胡家河煤矿水文地质特征及充水因素分析*

王刚

(陕西能源职业技术学院 继续教育学院， 陕西 咸阳市 712000)

1 矿区概况

胡家河煤矿位于陕西省长武县境内，距长武县县城约15 km，矿区面积55.2394 km2。主采煤层为4#煤，最大厚度达到26 m，平均厚度接近14.5 m。地质储量接近900 Mt，可采储量接近400 Mt。胡家河煤矿位于陇东黄土高原东南部，主要地貌形式为黄土塬、梁及河谷平川，塬面相对地势平坦，周围有河沟切割发育[1-2]。

2 水文地质特征

2.1 区域水文地质特征

矿区总体地势特点为西北侧较高东南侧较低，有泾河扇状水系发育，各方向地下水向南、向马莲河下游汇集，从彬县水帘洞区域流出。胡家河矿区属于鄂尔多斯中生代承压水盆地范畴，属于白垩系地下水系统泾河～马莲河二级地下水系统（见图1）。该地下水系统分布于白于山以南子午岭以西，其北以白于山分水岭为界，东至子午岭，西与太阳山岩溶和平凉～泾阳相接，南侧为侏罗系隔水边界，面积达到3.45万km2。该系统为典型的高原盆地，四周中低山环绕。河水在上游区渗透补给地下水、六盘山地区也存在侧向水补给地下水，中下游区地下水向河谷排泄[3-5]。

2.2 矿井水文地质

根据该区的含水介质及地下水分布规律，结合区域水文地质条件，以及考虑各含水层（组）的时代、岩性、沉积条件、含水类型、水力联系、含水层、隔水层的组合关系[6]，并结合对主要可采煤层的影响[7]，从下而上将本矿井分为 7个含水层和 6个隔水层（见图2）。

2.2.1 含水层

第四系全新统（Q4）潜水含水层呈狭窄带状分布于矿井西部泾河河谷，主要由松散层组成，该含水层由砂岩及含泥砂的砂砾卵石层组成，富水性中等，以大气降水补给为主，受季节变化影响明显。第四系上更新统（Q3）含水层是下伏潜水含水层获得大气降水补给的唯一通道，主要由浅黄色粉砂质粘土组成，其结构疏松，具有较大孔隙，发育有垂直节理，厚度在8～15 m，为不含水透水层。第四系中更新统（Q2）潜水含水层主要由浅棕色黄土夹＋多层浅棕红色古土壤组成，其中岩土层孔隙性较好，夹层古土壤层结构致密均匀。

洛河组（K1）中粗粒碎屑岩含水层主要由紫红、暗紫红色中、粗粒砂岩组成，富水性弱～中等，水质富含NaSO4、NaCl，矿化度为4.67 g/L，属微咸水类型。由于矿井内广泛分布有洛河组地层，该地层延展至矿井外较远区域，其抽水孔离补给和隔水边界有较远距离，因此，该含水层为无界承压含水层。宜君组粗砂岩含水层厚度在30～40 m，主要由紫灰、浅紫红巨厚层状中、粗砾岩组成，其夹层含粗砾砂岩透镜体，砾石成分主要为花岗岩岩屑。由于充填及胶结致密，因此含水性极弱，为相对隔水层。

图1 胡家河煤矿所属区域水文地质分布

图2 胡家河煤矿主采煤层与含（隔）水层相互关系

安定组、直罗组复合含水层由砂砾岩、粉细粒砂岩及泥岩组成。安定组为较弱含水层，直罗组为相对隔水层。

延安组含煤地层承压含水岩组厚度在 40～80 m左右，本组含4#煤层及其上部的中粗粒砂岩含水层段和砂砾岩含水层段。据以往抽水试验结果判断其富水性微弱，具有较强的承压性，补给源较远，补给水头较高。

2.2.2 隔水层

矿区隔水层段情况见表1。

表1 胡家河煤矿隔水层段情况

2.2.3 地下水补给、径流和排泄情况

地下水补给来源主要为河流入渗，其次为降水和田间灌溉入渗、相邻系统侧向补给。排泄方式 主要为向地表水体排泄，其次为潜水蒸发和人工开采。

（1）井区补给条件。胡家河煤矿井区主要为第四系或新近系覆盖，厚度较大，钻孔揭露最大厚度达到270 m，一般厚度在80～190 m；加之塬面较为平坦，黄土中上部孔隙较大，利于大气降水的入渗补给，水体渗入后储存于塬面第四系中更新统（Q2）中。黄土中的地下水以大气降水补给为主。

（2）井区径流条件。黄土中浅层地下潜水由塬面中心地段向塬四周径流，径流条件较好。

（3）井区排泄条件。胡家河煤矿井区部分以人为排水形式排泄，洛河组含水层主要在泾河较低地段以渗出形式排泄。由于近年来在泾河河谷施工的钻孔在揭露洛河组含水层后，洛河组承压水以少量点状钻孔涌出形式排泄。天然状况下延安组承压水在矿井只能由北向南径流。

3 矿井充水因素分析

3.1 充水水源

4#煤回采会影响到洛河组含水层，煤层回采形成的冒裂带采高控制在12 m，对比洛河组上、下段厚度，井区生产过程中顶板形成涌水量相对较大。

胡家河煤矿已采3个工作面，采空区均存有积水，且采后出水量较大，是矿井涌水量的主要组成部分。随着已采工作面逐步增加，采空区出水量及所占比例也逐渐增大，成为矿井的主要充水水源之一。洛河组含水层、煤层顶部延安组、直罗组砂岩含水层以及采空区积水形成了胡家河煤矿井区的充水水源主体。

3.2 充水通道

胡家河煤矿构造以小断层为主。矿井充水通道中采掘扰动形成的顶板裂隙、断裂裂隙成为井区主要的充水通道。据胡家河煤矿顶板破坏发育高度实测数据可知，主采4#煤冒裂带将影响洛河组，使延安组、直罗组和洛河组含水层水通过采动裂隙成为矿井的充水水源。

3.3 充水强度

洛河组裂隙承压含水岩组是矿井的主要充水含水层，其特点为分布广，厚度大，富水性弱至中等，形成出水量较大，持续性强。据煤层回采形成的顶板两带实测资料分析，该含水层受煤层开采产生的导水裂隙带影响，地下水通过导水裂隙带进入矿坑，成为矿井的涌水量；据胡家河煤矿井区以往工作面涌水量资料显示，洛河组含水层涌水在 400 m3/h以上，其首采面涌水量峰值更高。各工作面采后出水特征为水量大并衰减缓慢，说明洛河组含水层补给较充足，作为主要充水水源，其充水强度大，在局部区域甚至可能造成突水事故，对煤层开采存在一定威胁。

构造的发育对含水层充水强度有一定影响，尤其是向斜构造。井区资料显示，向斜轴部区域一般为含水层相对富水区，顶板涌水量增大；井区一个工作面中部为向斜轴部，在回采过程中涌水量增大。

4 结论与建议

（1）理论上，在地面布设直通式导流孔，直通式导流孔可以疏放洛河组底部积水，但井区地表施工条件差，因此，地面直通式钻孔施工方案不适合。

（2）胡家河煤矿煤层顶板延安组和直罗组砂岩含水层富水性弱，通过裂隙直接充水，其水量小，易于疏干；洛河组含水层通过煤层回采顶板覆岩破坏裂隙充水，其水量较大，持续性强，有可能造成突水，对煤层开采威胁较大。

针对以上水文地质特征，建议加大工作面临时排水系统，避免影响生产的接替；尽可能使工作面涌水自流，将回采影响降至最小；应对排水系统进行重新核定，必要时进行排水系统改扩建。