1、賈郭礦區(qū)含水層與礦井充水條件分析1 自然地理概況及礦區(qū)邊界水力性質(zhì)賈郭礦區(qū)位于山西省沁源縣王和鎮(zhèn) 1km 處的后軍溝村及王和鎮(zhèn)古寨村-王陶鄉(xiāng)下城艾村一帶，行政區(qū)劃屬王和鎮(zhèn)和王陶鄉(xiāng)管轄。礦區(qū)地理坐標(biāo)為：東經(jīng)：112° 09′ 03″ -112° 11′ 48″，北緯：36° 54′ 12″ -36° 59′ 06″。礦區(qū)呈不規(guī)則多邊形，南北長 9.1km,東西寬 3.90km,面積為 19.9873km2.礦區(qū)位于太岳山南端，山高溝深，地形復(fù)雜，森林、植被發(fā)育，最高點在

2、礦區(qū)北部的后家山，標(biāo)高1649.7m, 最低點位于古寨村河床，標(biāo)高 1349.0m,相對高差 300.7m,屬中山區(qū)。礦區(qū)北部邊界為王和南正斷層，西部邊界為煤層露頭或隱伏露頭區(qū)，其余兩面為人為邊界。天然狀態(tài)下，礦區(qū)內(nèi)各地下含水層在西部淺埋或露頭區(qū)接受大氣降水、河床孔隙水或地表水的補(bǔ)給。2 礦區(qū)含水層2.1 奧陶系中統(tǒng)（O2f+O2s）碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層是煤系地層下伏的主要含水層，是開采下組煤 9+10、11 號煤層的主要威脅。巖性主要是石灰?guī)r、豹皮灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r，夾有薄層的白云質(zhì)灰?guī)r，泥質(zhì)灰?guī)r，礦區(qū)內(nèi)鉆孔僅揭露上馬家溝組上段。峰峰組下段為泥灰?guī)r夾石膏層 ,

3、 可見有角礫狀石灰?guī)r，棱角狀灰?guī)r碎塊被泥灰?guī)r膠結(jié)，裂隙不發(fā)育，鉆進(jìn)時沖洗液消耗量一般在 0.5m3/h 以下，JG3-1、JG6-1 號孔峰峰組抽水試驗，單位涌水量為 0.052L/s.m 和 0.0013L/s.m,水位標(biāo)高為1174.11m 和 1200.25m,富水性弱。鉆孔揭露上馬家溝組時，均出現(xiàn)了 12-15m3/h 和沖洗液漏失，JG3-1 號孔觀測靜止水位1028.17m;JG6-1號孔抽水試驗（O2f+O2s）單位涌水量0.21L/s·m,水位標(biāo)高 1048.17m,推斷礦區(qū)奧陶系中統(tǒng)巖溶水水位標(biāo)高在 1140 1250m,富水性中等。2.2 太原組碳酸鹽巖（K4

4、、K3、K2）巖溶裂隙含水層太原組含水層主要由 K4、K3、K2 石灰?guī)r組成，K4 石灰?guī)r為 7 號煤直接充水含水層，厚度 3.40m,巖性為深灰色，致密、塊狀，裂隙較發(fā)育，K3 石灰?guī)r為 8 號煤直接頂板，厚度 5.21m,裂隙較發(fā)育，隨埋深增加裂隙逐漸不發(fā)育，K2 石灰?guī)r為 9+10 號煤層直接充水含水層，也是太原組的主要含水層，巖性為深灰色，致密、堅硬、性脆石灰?guī)r，一般含有燧石層及透鏡體，厚 2.00-9.45m,平均厚4.52m,局部較發(fā)育，鉆進(jìn)消耗量一般小于 1.00m3/h.JG3-1、JG6-1 號鉆孔對太原組（K4、K3、K2）含水層抽水試驗，單位涌水量分別為 0.0095L/

5、s.m 和 0.00086L/s.m,水位標(biāo)高為 1327.52m 和 1301.55m,風(fēng)井檢查孔抽水試驗單位涌水量0.0112L/s.m,滲透系數(shù) 0.039m/d,水位標(biāo)高 1367.08m,水質(zhì)為 HCO3·SO4-Na 型，富水性弱。但在局部地段 K2 灰?guī)r埋深較淺，接受大氣降水或河流補(bǔ)給后，富水性顯著增強(qiáng)。2.3 二疊系砂巖裂隙含水層包括山西組、下石盒子組、上石盒子組砂巖含水層，巖性為厚層狀石英長石砂巖，多為鈣質(zhì)膠結(jié)，裂隙稍發(fā)育，鉆進(jìn)消耗量小于 1.00m3/h,一般在 0.2 - 0.5m3/h 之間，JG3-1號孔抽水試驗（K7、K8），單位涌水量 0.008L/

6、s.m,水位標(biāo)高 1332.37m,風(fēng)井檢查孔抽水試驗（K7、K8），單位涌水量 0.0435L/s.m,滲透系數(shù) 0.43m/d,水位標(biāo)高 1375.15m,水質(zhì)為 HCO3·SO4-Na 型，富水性弱。埋藏淺時，風(fēng)化裂隙及節(jié)理發(fā)育，局部含小礫。鉆進(jìn)消耗量達(dá) 5.5m3/h,一般鉆進(jìn)消耗量在 0.5m3/h 以下，泉水流量 0.11L/s,但在西側(cè)局部地段受王陶河補(bǔ)給可能局部富水，礦區(qū)南 2.6km 處 2023 號鉆孔單位涌水量可達(dá) 0.177L/s.m.2.4 第四系砂礫層孔隙潛水含水層第四系全新統(tǒng) Q4及上更新統(tǒng) Q3,分布在礦區(qū)中北部河谷地帶，巖性為灰白色砂質(zhì)粘土、亞粘

7、土砂礫層及礫石層，厚度變化大，層位不穩(wěn)，依地形而異，該層滲水性含水性均好，由于受大氣降水和地表水補(bǔ)給條件好，但埋藏厚度薄，不易形成強(qiáng)含水層，因此，屬弱富水性孔隙潛水含水層。3 礦井充水條件3.1 礦井充水水源3.1.1 大氣降水礦井充水水源無論是地表水或地下水都直接或間接地接受來自于大氣降水的補(bǔ)給。以大氣降水作為主要充水水源的礦坑涌水量及其主要涌水特點是涌水動態(tài)與當(dāng)?shù)亟邓畡討B(tài)相一致，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化和多年周期性變化。賈郭礦區(qū)氣候干燥，降水量分配不均勻，歷年降水集中在79月份。在礦區(qū)西部淺部地帶，礦井涌水量的變化規(guī)律及水量的增大與降水量的多少有明顯關(guān)系，并由于風(fēng)化裂隙以及開采塌陷裂隙，形成

8、了集中補(bǔ)給。3.1.2 地表水礦區(qū)內(nèi)河流屬黃河流域汾河水系，地表河流主要為王鳳河，王鳳河由東向西貫穿礦區(qū)，平時為溪流或干枯，在雨季流量增大，礦區(qū)西側(cè)的后溝河、王陶河在古寨與王鳳河匯成龍鳳河，為季節(jié)性河流，礦區(qū)南部為近東西向的下城艾河，西流匯入王陶河。礦區(qū)內(nèi) 1 號煤層為最上一層可采煤層，煤層露頭位于礦區(qū)西部，煤層頂板多為中粒砂巖及細(xì)粒砂巖，成分以石英為主，次為長石，采煤形成頂板導(dǎo)水裂隙帶最大高度約 33.41m,1 號煤層采動導(dǎo)水裂縫帶在礦區(qū)西部煤層淺埋處可達(dá)到地表，尤其在王陶河?xùn)|側(cè)，1 號煤層采動導(dǎo)水裂縫與上覆砂巖體及王陶河潛水發(fā)生水力聯(lián)系，從而對礦井開采產(chǎn)生影響。因此，地表水成為礦井開采的

9、主要充水水源之一。3.1.3 煤系地層裂隙水礦井頂板導(dǎo)水裂縫帶將溝通其發(fā)育范圍內(nèi)各含水層間水力聯(lián)系，通過導(dǎo)水裂縫帶向礦井充水，為礦井充水的主要來源。根據(jù)導(dǎo)水裂隙帶最大高度經(jīng)驗公式（建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程），礦區(qū)巖石類型為中硬，導(dǎo)水裂縫帶（Hli）的高度可用下式計算：式中：M -累計采煤厚度 （m）；根據(jù)上述計算公式計算可知，賈郭煤礦開采1、2、3、7下、9+10、10下、11 號煤層直接充水含水層為山西組、下石盒子組砂巖裂隙含水層和太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。山西組 1 號煤層開采后，在導(dǎo)水裂隙帶高度范圍內(nèi)的含水層將被破壞，局部裂隙可達(dá)地表，地表水可通過導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)

10、入井下，對礦井生產(chǎn)造成一定影響。太原組 9+10 號煤層開采后，導(dǎo)水裂隙帶將破壞其上部的灰?guī)r含水層，在礦區(qū)西部埋藏淺處導(dǎo)水裂隙帶可達(dá)地表，受大氣降水、地表水和孔隙地下水補(bǔ)給，富水性較好，會對礦井產(chǎn)生一定影響。3.1.4 奧陶系巖溶水根據(jù) JG3-1、JG6-1 兩個水文孔的資料，且根據(jù)水力坡度推出本礦區(qū)奧陶系中統(tǒng)巖溶水水位標(biāo)高在 1140 1250m之間，礦區(qū)內(nèi)山西組 1、2、3 號煤層底板標(biāo)高分別在9801490m、9501410m、9501410m之間，太原組7下、9+10、10下、11 號煤層底板標(biāo)高分別在 890 1390m、850 1350m、850 1330m、850 1330m

11、之間。各煤層底板標(biāo)高局部或大部低于巖溶水水位標(biāo)高，屬局部或大部帶壓開采礦床。礦區(qū) 1 號煤層最大突水系數(shù) 0.0185MPa/m,2 號煤層最大突水系數(shù)0.0215MPa/m,3號煤層最大突水系數(shù)0.0231MPa/m,7下號煤層最大突水系數(shù) 0.0330MPa/m,9+10 號煤層最大突水系數(shù)0.0494MPa/m,10下號煤層最大突水系數(shù)0.0525MPa/m,11 號煤層最大突水系數(shù) 0.0554MPa/m.根據(jù)煤礦防治水規(guī)定：底板受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)一般不大于0.06Mpa/m,正常塊段不大于 0.1Mpa/m,即具有構(gòu)造破壞的地區(qū)，安全突水系數(shù)為 0.06（MPa/m），無構(gòu)造破壞

12、的地區(qū)，安全突水系數(shù)為 0.10（MPa/m）。本礦區(qū)為有構(gòu)造破壞地區(qū)。1、2、3、7下、9+10、10下、11 號煤層最大突水系數(shù)均小于臨界突水系數(shù)（0.06MPa/m），可以滿足帶壓開采的要求，奧陶系灰?guī)r巖溶水對礦區(qū)內(nèi)上述煤層突水的可能性小。3.2 礦井充水通道礦井充水必備的兩個條件：一是充水水源，二是充水途徑。只有兩個條件都具備了才有可能發(fā)生突水。3.2.1 斷裂及破碎帶構(gòu)造裂隙（斷裂），它包括各種節(jié)理、斷層、斷裂破碎帶和陷落柱等，是礦井充水和礦井透水的主要通道。構(gòu)造裂隙對礦井充水的影響，一方面表現(xiàn)在其本身的富水性；另一方面又往往是各種水源進(jìn)入采掘工作面的天然通道。所以，當(dāng)采掘工作面和它

13、們相遇或接近時，與它有關(guān)的水源則會通過它們涌入井下。礦區(qū)總體構(gòu)造古寨村以北為一軸向北北西的一組背、向斜構(gòu)造；古寨村以南為走向 NW - SE、傾向NE 的單斜構(gòu)造，地層傾角一般 6-14°。礦區(qū)北部邊界發(fā)育有王和南斷層，落差 100 320m,礦區(qū)內(nèi)發(fā)育 1 條逆斷層，落差 40-85m,落差在 10 40m 的正斷層 10 條，發(fā)現(xiàn) 3 個長軸直徑 70 120m 的陷落柱。斷裂構(gòu)造溝通了各含水層之間的水力聯(lián)系，便破壞了地下水的天然流場，成為地下水進(jìn)入礦井的良好通道。3.2.2 煤層開采后因頂板冒落而形成的采后裂隙頂板破壞也是一種人為的充水途徑，由于煤層開采后采空區(qū)上方頂板巖層失去支

14、撐和平衡，會產(chǎn)生變形，以致破壞，這就會給上部含水層提供充水途徑。隨著礦井的大面積開采，導(dǎo)水裂隙帶成為各種水源進(jìn)入礦井的主要通道。3.2.3 井巷工程連通井巷施工過程中揭露并連通了所經(jīng)過的含水層組，由于巷道壁后封閉止水不良，會使得淺部孔隙水或基巖風(fēng)化帶裂隙水滲入井下，就會出現(xiàn)礦井巷道出水點滲水，現(xiàn)狀條件下，井筒滲水是賈郭礦井充水的主要形式之一。3.2.4 封閉不良的鉆孔導(dǎo)通按規(guī)定，勘探時施工的各種鉆孔，在工作結(jié)束后都要按要求進(jìn)行封閉，如果封孔質(zhì)量未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，鉆孔就成了煤層與其頂?shù)装搴畬踊虻乇硭g的充水通道。在開采過程中，遇到或接近它們時，就會引起涌水或造成淹井事故。4 礦井充水狀況4.1

15、 礦井充水狀況根據(jù)礦井開拓面積，開采各煤層主要充水水源為頂板砂巖或石灰?guī)r裂隙水，礦井涌水以頂板淋水為主，局部裂隙出水量較大，礦坑水經(jīng)過排水渠流到水倉，礦井涌水量水量變化在西部淺埋區(qū)與降雨量關(guān)系較密切，大氣降水沿風(fēng)化裂隙以及開采塌陷裂隙進(jìn)入井下。據(jù)調(diào)查，在管道斜井（與回風(fēng)斜井的聯(lián)絡(luò)巷附近）和副斜井附近的巷道內(nèi)有涌水點，出水量分別為40m3/h和80m3/h,充水水源為K2石灰?guī)r裂隙水，K2 灰?guī)r在西部淺埋區(qū)與基巖風(fēng)化帶裂隙水及地表水發(fā)生水力聯(lián)系，K2 含水層在該地段富水性增強(qiáng)。后經(jīng)灌漿封堵，出水量變小為 30m3/h 和 10m3/h,但又在回風(fēng)斜井（與管道斜井的聯(lián)絡(luò)巷附近）出現(xiàn)新的涌水點，出水

16、量為 80m3/h,灌漿封堵前后 K2 含水層總體出水量不變，涌水量為 120m3/h.礦區(qū)東部 K2 灰?guī)r煤層埋藏較深，導(dǎo)水裂隙帶高度達(dá)不到地表，富水性弱，礦井正常涌水量為 150m3/d,最大涌水量為240m3/d.4.2 礦井涌水量預(yù)算根據(jù)礦井生產(chǎn)能力（180 萬 t/a）預(yù)算各煤層涌水量。4.2.1 預(yù)算方法及參數(shù)現(xiàn)根據(jù)富水系數(shù)比擬法預(yù)算當(dāng)?shù)V井開采各煤層生產(chǎn)能力達(dá)到設(shè)計生產(chǎn)能力 180 萬 t/a 時的礦井涌水量，有關(guān)參數(shù)采用賈郭煤礦生產(chǎn)礦井調(diào)查及統(tǒng)計。計算公式為 Q=×Q0P0×PQ0- 生產(chǎn)礦井涌水量 m3/d,Q- 設(shè)計礦井涌水量 m3/d,P0- 生產(chǎn)礦

17、井開采量 （833t/d），P- 設(shè)計礦井開采量 （5000t/d）。本礦生產(chǎn)礦井涌水量 Q01 號煤層：正常涌水量 290m3/d;最大涌水量 345m3/d9+10、11 號煤層：正常涌水量 355m3/d;最大涌水量395m3/d4.2.2 預(yù)測結(jié)果1 號煤層預(yù)測的涌水量：Q 正常 =Q0=290×5000=1740m3/dP0×P 833Q 最大 =Q0=345×5000=2070m3/dP0×P 833當(dāng)?shù)V井開采 1 號煤層生產(chǎn)能力達(dá)到 180 萬 t/a 時，則礦井涌水量預(yù)計正常為 1740m3/d,最大為 2070m3/d.2、3、

18、7下號煤層充水含水層主要為砂巖裂隙水，礦井涌水量與 1 號煤層比較接近。9+10、10下、11 號煤層預(yù)測的涌水量：Q 正常 =Q0=355×5000=2130m3/dP0×P 833Q 最大 =Q0=395×5000=2370m3/dP0×P 833當(dāng)?shù)V井開采 9+10、10下、11 號煤層生產(chǎn)能力達(dá)到 180萬 t/a 時，則礦井涌水量預(yù)計正常為 2130m3/d,最大為2370m3/d.加上 K2 灰?guī)r出水點涌水量 2880m3/d（120m3/h），預(yù)計礦井涌水量正常為 5010m3/d.5 結(jié)論根據(jù)歷年來生產(chǎn)礦井水文地質(zhì)觀測資料綜合本次研究認(rèn)為 , 賈郭礦區(qū)的水文地質(zhì)具有如下特征。5.1 礦區(qū)含水層及其主要特征礦區(qū)內(nèi)含水巖組主要有第四系砂礫層孔隙潛水含水層、二疊系砂巖裂隙含水層、太原組碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層、奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層。第四系砂礫層孔隙潛水含水層主要分布礦區(qū)中北部河谷，富水性不強(qiáng)。二疊系砂巖裂隙含水層是礦區(qū)的直接充水含水層，但富水性不強(qiáng)。碳酸鹽巖含水巖組，是礦區(qū)間接充水含水層。太