矿井水文地质类型划分及防治水工作建议

惠 鹏，赵卫军

(1.陕西省煤层气开发利用有限公司地质研究院分公司，陕西 西安 710065；2.渭南市国土资源局，陕西 渭南 714000)

0 引言

矿井水文地质类型是对煤矿水文地质条件、矿井涌水量及突水量、防治水难易程度等特征的综合评价[1]，它直接关系到矿井开拓方式的选择和采掘系统的布置，从而影响矿井总体设计和规划。最新颁布的《煤矿防治水细则》(2018年9月1日起施行)明确规定矿井水文地质类型应当每3年修订1次，当发生较大以上水害事故或因突水造成采掘区域或矿井被淹，应当在恢复生产前重新确定矿井水文地质类型[2]。因此，开展矿井水文地质类型的划分对有效指导煤矿安全生产具有重要的实践意义。

1 矿井地质概况

研究矿井位于陕西省神木市西南部，根据矿区内钻孔所揭露地层由新至老依次为：第四系全新统风积沙(Q4eol)透水层、上更新统萨拉乌苏组(Q3s)潜水含水层，新近系上新统保德组(N2b)隔水层，侏罗系中统安定组(J2a)、直罗组(J2z)、延安组(J2y)裂隙承压含水层和侏罗系下统富县组(J1f)裂隙承压含水层。其中延安组为含煤地层，可采及局部可采煤层共有7层，分别为1-1、1-2、2-2、3-1、4-2、4-3、5-2煤层，首采煤层为2-2煤，赋存于延安组第四段顶部，埋深199.69～401.22 m，煤层厚度平均5.41 m，如图1所示。研究区内地层总体走向为NNE，倾向为NWW，倾角不足1°，呈单斜构造，未发现断层及岩浆活动，属简单构造类型。

图1 研究区主要煤层及各地层位置关系

2 矿井水文地质类型划分

依据上述分析及《煤矿防治水细则》第12条提供的划分标准来确定开采煤层矿井水文地质类型。

2.1 含水层及老空水

可能破坏或影响的含水层及水体：导水裂隙带所涉及范围内的地下水通过裂隙进入矿井，对采矿造成影响甚至危及采矿安全，根据经验公式计算[3]及榆神矿区煤矿的生产经验[4-5]，采用7倍冒采比、30倍裂采比分别预测冒落带及导水裂隙带发育高度，预计2-2煤在今后三年内开采工作面的煤层厚度为5.78～6.61 m，冒落带最大高度为42.64～52.88 m，导水裂隙带高度为173.40～198.30 m，上覆基岩厚度为202.65～288.89 m，导水裂隙带顶界与基岩面间距为2.49～93.59 m，导水裂隙带有可能会导通上覆侏罗系安定组、直罗组、延安组含水层，见表1。

表1 冒落带、导水裂隙带计算结果统计表

含水层补给来源：第四系潜水含水层以大气降水为主要补给来源，侏罗系中统安定组、直罗组、延安组承压水含水层主要接受潜水顺层补给以及上部含水层越流渗透补给，含水岩体在横向上具不连续性，垂向上具分段性，储水空间相对封闭，补给条件一般。根据矿井钻孔资料分析可知(见表2)，第四系上更新统孔隙潜水含水层富水性为弱至中等，侏罗系中统裂隙承压含水层富水性均较弱。因此，该项矿井水文地质类型划分指标属“中等”类型。

表2 矿井含水层富水性等级

矿井及周边老空水分部状况:矿井周边矿区均处于矿井建设阶段，无以往及目前生产矿井，也未发现小煤窑生产情况，无采空区存在，不存在老空区积水。因此，该项矿井水文地质类型划分指标属“简单”类型。

2.2 矿井涌水量

矿井实测涌水量：该矿井尚未进行回采，井下巷道系统基本无水，仅锚杆眼有滴水、淋水现象，根据2014年10月—2018年8月期间在主斜井、副斜井、进风立井、回风立井及回风大巷涌水量观测值，可知矿井涌水量为43.30～196.93 m3/h，如图2所示。

图2 全矿井及各井筒涌水量历时曲线图

矿井预测涌水量：结合该矿井勘探报告，本文矿井涌水量预测采用矿井3年规划相关参数，预测范围为2-2煤首采工作面，预测深度为2-2煤开拓水平+950 m，含水层厚度、水头高度、渗透系数等参数采用工作面附近钻孔和井筒实测数据，用比拟法[6-7]预计今后3年矿井正常涌水量为682 m3/h，最大涌水量821 m3/h。因此，该项矿井水文地质类型划分指标属“复杂”类型。

突水量：该矿井自2014年9月开工建井以来，在井筒及煤层巷道施工中均未发现突水现象，因此，该项矿井水文地质类型划分指标属“简单”类型。

2.3 矿井受水害影响程度

煤层开采后形成的导水裂隙带高度低于基岩面，开采过程中基本不受第四系松散含水层、大气降水以及地表水体的影响。煤层开采后主要充水含水层为安定组、直罗组及延安组含水层，虽然各含水层富水性弱，但由于矿井首采2-2煤层，工作面回采长度大，煤层厚度较大，顶板含水层均有一定的静储量，通过导水裂隙涌入矿井形成突水，经计算得出的矿井涌水量较大，故对未来生产可能造成严重的影响，对矿井生产安全构成一定的威胁，因此，该项矿井水文地质类型划分指标属“复杂”类型。

2.4 矿井防治水工作难易程度

煤层上覆含水层厚度大富水性不均一，隔水层较少且在横向上分布不连续，对未来矿井生产带来水害隐患，开采前，需要进一步对富水性进行探测，提前对顶板含水层水进行疏放，总体而言，所需防治工程技术条件成熟，资金上有足够保证，防治水工作易于进行，严格按照相关规程操作，可达到预期的防治目标。因此，该项矿井水文地质类型划分指标属“中等”类型。

2.5 水文地质类型综合评价

综上所述，根据《煤矿防治水细则》中矿井水文地质条件类型划分标准，按分类依据就高不就低的原则，该煤矿开采2-2煤时矿井水文地质类型为“复杂”类型。

3 对防治水工作的建议

3.1 整体原则

防治水严格按《煤矿防治水细则》进行，坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采原则，根据不同的水文地质条件，采取探、防、堵、疏、排、截、监等综合防治措施，配备满足工作需要的防治水专业技术人员，配齐专用的探放水设备，建立专门的探放水作业队伍，储备必要的水害抢险救灾设备和物资。

3.2 防治水工作建议

加强队伍、制度与装备建设：煤矿应设立专门的防治水机构，设立地测防治水副总，在总工程师的带领下，开展矿井防治水技术工作。配备满足工作需要的防治水专业技术人员，配齐专用探放水设备，建立专业的探放水作业队伍。此外，组织加强职工防治水知识培训，结合煤矿水害特征，建立健全防治水岗位责任制、防治水技术管理制度、水害预测预报制度和水害隐患排查治理制度。

开展水文地质补充勘查工作：由于以往地质勘探工作施工水文钻孔有限，对该矿井的直接充水含水层(延安组第五段+直罗组)勘探工作偏少，直接影响矿井涌水量预计结果及下一步防治水技术方案。

建立地下水动态观测系统：矿井目前处于矿井建设阶段，地下水动态观测系统尚未建立，缺乏地下水动态观测资料。开展地下水观测系统工程的设计与观测孔的施工工作，对水位进行长期系统的观测，对水质进行不定期的监测，以掌握各含水层在矿井开采中的动态变化，及时分析水害影响。

开展地下水含水层深入研究：继续研究松散含水层与基岩风化带含水层富水性及分布规律，以此确定各含水层的厚度、导含水性(裂隙发育情况，充填情况，渗透系数，单位涌水量，水位，水质，地下水的补、迳、排条件)，同时对顶板含水层的富水性进行分区。对矿井后期圈定的每个工作面顶板富水性进行精细化探查，以此确定富水异常区范围及水文地质参数；根据精细化探查所获取的水文地质参数并结合开采参数，对工作面涌水量进行预测、预报，并安设相应的防排水设施。

加强地下水的探查与疏放：探放水是防止矿井水害发生的重要方法。矿井今后开采过程中要坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，对可能发生突(透)水的地点，应组织专业探水队根据物探等资料，有针对性地详细探查基岩裂隙发育程度、含水层富水强度、富水位置的分布位置及其富水性，并有针对性地进行放水，以减轻煤层顶部水压，减小初次跨落时的矿井涌水量及回采过程中矿井涌水量。

密切关注封闭不良钻孔：井田范围内钻孔封闭段高度不符合防治水的要求。应列入处理计划，开展该孔对采掘影响研究评价，获得正确结论后再决定是否启封。

加强矿井涌水量观测：矿井在今后的开采过程中应时刻加强对各工作面涌水量的监测，对井下各出水点定期进行观测，发现出水异常，应及时查明原因并进行必要的处理。完善井下涌水量观测站，坚持定期观测矿井涌水量和监测水质。

4 结论

(1)在进行2-2煤水文地质类型划分时，参考了矿井勘探报告及矿井建设实测资料，客观真实地分析了受采掘破坏或者影响的含水层及水体、井田及周边老空水分布状况、矿井涌水量、突水量、开采受水害影响程度和防治水工作难易程度等各项指标，并判定了各指标所属等级类型。

(2)根据矿井水文地质类型划分各项指标，按“就高不就低”的原则，确定了矿井首采煤层2-2煤的矿井水文地质类型为复杂类型，该成果为制定矿区总体规划及相应的矿井水害防治对策提供了依据。

(3)根据矿井充水因素和各种因素的影响程度，防治水工作的重点：加强开采煤层顶板砂岩裂隙水、第四系潜水的防治，开展水文地质补充勘探工作及地下水的探查与疏放工作，同时加强矿井地下水的动态监测系统。