全层抽水试验q=0.017 4～1.764L/（s·m），弱～强富水性。奥灰是太灰的补给水源，太灰、奥灰混合抽水试验q=0.00 027～0.009 5L/（s·m），为弱富水性。该类型水害影响程度为复杂。

5.5 岩溶陷落柱

本矿已揭露到6煤的陷落柱，不含、导水。但1煤距6煤100m左右，距灰岩平均仅18m左右。发育在高水压灰岩含水层中的陷落柱很可能会含、导水。矿井为煤层群开采，未开采范围大，可能存在有未发现的隐伏陷落柱。该类型水害影响程度为复杂。

5.6 封闭不良钻孔

矿井内原有22个封闭不良的钻孔，后透孔封闭合格2个钻孔，尚有封闭不良钻孔20个和因钻孔事故留有钻具未封闭钻孔1个。矿井开采受该类型水害的影响程度为中等。

综合以上评价，按照“就高不就低”的原则，矿井开采受水害影响程度为复杂型。

6 评价矿井防治水工作的难易程度

6.1 新生界松散砂层水防治难易程度

新生界松散层底部，一般分布有新生系下段粘土+红层组合成的复合隔水层。在13-1、11-2煤局部露头新生系下段粘土+红层变薄缺失、砂岩直接与煤系接触形成“天窗”。在“天窗”范围，砂岩水可对13-1和11-2煤顶底板砂岩含水层产生渗入补给，对矿井生产造成一定影响但不威胁安全。综合可见，新生界松散砂层水防治难易程度为中等。

6.2 煤系砂岩裂隙水防治难易程度

煤系砂岩裂隙水是矿井主要充水水源，以顶、底板进水方式充水且呈淋水和股流，但很快衰减～干涸。在局部构造裂隙发育地段偶见突水，衰减速度慢，最终稳定水量较小。局部接受砂层水补给。其防治工作难度为中等。

6.3 底板灰岩水防治难易程度

高水压、薄隔水层、富水性不均一的条件下，1煤开采时，在动矿山压力和灰岩水头压力的作用下，尤其在断层和裂隙发育地段，会产生底板突水的危害[3]。开采1煤必须提前查明灰岩含水层的水文地质条件，有针对性的采取注浆改造1煤地板隔水层或对太原组1～4层灰岩超前疏降压到安全水头值。防治水工作量比较大。其防治水工作难度为复杂[4]。

6.4 岩溶陷落柱防治水难易程度

矿井面积为82km2，开采煤层多，投产时间短，未开采范围大，可能还存在有未发现的隐伏陷落柱[7]。因此需要大量的探测、验证和相应的防治工作。其防治水工作难度为复杂。

6.5 老空水防治难易程度

矿井老空区位置、范围、积水量明确，采掘工作面至探水警戒线时，超前进行探放。其防治水工作难度为中等。

综合以上评价，依据“就高不就低”的原则，矿井防治水工作难易程度为复杂类型。

7 矿井水文地质类型划分

依据《煤矿防治水规定》和《安徽省煤矿防治水和水资源化利用管理方法》，刘庄煤矿进行水文地质类型划分，水文地质条件为复杂类型，矿井及周边老空水分布状况为中等类型，矿井平均涌水量为245.02m3/h,为中等类型，最大涌水量280m3/h，为中等类型。矿井现在主要水害威胁为煤系砂岩裂隙水和新生界松散层砂岩孔隙水，底板灰岩水是1煤开采的主要水害，为复杂类型，矿井已揭露发育6煤的陷落柱，不含、导水；但1煤开采时其含、导水性尚待探查。矿井为煤层群开采，未开采范围大，可能存在有为发现的隐伏陷落柱，矿井开采受水害影响程度为复杂类型。防治水工作难易程度为复杂。综上所述，刘庄煤矿矿井水文地质类型为复杂型。水文地质类型划分结果见表1。

表1 矿井水文地质类型划分结果

8 结论

刘庄煤矿开采过程中主要受煤系砂岩裂隙水和新生界松散砂层孔隙水威胁,底板灰岩水是1煤开采的主要水害。矿井涌水量主要由煤系地层砂岩水和矿井生产用水构成。自2007年以来，刘庄煤矿的突水事故主要为顶底板砂岩突水，矿井在后期开采中，工作面回采之前必须探放水，利用物探手段查明顶底板煤层富水区，进行有针对性的疏放水，完善排水系统，建立完善的地下水动态观测体系，加强预测预报，为防治水工作提供及时精确的数据资料。矿区灰岩水的防治工作，控制水压是关键，应当进行立体综合勘探、疏水降压，有针对性的采取注浆改造。另外，刘庄煤矿三维地震数据显示多处地震波反射异常区，可能存在隐伏陷落柱，后期需要开展探查验证工作，确保矿井安全开采。

[1] 杨从文,孔德山,马成友.刘庄煤矿11-2煤层顶、底板砂岩水特征与防治技术[J].安徽建筑大学学报, 2009, 17（5）:57-60.

[2] 丁丹.防水煤（岩）柱合理留设研究——以刘庄煤矿为例[M].淮南：安徽理工大学, 2009.

[3] 张耀,李珂,安鑫,等.韩城矿区典型煤矿水文地质类型对比分析研究[J].煤炭技术,2016,35（2）:146-148.

[4] 郭天辉.宁东枣泉煤矿矿井水文地质类型划分探讨[J].中国煤炭地质,2011,23（9）:34-37.

[5] 李勋千,任素贞.我国煤矿井水文地质类型划分研究[J].煤炭学报,1992（2）:89-96.

[6] 王长申,武强,马国平,等.复杂条件下矿井水文地质类型划分方法[J].煤炭学报,2016,41（3）:696-702.

[7] 武强,金玉洁,李德安.华北型煤田矿床水文地质类型划分及其在突水灾害中的意义[J].中国地质灾害与防治学报, 1992（2）:97-98.

2016-10-21

齐瑞（1992-），男，安徽枞阳人，研究生，研究方向为水文地质及工程地质，电话：18355556008。

TD741

B

1671-4733（2017）01-0014-03

10.3969/j.issn.1671-4733.2017.01.005