煤矿水文地质分析探讨范文

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摘要：煤矿水文地质对于煤矿防治水工作的开展具有十分重要的意义。结合斜沟煤矿地质情况，分析了矿井含水层和隔水层分布、矿井充水条件和井田周边采空区积水情况，以期为煤矿水害的防治提供一些思路。

关键词：煤矿开采；水文地质；水害防治

斜沟井田各边界均为人为划定边界，无自然边界。井田东部边界为石炭系出露区，外围有奥陶系地层出露区，主要接受东部含水层的侧向补给，为奥灰、太灰和砂岩裂隙孔隙含水层补给边界。井田西部位于单斜构造最低处，且无大的断裂构造存在，井田内奥灰、太灰和砂岩裂隙孔隙含水层水从西边流出，为一排泄边界。井田地层呈近南北走向，且有连续起覆变化，总体来讲南部略高于北部。奥灰含水层水位南部边界处为+855m，北部边界处为+851m，地下水由南向北径流，而南部为人为边界，未发现断层等构造发育，可视为补给边界，北部为排泄边界。要特别注意井田周边的采空区积水及越界开采情况，以免采掘揭露这些区域引发透水事故[1-2]。因此，周边小煤窑采掘边界及积水范围探测和防治应为矿井重点的防治水工作。

1矿井含水层和隔水层分析

1.1含水层

井田主要含水层自下而上可划分为：奥陶系岩溶含水岩组，石炭系太原组碎屑岩类裂隙含水岩组，二叠系含水岩组，三叠系碎屑岩类裂隙含水岩组，第四系、新近系松散岩类孔隙含水岩组。奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组厚度2.9～14.3m，平均厚度为7.4m，主要出露于井田界外东部，由东向西开始全部倾没于石炭系地层之下。井田内O2f地层岩溶发育较差。奥陶系中统上马家沟组碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组厚度224～248m。石炭系太原组碎屑岩类裂隙含水岩组为井田内13号煤层开采的充水水源之一，各含水层之间有泥质隔水岩组，使得各含水层之间水力联系减弱。二叠系下统碎屑岩类裂隙含水岩组含水层主要为中、粗粒砂岩。二叠系上统和三叠系下统碎屑岩类裂隙含水岩组以砂岩裂隙含水层为主，属弱富水含水层。第四系、新近系松散岩类孔隙含水岩组新近系上新统分布在沟谷两侧和沟顶的基岩顶面上，含水层以砾石为主，厚度不稳定，局部砾石层较厚，富水性较好，单井出水量可达100～500m3/d。

1.2隔水层

a)13号煤层以上至8号煤层太原组、山西组泥岩隔水层。据钻孔资料，13号煤层以上至8号煤层的太原组、山西组地层岩性以泥岩为主，厚度38.10～78.10m，平均厚度52.42m，井田内沉积连续稳定，是山西组8号煤层与太原组13号煤层之间较好的隔水层。b)13号煤层以下太原组泥岩及本溪组泥岩隔水层。据统计，13号煤层底板至奥灰峰峰组顶界面之间的地层间距为37.06～77.92m，平均间距为51.31m。隔水层主要为太原组下段下部的泥质岩及粉砂岩，以及本溪组泥岩、铝土岩等隔水层。隔水层的岩性及厚度依次为铝质泥岩、煤0～10.07m，平均5.24m；泥岩、粉砂岩12.13～60.05m，平均31.69m。隔水层平均累计厚度36.93m，占地层总厚度的71.98%。从地层组合结构看，此段地层皆为泥质岩、砂质泥岩、砂岩、灰岩组成的相互叠置结构，这种地层组合结构在一定程度上限制了砂岩及石灰岩的垂直裂隙发育，也限制了大气降水及地表水的补给作用，同时也在一定程度上限制了上覆含水层地下水的下渗及越流补给作用。

2矿井充水条件

2.1矿井充水水源

该区属温带大陆性季风气候，降雨量分配极不均匀。井田东部为老（小）窑区及煤层隐伏露头区，煤层埋深较浅，大气降水可通过导水裂隙带进入采空区，通过对11采区北翼采空区涌水量的观察，大气降水对采空区具有明显的补给作用，而且井田东部石炭系以上地层均有出露，可接受大气降水的补给[3]。斜沟煤矿地层总体向西倾斜，东部煤层埋藏浅，存在6号、8号、13号煤层露头，大气降水和地表水能够通过风氧化带、煤层开采形成的垮落带和导水裂缝带溃入井下。5号、6号、8号煤层顶板直接充水水源主要为二叠系山西组几层中粒砂岩及局部粗粒砂岩的裂隙水，石盒子砂岩裂隙水为其顶板间接充水水源。上组煤顶板砂岩含水层单层厚度一般为1～4m，累计厚度5～12m，平均累计厚度约8m。由于砂岩难溶成分高，裂隙不发育，开启程度差，加之含、隔水层呈相互叠置的沉积序列，砂岩含水层地下水的补、蓄条件差。在井田东部煤层浅埋区，煤层开采形成的导水裂隙带可直达地表，大气降水和地表水是上组煤顶板砂岩裂隙水的重要补给来源。石炭系太原组碎屑岩类裂隙水是13号煤层直接充水水源。含水层单层厚度一般为2.60～4.00m，累计厚度一般为6～8m。13号煤层厚度为5.95～16.68m，平均厚度为13.88m，上距8号煤层38.10～78.10m，平均52.42m，则13号煤层开采后，导水裂隙带将揭露太原组砂岩裂隙含水层，并与上覆8号煤层采空区沟通。井田5号煤层底板标高360～1090m，井田6号煤层底板标高350～1000m，8号煤层底板标高330～1050m，13号煤层底板标高300～950m。根据井田水文地质资料，结合区域水文地质条件，推断井田马家沟组+峰峰组含水层水位标高841～853m，井田5号、6号、8号、13号煤层均属带压开采煤层。

2.2矿井充水通道

根据矿井水文地质条件及开采条件，矿井充水通道可分为自然充水通道和人为充水通道。自然充水通道主要包括断层、陷落柱、构造裂隙等，人为充水通道主要包括煤层采动形成的垮落带、导水裂缝带、封闭不良的钻孔等。

2.2.1矿井充水自然通道

根据现有地质资料及水文地质资料，目前井田内未发现大的断裂构造，也未发现陷落柱，总体上为一走向近南北、倾向西的单斜构造，构造简单[4]。但是需特别注意的是，此结论是在井田内大部分区域未进行地面三维地震条件下得出的，不能排除井田内发育有隐伏的导水断裂构造和岩溶陷落柱的可能。在井田东部煤层露头发育，煤层埋藏相对较浅，井田内地层向西倾斜，大气降水可通过煤层露头的松散沉积物孔隙、基岩裂隙下渗，在基岩裂隙相互沟通的情况下进入采掘工作面。

2.2.2矿井充水人为通道

经估算，5号煤层、6号煤层和13号煤层导水裂缝带最大高度分别为68.79m，77.88m和287.60m，而实测8号煤层导水裂缝带高度为74.8m。井田下部煤层形成的导水裂缝带可发育至上覆煤层的含水层或采空积水区，对下部煤层开采构成威胁；同时，煤层在井田中东部埋藏较浅，回采后形成的导水裂缝带可延伸至地表，直接沟通大气降水与地表水，引起工作面渗水量及采空区积水量的增大，危害矿井生产安全。封闭不良孔是一种人为充水途径，该类导水通道的隐蔽性强[5]。在生产过程中，发现这类钻孔主要有：a)未封闭水文长观孔、水井、煤层气勘探孔；b)已封闭水文孔及勘探事故孔。

3井田及周边地区老窑水分布状况

井田东部煤层浅埋区有关闭的小煤矿和老空水分布，主要分布在井田东部斜沟、麻墕塔沟、庙沟、石佛沟和迷糊沟内的煤层露头附近。结合物探成果及其他水文地质资料对井田采（古）空区积水进行评价：井田8号煤层有10处采空积水区，13号煤层有6处采空积水区，充水水源主要为顶板砂岩裂隙水。根据经验公式对采空区积水量进行估算，估算公式为：Q=KMScosα，(1)式(1)中，Q为采空区积水量，m3；K为充水系数；M为煤层平均厚度，m；S为积水区投影面积，m2；α为煤层倾角，°。经估算，截至2019年11月，井田8号煤层积水区面积316992m2，积水量372982m3；13号煤层积水区面积45572m2，积水量57561m3；井田采空区总积水面积362564m2，总积水量430543m3。井田北部为山西忻州神达晋保煤业有限公司现开采的8号、13号煤层。神达晋保煤业8号、13号煤层存在采空区积水，其中，8号煤层总计积水面积为30372m2，积水量约25481m3，13号煤层总计积水面积为13420m2，积水量约39165m3。

4结语

斜沟煤矿矿井涌水量主要由井筒残留水量、工作面涌水量和采（古）空区来水量构成。近年来，斜沟煤矿矿井涌水量基本正常，但随着开采程度逐年加深，采空面积逐渐增大，矿井涌水量会逐渐增大。因此在开采过程中，一定要坚持“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的原则，做好防治水工作，防止水害事故发生，确保生产安全。

作者：闫宇 单位：山西省煤炭地质水文勘查研究院