矿业工程师评职范文煤矿水文地质条件及防治水

　　摘要：本文主要基于本矿水文地质条件，运用所学的水文地质方面的知识，收集矿井地质及水文地质资料，进行研究和分析，总结矿区存在的水文地质和防治水方面的问题并提出若干防治水措施，以确保矿井安全生产。

　　关键词：水文地质条件,含水层,充水因素,防治水

　　一 矿井概况

　　概况：宇鑫煤矿位于山西省蒲县克城镇后贺家峪村-东辛庄村一带和东林乡半沟村一带，矿区西南距蒲县约26KM，矿区西边有太林-临汾公路经乔家湾、土门镇至临汾，全程63KM，交通便利。

　　井田地区四季分明，昼夜温差大，属大陆半干旱季风型气候，井田处于吕梁山南端东部，区内地形复杂，切割较为强烈，区内总的地势为西北、西南、东北部较高，中部偏东较低，最高处位于中部偏西的山脊，海拔为1603.50m，最低处位于井田中南部偏西，海拔为1410.0m。

　　二 矿井地质条件

　　本井田位于霍西煤田霍州矿区的中西部，井田内基岩地层出露良好，第四系中上更新统黄土及第四系冲洪积物主要分布于井田的东部。井田出露的地层主要为二叠系上统上石盒子组下段、下统下石盒子组、山西组地层、石炭系上统太原组，其余地层未见有出露。井田地层由老到新分述如下：

　　1)、奥陶系：中统上马家沟组(O2s)和中统峰峰组(O2f)。

　　2)、石炭系(C)：中统本溪组(C2b)和上统太原组(C3t)。

　　3)、二叠系(P)：下统山西组(P1s)、下统下石盒子组(P1x) 和上统上石盒子组(P2s)。

　　4)、第四系中上更新统(Q2+3)。

　　三 矿水水文地质条件

　　3.1 地表水系

　　井田地表水系属黄河水系，区内地形切割强烈，沟谷发育，多呈“V”字型，地表径流条件好，地表地形有利于山洪排泄因大气降水形成的地表水，各冲沟常年无水，遇雨一泻而去，雨停沟干，属季节性小型沟河。

　　3.2地下水主要含水层

　　1)、奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层

　　井田内无出露，一般埋藏较浅，地层层厚一般大于400m。含水层岩性为石灰岩、豹皮灰岩、白云岩和泥灰岩。奥陶系上部岩溶裂隙不发育，中、下部溶洞和裂隙发育，具有良好的含水空间，富水性强，水量大，水质较好，是矿井内主要含水层，本含水层富水性较弱。

　　2)、太原组石灰岩岩溶裂隙含水层

　　矿井内石炭系地层在中部及南部出露，主要由K2、K3、K4三层石灰岩及中粒砂岩组成，石灰岩平均厚度15.52m，灰岩岩溶裂隙发育不均一，富水性弱-中等，水质类型以HCO3—Na型为主，本含水层富水性弱-中等。

　　3)、二叠系砂岩裂隙含水层

　　本含水层段地层在井田内广泛分布，主要由K8、K9砂岩等组成。含水层上部以中粒砂岩为主，其下颗粒逐渐变细。含水空间以砂岩裂隙及风化裂隙为主，含孔隙、裂隙水。局部受构造控制为承压水，本含水层富水性弱。

　　4)、第四系松散砂砾孔隙含水层

　　本含水层分布在山间沟谷地带，岩性为灰黄色砂质粘土、沙砾层等，含水层富水性受地形地势及所处位置有关，一般富水性弱-中等。

　　3.3 地下水主要隔水层

　　1)、二叠系泥岩、砂质泥岩隔水层

　　二叠系泥岩、砂质泥岩隔水层主要位于3#、4#煤层顶板以上，由具塑性的泥岩、砂质泥岩等组成。岩性较致密，岩体较完整，裂隙不发育，单层厚度一般小于5m。无构造发育的情况下，有较好的隔水性。

　　2)、石炭系下部泥岩、铝质泥岩隔水层

　　主要位于9#煤以下至奥灰顶界面之间，岩性主要为泥岩、铝质泥岩，隔水性能很强，但强度低，砂岩一般为弱透水层但强度高，本隔水层是太原组与下伏奥陶系灰岩之间的重要的隔水层，隔水性能较好。

　　3)、峰峰组上部隔水层

　　峰峰组上部主要以灰色泥质灰岩与质纯灰岩互层。钻探显示该组岩溶裂隙不发育，溶孔稀少，岩性完整。一般富水性较弱，为相对隔水层。

　　3.4 地下水的补给、径流、排泄

　　1)、本井田位于龙子祠泉域北中部，岩溶地下水主要以接受井田外石灰岩裸露区大气降水的补给，地下水水位埋藏较深，地下水总体由北向南径流，排泄于龙子祠泉，属区域岩溶地下水补给区。

　　2)、石炭系太原组岩溶裂隙含水层，主要接受大气降水补给;一般顺岩层倾向由高向低处径流;一部分越层下渗，一部分沿层间裂隙顺层径流;排泄区不明显，局部分则以矿坑水的形势排泄。

　　3)、二叠系砂岩裂隙含水层，主要接受裸露区大气降水补给，局部可接受风化基岩带裂隙水的补给;一部分地下水沿层面裂隙顺层径流，一部分在地形切割地段以泉的形式排泄或补给其它含水层。

　　4)、井田内地表水系不发育，大气降水作为浅层含水层的主要补给来源，富水性相对较弱。地下水主要以下渗补给其它含水层为主。

　　四 矿井充水因素分析及涌水量预算

　　4.1 充水水源：

　　主要有大气降水、洪水期地表水、煤层顶板水、同层老空水等。

　　4.2 充水通道

　　1)、煤层露头与地层裂隙

　　井田冲沟内存在煤层露头与地层裂隙，大气降水或洪水期地表水可通过煤层露头与地层裂隙进入深部煤层。

　　2)、岩溶陷落柱

　　据已有资料，矿区内未发现岩溶陷落柱，虽然如此，仍然需要进行物探工作进行验证。

　　3)、断层

　　矿区内断层不发育，因区内背斜构造发育，可能存在此生断层，仍应引起重视。

　　4)、采动裂隙带

　　采动裂隙导水主要指顶板冒落裂隙，2、9、10号煤层顶板为坚硬砂岩或灰岩，回采后，由于开采时形成的导水裂隙带可能沟通上覆其它含水层，使其成为煤层开采的间接充水含水层。

　　5)、封闭不良钻孔

　　该类导水通道的隐蔽性强，垂向导水畅通，不仅使垂向上不同层位的含水层之间发生水力联系，而且当井下采矿活动揭露或接近钻孔时，产生突发性的突水事故，所以一旦发生该类导水通道的突水事故，不仅突水初期水量大，而且有比较稳定的补给量，宇鑫井田在煤田勘探及矿井生产过程施工的钻孔，在施工后钻孔得到了封闭，但未施工封检孔，无法对封孔质量进行评价，如存在封孔质量较差的钻孔，在进行矿井建设和生产时，易引起突水事故，应引起注意。

　　4.3 矿井涌水量预算

　　1)、地下水动力学法

　　由于导水裂隙带可沟通上部含水层地下水，使之成为矿井直接充水含水层，因此对上述主要水层进行涌水量计算，即为矿井涌水量，采用大井法，选用承压转无压完整井涌水量公式进行计算，其公式为：

　　式中：k-渗透系数(m/d), H-水柱高度(m)，

　　M-含水层厚度(m)， S-水位降深(m)，

　　视计算范围近似为圆形，引用半径(r0)，

　　经计算，9、10号煤层上部含水层涌水量为49.17 m3/h。

　　2)、水文地质比拟法

　　采用原井田内公峪老窑沟矿水文地质资料，均为开采10号煤层，矿井现设计主采9、10号煤层，煤矿的生产能力为900kt/a，采用富水系数为0.36m3/d.t。

　　经计算，矿井正常涌水量正常为1080m3/d左右，最大涌水量为1200m3/d。

　　3)、计算结果采用

　　地下水动力学法所计算含水层地下水运动基本上满足公式的假定，钻孔抽水质量均达合格品以上，所选用参数合理、可靠，计算正确。但未考虑煤层埋藏比较浅以及与松散层及基岩风化带水联系密切的因素。本矿即将开采，采用富水系数法，对矿井实际生产有指导意义。因此矿井年产原煤900kt时，正常涌水量为45m3/h,最大涌水量可考虑取50m3/h。

　　(暂未考虑断层或陷落柱的影响，也不包括老窑的突水量)。

　　五、矿井水害对生产的影响及防治措施

　　5.1地表水与大气降水对矿井的影响

　　地表水及大气降水为矿坑充水的主要来源之一，区内沟谷均为其上游沟谷，一般无水流，若遇暴雨时节，由于汇水面积不大，遇过数小时山洪即退消失，一般无水害，但本区废弃矿坑与老窑较多，尤其在井田东南部，在雨季应预防大气降水涌入矿井，造成水害事故。

　　5.2 地下水对矿井的影响

　　5.2.1 导水裂隙带地下水对煤层开采的影响

　　由于煤层顶板采用垮落式管理，地下水将通过矿坑顶板导水裂隙带向矿坑充水，为矿坑充水的主要来源之一。

　　煤层开本井田拟开采2、9、10号煤，2号煤顶板岩性为粉细砂岩、泥岩，属中硬岩，9号煤顶板岩性为石灰岩，属坚硬岩，10号煤顶板岩性为细砂岩、泥岩，属中硬岩。

　　采后采用垮落式管理，形成的导水裂缝，沟通了上覆其它含水层，使其成为煤层开采的间接充水含水层，其导水裂缝带高度采用国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的公式进行计算，井田内煤层为缓倾角，2、10号煤层顶板属中硬岩，采用中硬岩层导水裂缝带高度计算公式，其公式为：

　　式中：—导水裂隙带高度m，—煤层累计采厚m。

　　9号煤层顶板属于坚硬岩，采用坚硬岩导水裂缝带高度计算公式，其公式为：

　　经计算，2、9、10号煤最大导水裂隙高度分别为34.41m,51.57m,47.20m，但10号煤最大导水裂隙高度与9号煤交叉，因此10号煤总导水裂隙带应为71.55m，(表5-1)。

　　2号煤顶板跨落后，最大导水裂隙带导通K8砂岩含水层;9、10号煤顶板垮落后，最大导水裂隙带可导通K7、K4、K3、K2灰岩含水层，但难以导通2号煤以上含水层。

　　5.3 主要水害防治措施

　　5.3.1地表水防治措施

　　1)、开挖排水沟。为保证采掘工作面的正常生产，往往采用排水沟拦截流向坑口的地表水和埋深不大的地下水。

　　2)、防水堵漏。为防止或减少降水及地表水进入矿坑，对矿井附近地表各种通道、岩溶塌陷以及可能渗水的洼地等，均应用粘土或水泥等进行回填堵漏。

　　5.3.2井下水防治措施

　　1)、合理进行开采布局, 采用正确的开采方法。煤层开采顺序和井巷布置应以水文地质简单开拓,井筒及井底车场应布置在地层完整且不易透水处。

　　2)、留防水煤柱。防水煤柱留高，原则是在充分考虑“安全可靠与资源充分利用，开采方法和强度及构造与岩性之关系，开拓、采掘布局与煤柱的协调关系，煤柱的维护条件及效性”的同时，在不宜采取疏放措施的突水区域，设置防水煤柱。

　　3)、超前探水。矿坑水患不仅在于水量大、水压高，更重要的是在于其突发性。超前探水是在掘井过程中对于可能有水患的地段，提前进行钻探，以查明采掘工作面、侧帮或顶底板的水情，这是确保安全生产的一项重要的防水措施。

　　整体来说，宇鑫煤矿的水文地质条件比较简单，矿井充水多以顶板渗水、淋水为主，水文地质类型属于中等，虽然矿井水文地质条件比较简单，但矿井生产仍应严格按照“预测预报、有掘必探、先探后掘，先治后采”的原则，认真做好防水，探水、疏放及排水工作。

　　参考文献：

　　[1]周新河,等.山西潞安集团宇鑫煤矿水文地质类型划分报告.

　　[2]陈严光,等.矿井水文地质工程.北京：煤炭工业出版社,1984.

　　[3]李正根.水文地质学.北京：地质出版社,1980.