同发东周窑煤矿矿井水文地质类型研究
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摘要：文章在以往地质、水文地质勘探成果资料基础上，从矿井水文地质条件和井巷充水特征出发，对受采掘破坏或影响的含水层、矿井及其周边老空水分布状况、矿井涌水量、突水量、煤层开采受水害威胁程度以及防治工作难易程度逐条进行分析，将东周窑矿井水文地质类型划分为中等型。
关键词：水文地质；防治水；煤矿
1概况
东周窑井田位于大同煤田西部，面积119.1288km。区内主要含煤地层侏罗系、二叠系、石炭系，其中本矿开采二叠系山西组及石炭系太原组煤层，目前主要开采山4号和5号煤层。矿区构造复杂程度中等。本区为属晋西北低山丘陵区，为黄土丘陵地貌，地形起伏不大，冲沟发育。井田内多被第四系黄土覆盖，冲沟中可见零星的白垩系和侏罗系地层出露，十里河流经井田北部。
2矿井水文地质条件
井田主要含水层自下而上依次为寒武—奥陶系岩溶裂隙含水层、石炭—二叠系砂岩裂隙含水层、第四系松散层含水层。井田内较稳定的隔水层主要为第三系红粘土隔水层、层间泥岩隔水层和二叠、石炭系煤层顶底板隔水层、石炭系本溪组铁铝质泥岩。
3矿井充水因素分析
3.1充水水源
山4号及5号煤层开采的直接充水水源为其顶板砂岩裂隙[1]水，间接充水水源为大气降水、地表水、侏罗系采空区积水和底板的寒武、奥陶系岩溶水。
3.2充水通道
1）断层和陷落柱破碎带
区内构造较发育，已查明落差大于10m的断层25条，其中F1断层落差最大（80m），尚有16个陷落柱，在生产过程[2]还揭露了许多小断层，这些构造对煤层开采的威胁较大。
2）封闭不良的钻孔
井田内施工的钻孔较多，年代较长，封孔质量难以保障。这是人为造成的充水途径，这类钻孔起沟通煤层上、下含水层和地表水的作用，采动过程中一旦被揭露，将会发生突水事故。
3）导水裂隙带
本矿导水裂隙带高度采用《煤田水文地质工程地质环境地质勘查评价标准》（GB12719-91）附录F中的公式予以计算。根据计算结果，山4号煤层与侏罗系13号煤层间的距离为203.60-352.45m，在局部区域两者较接近，局部区域在开采山4号煤层时，可能会导通上覆侏罗系采空区。5号煤层与侏罗系13号煤层间距为219.56-370.62m，均大于5号煤层开采导水裂隙带高度（计算值），开采5号煤层时产生的导水裂隙带会导通二叠系山西组和部分侏罗系砂岩裂隙含水层，理论上不会导通上覆侏罗系采空区积水。
3.3充水强度
1）大气降水和地表水对矿井充水强度分析
本区为典型的大陆性干旱型气候，年降水量少，且集中在7-9月。井田内地表迳流很不发育，属季节性河流，仅在大雨或暴雨后有洪水泻流，排出区外，对区内地下水补给是有限的。二叠—石炭系煤层埋藏深，大气降水和地表水对煤层开采影响较小。
2）侏罗系采空区积水对矿井充水强度分析
如前述，山4号煤层和5号煤层开采的导水裂隙带发育高度计算值均小于其与上覆侏罗系煤层的间距，但局部地段在上覆煤层开采的底板扰动破坏及构造导通的情况下，可能会导通上覆侏罗系采空区，上覆采空区积水将会进入矿[3]井，对矿井安全构成威胁。
3）煤层底板砂岩裂隙水对矿井充水强度分析
井田内山4、5号煤层可采煤层埋藏较深，上覆有较多的含砾粗砂岩、砂砾岩含水层赋存，含水层空间分部不连续，呈大的透镜体产出，富水性弱，地下水补给条件差。故在煤层开采时，其顶板水已正常的疏放为主，对矿井开采影响不大。
4）寒武、奥陶系岩溶水对矿井充水强度分析
依照《煤矿防治水细则》附录五突水系数计算公式根据计算结果，山4号煤层突水系数最大值为0.0257MPa/m，综合评价山4号煤层构造带为危险区，其它地区均为安全区。5号煤层突水系数为0.011-0.0365MPa/m，综合评价5号煤层构造带为危险区，其它地区均为安全区。
4矿井水文地质类型划分
4.1受采掘破坏或影响的含水层及水体
受山4号煤层采掘破坏或影响的含水层是其直接充水含水层山西组砂岩裂隙含水层，该含水层补给条件较差，补给水源较少；受5号煤层采掘破坏或影响的含水层是其直接充水含水层太原组砂岩裂隙含水层，富水性弱，补给条件较差，补给水源较少。区内石炭—二叠系含煤地层单位涌水量为0.0017-0.0046L/s.m。受采掘破坏或影响的含水层及水体为简单类别。
4.2井田及周边地区老窑水分布状况
根据对井田未来三年采掘范围涉及的上覆侏罗系煤矿的采空区积水情况调查结果，山4号煤层上覆采空区积水面积23约0.09km，积水量约42985m。5号煤层上覆采空区积水面23积约26km，积水量约1.24万m。采空区积水位置、范围及积水量清楚，为中等类别。
4.3矿井涌水量
本矿2015—2018年开采山4和5号煤，对近三年矿井涌水量进行了监测记录，2019—2021年本矿仍计划采掘山4号和5号煤，本次涌水量预测采用富水系数比拟法计算。通过分析本矿的收集资料，2016—2018年平均富水系数为3Kp=0.30（m/t），最大涌水量与平均涌水量的比值平均为1.0494。2019年预计年产量827万吨，2020年预计年产量881万吨，2021年预计年产量909万吨。现采用比拟法预算矿井涌水量：矿井涌水量取2019—2021年涌水量的最大值，则本矿井32019—2021年正常涌水量为：Q正常＝311.30m/h，最大涌3水量为：Q最大＝326.68m/h。
4.4突水量
同发东周窑煤矿目前山4和5号煤层均为发生过突水，为简单类别。
4.5煤层开采受水害影响程度
山4、5号煤层顶板含水层富水性弱，对煤层开采影响较小，为中等类别。
4.6防治水工作难易程度
矿井涌水主要受煤层顶板直接充水含水层和构造的影[4]响，因此防治工作的重点是对顶板水的疏排和对构造的超前探测，通过超前探测，做好顶板水的疏排，一旦揭露构造（断层、陷落柱）发生突水，应采取物探等技术手段确定突水机理，确保安全回采。同时应根据上覆侏罗系矿井的生产情况，做好上覆采空区及采空区积水情况的调查工作。总体而言，开采山4、5号煤层的防治水工作易于进行，为中等类别。综上，将本矿井的矿井水文地质类型划分为中等型。矿井水文地质类型划分结果。
参考文献：
[1]李勋千,任素贞.我国煤矿水文地质类型划分研究[J].煤炭学报,1992(2):89-96.
[2]武强,金玉洁,李德安.华北型煤田矿床水文地质类型划分及其在突水灾害中的意义[J].中国地质灾害与防治学报,1992(2):97-98.
[3]王长申,武强,马国平,等.复杂条件下矿井水文地质类型划分方法[J].煤炭学报,2016,41(3):696-702.
[4]张耀,李珂,等.韩城矿区典型煤矿水文地质类型对比分析研究[J].煤炭技术,2016,35(2):146-148.
作者：左乾坤 单位：山西省地质勘查局217地质队
