礦業工程師評職范文煤礦水文地質條件及防治水

　　摘要：本文主要基于本礦水文地質條件，運用所學的水文地質方面的知識，收集礦井地質及水文地質資料，進行研究和分析，總結礦區存在的水文地質和防治水方面的問題并提出若干防治水措施，以確保礦井安全生產。

　　關鍵詞：水文地質條件,含水層,充水因素,防治水

　　一 礦井概況

　　概況：宇鑫煤礦位于山西省蒲縣克城鎮后賀家峪村-東辛莊村一帶和東林鄉半溝村一帶，礦區西南距蒲縣約26KM，礦區西邊有太林-臨汾公路經喬家灣、土門鎮至臨汾，全程63KM，交通便利。

　　井田地區四季分明，晝夜溫差大，屬大陸半干旱季風型氣候，井田處于呂梁山南端東部，區內地形復雜，切割較為強烈，區內總的地勢為西北、西南、東北部較高，中部偏東較低，最高處位于中部偏西的山脊，海拔為1603.50m，最低處位于井田中南部偏西，海拔為1410.0m。

　　二 礦井地質條件

　　本井田位于霍西煤田霍州礦區的中西部，井田內基巖地層出露良好，第四系中上更新統黃土及第四系沖洪積物主要分布于井田的東部。井田出露的地層主要為二疊系上統上石盒子組下段、下統下石盒子組、山西組地層、石炭系上統太原組，其余地層未見有出露。井田地層由老到新分述如下：

　　1)、奧陶系：中統上馬家溝組(O2s)和中統峰峰組(O2f)。

　　2)、石炭系(C)：中統本溪組(C2b)和上統太原組(C3t)。

　　3)、二疊系(P)：下統山西組(P1s)、下統下石盒子組(P1x) 和上統上石盒子組(P2s)。

　　4)、第四系中上更新統(Q2+3)。

　　三 礦水水文地質條件

　　3.1 地表水系

　　井田地表水系屬黃河水系，區內地形切割強烈，溝谷發育，多呈“V”字型，地表徑流條件好，地表地形有利于山洪排泄因大氣降水形成的地表水，各沖溝常年無水，遇雨一瀉而去，雨停溝干，屬季節性小型溝河。

　　3.2地下水主要含水層

　　1)、奧陶系石灰巖巖溶裂隙含水層

　　井田內無出露，一般埋藏較淺，地層層厚一般大于400m。含水層巖性為石灰巖、豹皮灰巖、白云巖和泥灰巖。奧陶系上部巖溶裂隙不發育，中、下部溶洞和裂隙發育，具有良好的含水空間，富水性強，水量大，水質較好，是礦井內主要含水層，本含水層富水性較弱。

　　2)、太原組石灰巖巖溶裂隙含水層

　　礦井內石炭系地層在中部及南部出露，主要由K2、K3、K4三層石灰巖及中粒砂巖組成，石灰巖平均厚度15.52m，灰巖巖溶裂隙發育不均一，富水性弱-中等，水質類型以HCO3—Na型為主，本含水層富水性弱-中等。

　　3)、二疊系砂巖裂隙含水層

　　本含水層段地層在井田內廣泛分布，主要由K8、K9砂巖等組成。含水層上部以中粒砂巖為主，其下顆粒逐漸變細。含水空間以砂巖裂隙及風化裂隙為主，含孔隙、裂隙水。局部受構造控制為承壓水，本含水層富水性弱。

　　4)、第四系松散砂礫孔隙含水層

　　本含水層分布在山間溝谷地帶，巖性為灰黃色砂質粘土、沙礫層等，含水層富水性受地形地勢及所處位置有關，一般富水性弱-中等。

　　3.3 地下水主要隔水層

　　1)、二疊系泥巖、砂質泥巖隔水層

　　二疊系泥巖、砂質泥巖隔水層主要位于3#、4#煤層頂板以上，由具塑性的泥巖、砂質泥巖等組成。巖性較致密，巖體較完整，裂隙不發育，單層厚度一般小于5m。無構造發育的情況下，有較好的隔水性。

　　2)、石炭系下部泥巖、鋁質泥巖隔水層

　　主要位于9#煤以下至奧灰頂界面之間，巖性主要為泥巖、鋁質泥巖，隔水性能很強，但強度低，砂巖一般為弱透水層但強度高，本隔水層是太原組與下伏奧陶系灰巖之間的重要的隔水層，隔水性能較好。

　　3)、峰峰組上部隔水層

　　峰峰組上部主要以灰色泥質灰巖與質純灰巖互層。鉆探顯示該組巖溶裂隙不發育，溶孔稀少，巖性完整。一般富水性較弱，為相對隔水層。

　　3.4 地下水的補給、徑流、排泄

　　1)、本井田位于龍子祠泉域北中部，巖溶地下水主要以接受井田外石灰巖裸露區大氣降水的補給，地下水水位埋藏較深，地下水總體由北向南徑流，排泄于龍子祠泉，屬區域巖溶地下水補給區。

　　2)、石炭系太原組巖溶裂隙含水層，主要接受大氣降水補給;一般順巖層傾向由高向低處徑流;一部分越層下滲，一部分沿層間裂隙順層徑流;排泄區不明顯，局部分則以礦坑水的形勢排泄。

　　3)、二疊系砂巖裂隙含水層，主要接受裸露區大氣降水補給，局部可接受風化基巖帶裂隙水的補給;一部分地下水沿層面裂隙順層徑流，一部分在地形切割地段以泉的形式排泄或補給其它含水層。

　　4)、井田內地表水系不發育，大氣降水作為淺層含水層的主要補給來源，富水性相對較弱。地下水主要以下滲補給其它含水層為主。

　　四 礦井充水因素分析及涌水量預算

　　4.1 充水水源：

　　主要有大氣降水、洪水期地表水、煤層頂板水、同層老空水等。

　　4.2 充水通道

　　1)、煤層露頭與地層裂隙

　　井田沖溝內存在煤層露頭與地層裂隙，大氣降水或洪水期地表水可通過煤層露頭與地層裂隙進入深部煤層。

　　2)、巖溶陷落柱

　　據已有資料，礦區內未發現巖溶陷落柱，雖然如此，仍然需要進行物探工作進行驗證。

　　3)、斷層

　　礦區內斷層不發育，因區內背斜構造發育，可能存在此生斷層，仍應引起重視。

　　4)、采動裂隙帶

　　采動裂隙導水主要指頂板冒落裂隙，2、9、10號煤層頂板為堅硬砂巖或灰巖，回采后，由于開采時形成的導水裂隙帶可能溝通上覆其它含水層，使其成為煤層開采的間接充水含水層。

　　5)、封閉不良鉆孔

　　該類導水通道的隱蔽性強，垂向導水暢通，不僅使垂向上不同層位的含水層之間發生水力聯系，而且當井下采礦活動揭露或接近鉆孔時，產生突發性的突水事故，所以一旦發生該類導水通道的突水事故，不僅突水初期水量大，而且有比較穩定的補給量，宇鑫井田在煤田勘探及礦井生產過程施工的鉆孔，在施工后鉆孔得到了封閉，但未施工封檢孔，無法對封孔質量進行評價，如存在封孔質量較差的鉆孔，在進行礦井建設和生產時，易引起突水事故，應引起注意。

　　4.3 礦井涌水量預算

　　1)、地下水動力學法

　　由于導水裂隙帶可溝通上部含水層地下水，使之成為礦井直接充水含水層，因此對上述主要水層進行涌水量計算，即為礦井涌水量，采用大井法，選用承壓轉無壓完整井涌水量公式進行計算，其公式為：

　　式中：k-滲透系數(m/d), H-水柱高度(m)，

　　M-含水層厚度(m)， S-水位降深(m)，

　　視計算范圍近似為圓形，引用半徑(r0)，

　　經計算，9、10號煤層上部含水層涌水量為49.17 m3/h。

　　2)、水文地質比擬法

　　采用原井田內公峪老窯溝礦水文地質資料，均為開采10號煤層，礦井現設計主采9、10號煤層，煤礦的生產能力為900kt/a，采用富水系數為0.36m3/d.t。

　　經計算，礦井正常涌水量正常為1080m3/d左右，最大涌水量為1200m3/d。

　　3)、計算結果采用

　　地下水動力學法所計算含水層地下水運動基本上滿足公式的假定，鉆孔抽水質量均達合格品以上，所選用參數合理、可靠，計算正確。但未考慮煤層埋藏比較淺以及與松散層及基巖風化帶水聯系密切的因素。本礦即將開采，采用富水系數法，對礦井實際生產有指導意義。因此礦井年產原煤900kt時，正常涌水量為45m3/h,最大涌水量可考慮取50m3/h。

　　(暫未考慮斷層或陷落柱的影響，也不包括老窯的突水量)。

　　五、礦井水害對生產的影響及防治措施

　　5.1地表水與大氣降水對礦井的影響

　　地表水及大氣降水為礦坑充水的主要來源之一，區內溝谷均為其上游溝谷，一般無水流，若遇暴雨時節，由于匯水面積不大，遇過數小時山洪即退消失，一般無水害，但本區廢棄礦坑與老窯較多，尤其在井田東南部，在雨季應預防大氣降水涌入礦井，造成水害事故。

　　5.2 地下水對礦井的影響

　　5.2.1 導水裂隙帶地下水對煤層開采的影響

　　由于煤層頂板采用垮落式管理，地下水將通過礦坑頂板導水裂隙帶向礦坑充水，為礦坑充水的主要來源之一。

　　煤層開本井田擬開采2、9、10號煤，2號煤頂板巖性為粉細砂巖、泥巖，屬中硬巖，9號煤頂板巖性為石灰巖，屬堅硬巖，10號煤頂板巖性為細砂巖、泥巖，屬中硬巖。

　　采后采用垮落式管理，形成的導水裂縫，溝通了上覆其它含水層，使其成為煤層開采的間接充水含水層，其導水裂縫帶高度采用國家煤炭工業局制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中的公式進行計算，井田內煤層為緩傾角，2、10號煤層頂板屬中硬巖，采用中硬巖層導水裂縫帶高度計算公式，其公式為：

　　式中：—導水裂隙帶高度m，—煤層累計采厚m。

　　9號煤層頂板屬于堅硬巖，采用堅硬巖導水裂縫帶高度計算公式，其公式為：

　　經計算，2、9、10號煤最大導水裂隙高度分別為34.41m,51.57m,47.20m，但10號煤最大導水裂隙高度與9號煤交叉，因此10號煤總導水裂隙帶應為71.55m，(表5-1)。

　　2號煤頂板跨落后，最大導水裂隙帶導通K8砂巖含水層;9、10號煤頂板垮落后，最大導水裂隙帶可導通K7、K4、K3、K2灰巖含水層，但難以導通2號煤以上含水層。

　　5.3 主要水害防治措施

　　5.3.1地表水防治措施

　　1)、開挖排水溝。為保證采掘工作面的正常生產，往往采用排水溝攔截流向坑口的地表水和埋深不大的地下水。

　　2)、防水堵漏。為防止或減少降水及地表水進入礦坑，對礦井附近地表各種通道、巖溶塌陷以及可能滲水的洼地等，均應用粘土或水泥等進行回填堵漏。

　　5.3.2井下水防治措施

　　1)、合理進行開采布局, 采用正確的開采方法。煤層開采順序和井巷布置應以水文地質簡單開拓,井筒及井底車場應布置在地層完整且不易透水處。

　　2)、留防水煤柱。防水煤柱留高，原則是在充分考慮“安全可靠與資源充分利用，開采方法和強度及構造與巖性之關系，開拓、采掘布局與煤柱的協調關系，煤柱的維護條件及效性”的同時，在不宜采取疏放措施的突水區域，設置防水煤柱。

　　3)、超前探水。礦坑水患不僅在于水量大、水壓高，更重要的是在于其突發性。超前探水是在掘井過程中對于可能有水患的地段，提前進行鉆探，以查明采掘工作面、側幫或頂底板的水情，這是確保安全生產的一項重要的防水措施。

　　整體來說，宇鑫煤礦的水文地質條件比較簡單，礦井充水多以頂板滲水、淋水為主，水文地質類型屬于中等，雖然礦井水文地質條件比較簡單，但礦井生產仍應嚴格按照“預測預報、有掘必探、先探后掘，先治后采”的原則，認真做好防水，探水、疏放及排水工作。

　　參考文獻：

　　[1]周新河,等.山西潞安集團宇鑫煤礦水文地質類型劃分報告.

　　[2]陳嚴光,等.礦井水文地質工程.北京：煤炭工業出版社,1984.

　　[3]李正根.水文地質學.北京：地質出版社,1980.