山西白家沟井田充水因素分析

王百新

（山西省地质勘查局217地质队，山西大同037008）

1 概述

随着煤炭工业的快速发展，矿井开采的区域和纵度不断扩大，尤其是随着现代化开采设备的使用和开采方法的改进，大纵深、大面积、大采高、快速度的现代化高效开采，大大提高了开采量和开采强度。开采过程中所面临的地质问题越来越多，受水害的影响越来越强，煤矿水害事故发生的条件、威胁程度及水害形成的机理都在发生变化。大气降水、地表水、地下水、老窑（空）水等引发的矿井突水、突泥（砂）事故频发，特别是重大伤亡事故时有发生，给国家和人民带来的经济损失巨大，人身伤害、意外死亡极其惨痛，矿井水对煤矿安全生产有着极大的威胁。所以，加强矿井水害防治工作的研究，深入调查对矿井充水因素的分析其研究意义十分重大。

2 白家沟井田简介

井田位于河东煤田北段，行政区划跨保德县及兴县两地。中心距保德县18km，北占保德县3个乡(孙家沟、南河沟、尚河沟)，南跨兴县魏家滩镇3个自然村。井田西边最近距黄河2.5km，因受风雨侵蚀，形成了复杂黄土冲沟地貌，地形起伏较大，冲沟发育，冲沟中可见零星的基岩出露。井田属典型温带大陆性气候，一年之中，四季分明，变化显著，冬、春较长，夏、秋较短；冬季寒冷少雪，春季干燥多风，夏季炎热，秋季凉爽。井田内无生产矿井及老小窑，仅在井田北部及东部分布有7座生产矿井。

3 井田充水因素分析

矿井充水量是矿井建设的重要指标，对矿井充水量进行预测对于防治矿井突水、淹井等矿山事故、保障矿山安全生产具有重要意义，本文就从大气降水、地表水、地质构造、碎屑岩裂隙承压含水层、生产矿井及老空区积水等几个方面深入研究和分析矿井充水的影响因素。

3.1 大气降水对矿井充水的影响

井田降水量少，地形有利于地表洪流排泄，不利于对地下水的补给，各含水层均被厚层黄土与红粘土隔水层覆盖，不利于降水入渗。碎屑岩裂隙含水层地下水的主要补给来源是同层含水层的侧渗径流补给，碎屑岩裂隙含水层之间还有层间隔水层隔离，水力联系不密切。因而大气降水对矿井充水几乎没有影响。

3.2 地表水对矿井充水的影响

井田无较大的地表水体，有季节性泉点、溪流与人工水塘。煤层埋藏较深，上覆多层层间隔水层，导水性差，因而地表水对矿井充水影响很小或无影响。

3.3 地质构造对矿井充水的影响

井田内只有小断裂与褶皱构造，一般断裂构造对矿井充水影响不大。ZK503与ZK1301水文地质钻孔抽水试验结果说明：井田北部ZK503钻孔附近煤系地层的碎屑岩裂隙含水层富水性与井田南部ZK1301钻孔附近煤系地层的碎屑岩裂隙含水层富水性相比，ZK503钻孔明显的弱。ZK1301钻孔在煤系地层的钻探过程中出现了4次漏水现象，岩芯在破碎段有明显的构造擦痕，结合抽水试验涌水量明显大于ZK503钻孔的现象，说明ZK1301钻孔附近可能存在导水的断裂构造，对矿井充水有影响。褶皱构造使砂岩与不同岩性的接触带产生赋水裂隙，形成富水性不同的含水层，使各组地层岩体含水，因有上覆层间隔水层相隔，对矿井充水影响不大。

3.4 碎屑岩裂隙承压含水层富水性对矿井充水的影响

山西组、太原组裂隙含水层地下水是煤层开采直接充水水源，本次勘查在井田北部、南部布设ZK503、ZK1301两个水文地质钻孔，ZK1301钻孔在煤系地层的钻探过程有4次明显的漏水，154.50～164.80m处9号煤层顶板；202.50～203.50m与206.00～211.50m处12号煤层顶板；235.50～238.00m处13号煤层顶板漏水尤其严重，表明井田南部太原组含水层富水性中等，对矿井充水有一定影响。

各煤层采空导水裂隙带互相贯通，延伸至下石盒子组地层中部至地表，因而煤系地层及以上碎屑岩含水层对矿井充水有很大影响，尤其是井田东部，13号煤层厚且埋藏浅，煤层采空导水裂隙带可延伸到地表，煤矿矿井疏干排水可导致井田范围煤层以上碎屑岩裂隙含水层地下水水位下降至煤层底板；井田西部，13号煤层薄且埋藏深，煤层采空导水裂隙带可延伸到下石盒子组碎屑岩含水层。

3.5 生产矿井及老空区积水

据野外调查访问、收集资料，井田内没有生产矿井与老小窑。经过煤炭资源整合，紧邻井田北部、东部有7座煤矿开采石炭—二叠系煤炭资源。鉴于煤矿企业严格保守生产经营的秘密，搜集系统的矿井水文地质资料非常困难。经多方努力，搜集到山西中地地质工程有限公司编制的王家岭煤矿4号煤层的采掘工程平面图与其它4座煤矿不同煤层的采掘工程现状图。通过白家沟井田煤系地层碎屑岩裂隙含水层地下水水位外推，紧邻井田的生产矿井煤层底板与地下水水位的关系如表1所示。

由一览表中数据确定：北部王家岭煤矿4号煤层全部处于地下水水位以下，其他有资料煤矿的煤层，部分处于地下水水位以下，存在采空区积水的可能性。

依据已收集的资料与井田附近生产矿井地质与水文地质条件分析，井田北部、东部的7座生产矿井，除王家岭煤矿外，其他5座煤矿的矿井积水对白家沟井田的矿井充水都有影响，尤其是泰安煤业有限公司采空区已接近白家沟井田东边界，晋保煤业有限公司的煤矿采空区与白家沟井田有550m安全距离，对白家沟井田的开采生产有一定威胁。任何一方超层越界开采形成的采空区积水都会给白家沟井田的开采生产带来灾难性的透水事故。

表1 白家沟井田与相邻煤矿煤层底板标高（m）、煤层水位一览表

3.6 奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶承压水对矿井充水的影响

奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶含水层在井田广泛分布，地下水极其丰富，是井田最主要的含水层。井田范围奥灰水水位标高803～849m之间，先期开采区奥灰水标高834～849m之间。13-2号煤层底板标高－182～868m；11-2号煤层底板标高-130～901m；8号煤层底板标高-100～908m。

井田内突水系数等于0.06MPa/m的突水临界区分界线为奥灰水与8、11-2、13-2号可采煤层底板高差等于709.47m、490.88m、299.89m的分界线，对煤层底板的静水压力分别为 6.9575MPa、4.8139MPa、2.9409MPa。奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶含水层地下水水位高于开采煤层，先期开采区西部的13-2号可采煤层突水系数大于0.06MPa/m，达到突水临界区，要注意断裂构造地段的底板突水，井田西部的11-2、13-2号可采煤层突水系数大于0.10MPa/m，达到突水危险区，存在底板突水危险性。因此奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶含水层地下水对矿井充水有很大影响。

4 矿井水害防治应采取的措施

水害主要有煤系地层碎屑岩裂隙含水层地下水、构造裂隙水与奥灰水。先期开采区水文地质钻孔抽水试验验证，煤系地层含水层为弱—中等富水含水层，钻孔涌水量在南部ZK1301钻孔处较大，附近可能存在断裂构造破碎带。物探验证，先期开采区内有小断层。

奥灰水水位介于803～849m之间，井田西南部奥灰水水位高于13-2号可采煤层底板985m，经计算，井田西南部13-2号可采煤层最大突水系数达到0.1747MPa/m，进入底板突水危险区，具有底板突水的危险，在近构造破碎带，还会涌水。

矿井水害主要是断裂构造裂隙水与奥灰水。针对这2种地下水害，矿井水害防治宜采用以下措施。

针对断裂构造裂隙水，正常开采时，坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，加强防范。采取防、堵、疏、排、截的综合治理措施。同时根据实际生产情况，不断修改充水性图。

针对煤层带压开采，奥灰水底板突水的问题，建议在井田西部开凿水源井兼长观孔，一方面抽水降压，解决煤矿生活饮用水的水源问题，另一方面，监测奥灰水水位动态，按奥灰水对煤层的静水压力，合理设计采掘面的宽度，以确保安全生产。

5 总结

本文在分析了白家沟井田自然及地质条件的基础上，深入研究了大气降水、地表水、地质构造、碎屑岩裂隙承压含水层、生产矿井及老空区积水等因素对矿井充水的影响，并针对这些影响因素提出了矿井水害防治措施，对于矿井水害防治相关工作有着长远而深刻的战略意义。