雨汪煤矿一井田水文地质条件分析与防治对策

干晓锐

(云南能源职业技术学院，云南 曲靖655001)

0 引言

煤炭是我国的主体能源，其开采多为井工开采，属于地下作业，开采的环境较为恶劣，生产过程极为复杂。在进行井下煤炭开采的过程中可能发生各类安全事故，其中矿井水害一直以来都是影响煤矿安全生产的主要灾害之一。煤矿一旦发生水害事故，往往具有突发性和极大的危害性,不仅影响生产，造成经济损失，而且易发生重大伤亡事故。因此，分析雨汪煤矿的水文地质特征、充水因素及未来矿山生产中主要存在的水文地质问题，提出具体的水害防治对策，对确保矿井安全具有重要意义。

1 矿区概况

雨汪煤矿位于云南省富源县老厂煤矿区四勘区西南部，分2个井田开采。其中，一井田范围呈北东-南西向延展的“矩形”，矿区属构造剥蚀与岩溶中山地貌，山脉走向与构造线方向基本一致，形成中间高、四周低的山势形态；地势北西部高，南部及东部低，冲沟发育，井田北部的马坟梁子最高，海拔2 025 m，最低点位于井田南西部的丕德河谷，海拔1 442 m，相对高差583 m；矿区构造总貌为北东方向展布的单斜构造，地层倾向南东，倾角6°～20°，一般10°～15°，断层和牵引褶皱发育，对煤层开采影响大。矿区构造复杂程度属中等类型，矿区面积31 km2，开采标高2 000 ～550 m。矿井设计生产能力300万t/a，可采煤层11层，可采总厚18 m；采用立井多水平开拓方式，一水平标高+1 250 m，综合机械化回采工作面，一次采全高；采区煤层开采顺序为前进式开采，从上向下逐步回采，自然垮落法管理顶板。

2 矿井水文地质条件

2.1 主要含水层及其特征

矿区出露地层有第四系(Q)，下三叠统飞仙关组(T1f)和卡以头组(T1k)，上二叠统长兴组(P2c)和龙潭组(P2l)，下二叠统茅口组P1m。根据《雨汪煤矿地质勘探报告》，各含水层特征如下:

(1)第四系(Q)孔隙含水层。为残积、冲积、洪积、坡积物，零星分布河、沟谷及低洼地段，岩性为砾石、砂土及黏土。结构较松散，泉流量0.21～1.296 L/s，水位季节性变化较大。

(2)下三叠统飞仙关组第2、3段(T1f2+3)裂隙弱含水层。分布在矿区中部，岩性为细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，平均厚度238.49 m。地表裂隙发育，泉点出露较多，多为季节性泉，流量0.014～0.828 L/s，富水性较弱，对矿床充水无直接影响。

(3)下三叠统卡以头组(T1k)裂隙弱含水层。仅局部出露于井田边缘丕德河河床附近，岩性上部为灰绿色中厚层状细砂岩、粉砂岩，下部为浅灰白色薄层状泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，平均厚度132.75 m。富水性上部比下部强。井田内基本无泉点出露，原详查报告钻孔抽水试验单位涌水量0.001 75 L/s·m，渗透系数0.000 699 1 m/d，该含水层富水性在浅部露头区为弱裂隙潜水，向深部过渡为承压含水层[1]。其富水性较浅部弱，该含水层底板下距C2煤层顶板平均厚20.25 m，在采空塌陷带范围内，是矿床充水顶板直接充水含水层，对煤层开采影响较大。

(4)上二叠统长兴组及龙潭组主含煤段(P2c+P2l)裂隙弱含水层。井田内深埋于卡以头组地层之下，岩性为灰色薄至中厚层状细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩。含煤10～15层，一般11层，含主要可采煤层C2、C3、C7+8、C9、C13、C14、C15、C16共8层。其中细砂岩、泥质粉砂岩组成含水层，粉砂质泥岩及泥岩与煤为相对隔水层；平均总厚度157.83 m。节理裂隙发育，原详查报告钻孔抽水试验单位涌水量0.009 L/s·m，渗透系数0.005 904 96 m/d，深部富水性较浅部弱，是矿井顶板直接充水含水层，对煤层开采影响大。

(5)下二叠统茅口组P1m强岩溶含水层。井田内深埋于龙潭组地层之下，地表未出露，岩性为浅灰色厚层状石灰岩，厚度大于200 m，地表岩溶发育，溶洞、漏斗、落水洞、天生桥以及石芽分布普遍，泉点枯季流量12.92～283.4 L/s，原详查报告钻孔抽水试验单位涌水量0.002 56～0.35 L/s·m，是矿井底板间接充水含水层，对深部煤层开采影响大。

2.2 断层的水文地质特征

井田及周边共有7条主要断层，其破碎带水文地质特征如下：

(1)F1-19正断层。为井田北西侧边界断层，走向长9 km，断层落差达50～500 m。倾向约293°，倾角70°，断层破碎带岩芯破碎，呈角砾、碎块状，断层附近节理裂隙发育，地表与断层接触的地层岩性有碎屑岩和可溶性碳酸岩，在断层影响带的碳酸盐岩地段有泉出露，碎屑岩一侧未出露泉点，因而该断层导水性和富水性明显受两盘岩性的制约。

(2)F426逆断层。位于井田南部及东部，近东西走向，走向长约10 km。在井田西部斜交于F1-19，断层倾角45°～55°，一般45°。断层落差550 m，切断整个煤系地层，影响较大。断层破碎带岩芯呈角砾、碎块状，具有强烈挤压现象，断层附近节理裂隙发育，富水性大于正常地层，对矿井充水影响较大。

(3)F405逆断层。位于井田东北部，走向北东20°，井田内走向长2 km，倾向110°，倾角70°。断层落差20 m，断层破碎带明显，节理裂隙发育，富水性大于正常地层，对矿井充水有一定影响。

(4)F406正断层。位于F405断层北部1 km处，走向北东50°，井田内走向长1 700 m，倾向140°，倾角70°。断层落差20 m，断层破碎带岩芯呈角砾、碎块状，富水性大于正常地层，对矿井充水有一定影响。

(5)F428逆断层。位于井田东南部，走向北东50°，井田内走向长2 800 m，倾向310°，倾角80°。断层落差55 m，断层破碎带岩芯呈角砾、碎块状，节理裂隙发育，富水性大于正常地层，对矿井充水有一定影响。

(6)F427正断层。位于井田南部，走向北东85°，长2 600 m，倾向175°，倾角70°。断层落差30 m，断层破碎带岩芯呈角砾、碎块状，节理裂隙发育，富水性相对较强，大于正常地层，对矿井充水有较大影响。

(7)F430正断层。位于井田西南角一带，走向北东35°，井田内走向长2.2 km，倾向125°，倾角70°。断层落差100 m，断层破碎带岩芯呈角砾、碎块状，节理裂隙发育，富水性相对较强，大于正常地层，对矿井充水有一定影响。

3 矿井充水因素分析及涌水量预测

3.1 矿井充水因素分析

雨汪煤矿属构造剥蚀与岩溶中山地貌。井田南西部有丕德河，东北部有岔河。矿区地形切割强烈，地表坡度大，大气降水极易形成地表径流。龙潭组主含煤段及卡以头组含水层在井田范围内基本未出露，其含水层地下水主要来自浅部的含煤地层出露区大气降水入渗径流，及上覆含水地层沿破碎影响带垂直补给，以弱裂隙水向深部径流，富水性弱。煤巷中一般少见出水、淋水、滴水现象，多为中小断裂影响带的涌水量。据井田现有资料分析，除局部地段因断层导致主含煤段与上、下含水层沟通，产生断层影响带出水外，没有太多的补给源，矿井充水以消耗弱裂隙含水层静储量为主。根据井田水文地质条件，矿床充水因素主要是：

(1)大气降水和河沟水主要通过浅部的含煤地层出露区的地表风化裂隙和构造裂隙以缓慢渗透形式间接对矿井充水。

(2)上二叠统龙潭组主含煤段砂岩弱裂隙含水层水，受采动破坏直接进入采掘空间，对矿井直接充水。

(3)当巷道接近或揭露断层破碎带时，地下水对矿井直接充水；上覆含水层也可通过破碎带或构造裂隙对矿井间接充水。

3.2 矿井涌水量预测

雨汪煤矿一井属在建矿井，采用立井多水平开拓，第一开采水平为1 250 m。井田内目前无矿井开采，毗邻的白龙山一井与本井田处于同一水文地质单元，水文地质条件相似，开采方法基本相同。该矿井开拓系统及回采塌陷裂隙已基本形成，因此采用水文地质比拟法预测井田第一水平矿井涌水量。据对雨汪煤矿一井田矿床充水因素调查，矿井充水以消耗弱裂隙含水层静储量为主，井田目前只是掘进巷道，尚未形成开拓系统及回采塌陷裂隙，而主含煤段含水层具有承压性，富水性向深部减弱，因此采用涌水量与水位降深呈正比关系，与开拓面积呈曲线关系，预测矿井平均涌水量为

(1)

式(1)中,Q为预测矿井平均涌水量，m3/d；Q0为白龙山煤矿平均巷道涌水量，Q0=310.4 m3/d；F为涌水量计算范围面积，即C3煤层底板等高线先期开采地段范围内1 250 m水平以上预算面积，经计算F=6 480 000 m2；F0为白龙山煤矿目前巷道控制范围面积，F0=471 877 m2；S为预测区水位降深，采用本次勘探范围内主含煤段、卡以头组钻孔地下水稳定水位平均值与预算水平1 250 m之差，即S=1 714.42-1250=464.42(m)；S0为白龙山煤矿巷道初见水位1 380.8 m与煤层巷道最低平均标高1 243.11 m之差，即S0=1 380.8-1 243.11=137.69 m。

将以上各参数值代入式(1)，预测结果：雨汪煤矿一井田平均涌水量为3.88×103m3/d。

4 矿井水害防治措施

4.1 矿山生产中的水文地质问题

基于上述水文地质条件分析，随着矿井建设及开采推进，雨汪煤矿一井开采过程中可能会受多种潜在水害影响。

(1)季节性地表水体在巷道施工与开采中，特别是开采中后期通过断层及采空塌陷裂隙等导水通道，沟通与其他含水层的水力联系，沿导水裂隙渗入矿井发生淹井事故[2]，所以矿山必须严格按照设计部门要求预留保护煤柱。

(2)巷道掘进、煤层开采过程中，导水断层或破碎带很可能沟通矿床与煤系间接底板岩溶含水层而产生大量涌水，因而矿山必须提前做好预防井下涌水预案，增设排水的设施，加大排水的力度。

(3)未开采煤层大部分位于最低侵蚀基准面以下，当井下探采活动远远低于侵蚀基准面以下时，井田地下水的补给、径流、排泄条件将产生较大变化，井田水文地质条件将会变得更加复杂。

4.2 矿井水害防治对策

针对雨汪煤矿一井水文地质特征，结合矿井充水因素及防治水技术现状，提出相应防治水对策。

(1)加强“雨季四防”工作，时刻关注天气情况，及时清理疏通地面，防止淤积堵塞，定期检查泄洪沟等设施的完好情况，发现於堵及时清理，保证地表水流顺畅通过[3]。制定相应防洪措施，防止地表水渗入矿井发生淹井事故。

(2)矿井应成立专门的防治水管理机构，完善矿井防治水组织机构及各岗位职责，配备防治水专业技术人员，建立专业的防治水队伍，配齐探放水设备。制定完善的防治水专业管理制度和水害的预测预报制度，建立井下防水救灾应急预案[4]，发现水情及时处理。

(3)在矿山建设施工及运行期间，于地下含水层中设置动态监测系统，同时与矿山井下、井上其他涌水监测系统相结合，时刻监测矿山水情信息，切实做到水情问题超前预测，提前处理。

(4)对井田范围内的断层及其破碎带采用物探、化探和钻探等综合探测技术手段，进行超前探水，进一步探查其水文地质特征其导(含)水性，预留超前距离不小于20 m，导水断层与强含水层联通时，严格按《煤矿安全规程》《煤矿防治水规定》留设合理的防水煤柱。

(5)随着矿山生产规模的不断扩大，开采深度和开采条件不断变化，各种水情水害问题逐渐显露，要及时编制矿井防治水工作的中到长期规划及实施方案[5]，对可能构成水害威胁的区域，采用物探、化探和钻探等综合探测技术手段，提前查清涌水水源、涌水通道、预测矿井涌水量，以便及时指导矿山防治水工作。

(6)加强对全矿职工水害相关知识培训、教育，提升全员安全意识和素质，如对各种水情水害的识别。切实做到时刻不忘落实“三大规程”，坚决铲除“三违”滋生土壤，在生产过程中切实保障“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”[6]。用科学的方式方法确保矿山安全高效生产。

5 结论

本文旨在针对矿山未来生产过程中可能存在危害矿山安全的各种水文地质问题，通过详细的矿山水文地质、涌水因素等条件的分析，提出合理的矿山水情水害防治措施，采用“防、疏、堵、截、排”五位一体的科学综合防治方式，保证矿山安全生产，对矿山井巷道建设及防治水安全生产具有一定指导作用