九龙矿开采对地下水资源量影响研究

2023-05-19安峰江

煤炭与化工 2023年3期

陈宇，安峰江

（1.河北省地质矿产勘查开发局第一地质大队，河北邯郸 056000；2.河北工程大学，河北邯郸 056038）

1 概况

九龙矿位于河北省邯郸市市区西南，磁县县城西北地区，鼓山背斜东翼地区，地势西高东低，平面呈菱形状，面积20.226 9 km2。井田地表以低缓丘陵为主，东经114°14′05″～114°17′15″，北纬36°23′25″～36°28′20″，属半干旱暖温带大陆性季风气候。主要含煤地层为石炭系太原组及二叠系山西组，矿井正常涌水量19.5 m3/min（1 170 m3/h）。

矿区内含水层自上而下主要有第四系孔隙含水层（I）、新近系砂砾岩裂隙含水层（II）、上石盒子组砂岩含水层（III）、下石盒子组砂岩含水层（IV）、大煤顶板砂岩裂隙含水层（V）、野青灰岩裂隙岩溶含水层（VI）、山伏青灰岩裂隙岩溶含水层（VII）、大青灰岩裂隙岩溶含水层（VIII）、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层（IX），各含水层位置情况如图1 所示。

图1 九龙矿水文地质柱状图Fig.1 Hydrogeological histogram of Jiulong Mine

2 号煤上覆岩层有4 个隔水层，且具有良好的隔水性，各含水层之间在正常条件下无水力联系。

2 采煤工作面导水裂缝带高度计算

影响垮落带和导水裂缝带发育高度的因素很多，包括上覆岩层的力学性质和结构特征、煤层厚度、倾角、采动影响程度、采煤方法和顶板管理方法等，根据九龙矿该区域内钻孔揭露资料和煤层顶板岩石物理力学性质，九龙矿2 号煤层直接顶板为一层厚度1.0～2.3 m 的疏松灰黑色砂质泥岩，基本顶为6～8 m 厚的灰色中细砂岩，属于软弱-坚硬型顶板，上覆岩层以细砂岩、粉砂岩为主，综合覆岩岩性为中硬岩层，矿井生产最大煤厚为6+1.5=7.5 m。

垮落带和导水裂缝带计算如下。

垮落带：

导水裂缝带：

式中：Hm为垮落带最大高度，m；Hli为导水裂缝带最大高度，m；∑M 为累计采厚，m。计算结果见表1。

表1 九龙矿垮裂带高度计算Table 1 Calculation of caving zone height in Jiulong Mine

经计算预测，仅开采4 号煤时，煤层顶板的垮落带最大高度为7.96 m，导水裂缝带最大高度为34.49 m；仅开采2 号煤时，煤层顶板的垮落带最大高度为14.91 m，导水裂缝带最大高度为58.99 m；2 号煤和4 号煤同时开采时，垮落带最大高度为16.02 m，导水裂缝带最大高度为64.77 m。

3 含水层影响预测评估

含水层影响预测评估按照含水层结构、含水层水位、含水层水质、矿井涌水量及对周边影响评估。

3.1 采矿活动对地下含水层结构破坏的影响

开采上组煤充水含水层有一定的补给水源，但补给条件一般（表2）。

表2 开采上组煤充水含水层富水性等级Table 2 The water abundance grade of upper coal seam water-filled aquifer

九龙矿开采2 号煤层，受采掘破坏或影响的含水层主要包括下石盒子组砂岩含水层、大煤顶板砂岩含水层、野青灰岩含水层。

九龙矿开采4 号煤层，受采掘破坏或影响的含水层主要包括野青灰岩含水层、山伏青灰岩含水层、大青灰岩含水层。

3.2 采矿活动对地下含水层水位的影响

（1）对第四系含水层水位影响。

矿区各含水层之间水力联系较弱，各水文单元间相对独立，因此矿山生产排水造成的下层含水层的水量减少对第四系含水层水位的影响较轻。

（2）对2、4 号煤顶板含水层水位影响。

采空区内产生的裂隙带会相互作用，导致上部地层含水层的地下水顺着裂隙往下流动。因矿区内存在较多隔水断层，可划分为4 个单元，因此，不能采用单一的模型对其影响范围进行计算评估，根据开采计划，近期采矿活动将对1、3、4 单元造成影响，矿山开采导致上述含水层排泄条件发生改变，形成以开采区为中心的地下水降落漏斗。

（3）对底部奥灰水含水层水位影响。

“下三层”煤（7 煤、8 煤、9 煤）及深部6煤由于受到大青、奥灰水的威胁，不进行开采，九龙矿4 煤距奥灰水很远，在正常条件下开采活动不会导致奥灰与大青灰岩含水层水力联系的变化。仅在煤层底板存在大型导水构造时，才有可能改变水力联系现状，对奥灰水产生影响。

井田断层比较发育，断层带充填物多为灰色粘土类物质，胶结差，一般情况下，断层不导水。到目前为止，揭露的断层均不导水，但不排除采动条件下，在矿山压力和水压力双重作用下发生断层活化的可能。在生产过程中，严格采取“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则。