晋圣三沟鑫都煤业矿井水文地质类型划分

郭海波

（山西晋煤集团晋圣三沟鑫都煤业有限公司，山西 晋城 048200 ）

1 概述

晋圣三沟鑫都煤业位于沁水盆地西部边缘，地貌类型为侵蚀性山区地貌。井田内大致为中部高，东部和西部低，通过以往地质工作和井下开采揭露，目前井田范围未发现陷落柱。根据历次勘探成果及井下揭露情况，15号煤层为大部可采的稳定煤层，2号煤层为大部可采的较稳定煤层。井下开采至今未发现有地温、地应力异常现象，故属地应力、地温正常区。目前开采2号煤层并对15号煤层水文地质进行勘探，为该矿今后延深开采下部的15号煤层提供基础地质资料。

2 矿井水文地质条件

2.1 主要含水层

根据本区含水层岩性及水文地质特征，矿区内主要含水层主要划分为以下四种：第四系松散沉积物孔隙潜水含水层、二叠系碎屑岩类裂隙含水层、石炭系上统太原组灰岩及砂岩岩溶裂隙含水层、奥陶系中统碳酸盐岩溶裂隙含水层。第四系主要由黄色亚砂土及红色亚粘土组成，地下水的动态受季节变化影响较大。二叠系主要由K9、K8、K7等砂岩组成，其中 K9、K7岩层对2号煤层的影响较小，K8岩层对2号煤层影响较大。石炭系主要由灰岩及厚层中粒砂岩组成，含水层厚度各地段分布相差较大，含水层属弱富水性含水层，水质较好，地下水的动态受季节变化影响较大。奥陶系上部为灰黑色中厚层状豹皮状灰岩夹灰岩，下部为泥灰岩、角砾状泥灰岩，其含水层属承压水类型，分布较稳定，地下水的动态受季节变化影响较大。

2.2 主要隔水层

矿井区域内主要有2组隔水层，它们分别为石炭系、二叠系含水层层间泥岩类隔水层和本溪组及太原组底部泥岩类隔水层。

（1）石炭系、二叠系含水层层间泥岩类隔水层主要岩性为泥岩、砂质泥岩，单层厚度变化较大，呈层状分布于风化带以下的砂岩及灰岩含水层之间，隔断了砂岩含水层之间的水力联系，但在井田西部2#煤层埋藏浅，多被开采区域煤层上覆岩体导水裂隙形成，其上部的泥岩层已失去其隔水性能。

（2）本溪组及太原组底部泥岩类隔水层位于15号煤层底至奥灰岩层顶面之间，岩性以泥岩、粉砂质泥岩及铝土质泥岩为主，平均厚度31.93 m，岩层致密，为区内良好隔水层。

2.3 地下水的补、径、排条件

（1）奥灰水的补给区域主要为泉域边界大面积奥陶系碳酸盐岩地层出露区，地下水主要接受大气降水入渗补给和河流的渗漏补给；延河泉域中部大面积分布二叠系碎屑岩层，或在沁水盆地中大面积出露三叠系碎屑岩地层，受厚层隔水层阻隔，大气降水首先对浅层裂隙水进行补给，在遇断层破碎带进而对奥灰水进行补给。本区域奥灰水流向由西北向东南，然后在沁水端氏至阳城润城一带由北向南径流，在润城镇向南的沁河河谷西岸，下河村至延河村一带，长度约45 km，主要以泉群的形式排泄，次要以深井开采排泄。

（2）二叠系碎屑岩裂隙地下水主要接受大气降水的补给，或地表水的补给，径流方向一般由地势较高向较低方向运移，在地形切割或遇断裂构造地段以小泉的形式排泄，或矿井开采疏干排泄。

（3）松散地层含水层主要分布于沟谷、河流岸滩地带，地下水接受大气降水补给或地表河流的补给，一般向河流的下游径流与排泄。

3 充水条件分析

开采煤层上覆岩体围岩中赋存地下水，煤层开采时，围岩中地下水失去平衡，地下水涌向开采矿井，充水水源、充水强度与充水通道形成对矿井充水的三要素，它们在充水过程中的不同组合，形成了不同的充水条件。

3.1 地表水对矿井开采的影响

矿区北部的杏河为季节性河流，距本整合区的北部边界最近直线距离约100 m左右，对本区煤层的开采影响不大。据调查，本区杏河历史最高洪水水位约+1065.0 m，本矿井工业广场地面标高为1101.884 m，主平洞井口标高为1114.59 m，洪水位远低于工业广场及井口标高，不存在洪水灌入矿井的危险。

3.2 构造对矿井充水因素的作用和影响

（1）断层

本井田构造属中等类型。区内发育有1条逆断层和5条正断层，走向为北西和北东向，未发现陷落柱和火成岩体存在。断层附近次生小断层较发育，矿井在实际生产中有所揭露，断距0.5～5.2 m，多属正断层，但在断层破碎带未发现涌水现象，井田内断层不具导水性。

（2）背斜构造

井田的褶曲构造为地下水、采空水的运移和汇集提供了条件，即层间地下水、采空水向背斜两翼汇集，因此在空间相对位置处于低处开采时要高度重视其附近的采空积水及含水层水，防止水害发生。

3.3 垮落带、导水裂缝带

2号煤层垮落带、导水裂缝带最大高度由以下经验公式求得：

式中：

Hc-垮落带的最大高度，m；

Hf-导水裂缝带的高度（包括垮落带），m；

M-累计采厚，m；

n-煤分层数，本井田n值取1。

井田东部2号煤层最大厚度为1.60 m，经计算2号煤层垮落带最大高度为6.4 m，导水裂缝带最大高度为27.6 m。

15号煤层垮落带、导水裂缝带最大高度由以下经验公式求得：

式中：

Hc-垮落带最大高度，m；

Hf-导水裂缝带最大高度，m；

M-煤层厚度，m；

n-煤分层层数，本井田n值取1。

15号煤层最大厚度为3.80 m，经计算，15号煤层冒落最大高度为19.0 m，开采后导水裂隙带最大高度为95.64 m。

通过对垮落带和导水裂缝带的最大高度进行计算，分析所得的数值可知2、15号煤层产生的导水裂缝带在埋藏浅处可沟通地表水体和大气降水，而且三沟鑫都煤业开采下部15号煤层时所产生的最大导水裂缝带严重时可导致上部可采煤层的采空积水涌入下部煤层中，对生产、开采造成威胁。

井田东部煤层埋藏深，其余埋藏浅并且有2号煤层的风氧化带分布，沟通了地表水与煤层的联系，是天然的导水通道，对煤层开采有间接的入渗充水影响，矿方应对风氧化带按规定留设保护煤柱，防止雨水等灌入井下。

3.4 封闭不良的钻孔及井筒

本井田内共有8个废弃井筒，均为兼并重组整合前小窑开采所致，现已填封，据调查，井田内一共存在19个钻孔，均按封孔设计要求对全孔进行封闭，封孔质量全部合格。

3.5 采空区积水分析

由表1可得，2号煤层经调查无采空积水。井田内共有15号煤层采空区3处，分别位于井田北部和西部，积水区总面积约214982m2，总积水量约246759 m3。由此可看出，井田周边采空区积水均对本井田无水害威胁。

表1 采空区积水量估算表

4 涌水量预测

4.1 2号煤层矿井涌水量

该矿现开采2号煤层，批准生产能力60万t/a，但是该矿近几年尚未正式开采，产量与实际生产能力相差很大，根据长治市高原综合勘探工程有限公司提交的《山西晋煤集团晋圣三沟鑫都煤业有限公司建矿地质报告》，当矿井达60万t/a生产规模时正常涌水量为240 m3/d，最大涌水量为360 m3/d。

4.2 15号煤层矿井涌水量

由于该矿现开采2号煤层，并未对15号煤层施工，由于矿井合并前的老河里煤矿曾对15号煤层进行开采，并且开采方式与本矿相同均采用平硐立井混合开拓，所以本次对15号煤层的涌水量预测采纳老河里煤矿的涌水量资料，使用富水系数法对15号煤层矿井涌水进行预测：

式中：

Q-预计拟建矿井涌水量，m3/d；

KP-富水系数；

Q0-参考矿井涌水量，m3/d

P0-参考矿井生产能力，万t/a；

P-拟建矿井设计生产能力，万t/a。

预计矿井达60万t/a生产规模时，矿井正常涌水量为300 m3/d，最大涌水量为480 m3/d。

5 矿井水文地质类型划分

通过分析整理矿井的相关资料，2号、15号煤层的地质类型划分如表2、表3所示。

表2 2号煤层矿井水文地质类型划分表

6 结论

通过对山西晋煤集团晋圣三沟鑫都煤业矿井水文地质条件、矿井充水条件及矿井涌水量等方面进行分析，最终确定该煤矿2号煤层及15号煤层水文地质类型均为中等。地下水对煤矿开采是一个极大的威胁，应做好水文地质的勘探工作及防护措施，杜绝一切危险的发生，保证矿井安全生产。