地表河流及老窑水对井田的影响

邢矿集团金谷煤业有限公司地表、河流及老窑水对井田的影响山西古县·金谷煤业有限公司2012年11月8日一、矿井水文地质(一)地表水井田位于太岳山脉东南部，为侵蚀、剥蚀低中山区。出露地层为石炭、二叠系地层，第四系仅零星分布于山梁、缓坡和沟谷内。区内山高沟深、沟谷纵横，地形切割较强烈。总的地形为东、东北部及南部高，西北部沟谷低，地面高程875～1199.9m，最高点位于矿区西南的东圪塔顶，海拔标高1199.9m，最低点位于矿区西南泽泉村南沟谷，海拔标高869.8m，相对高差330.1m，属中低山区。地表水系呈树枝状分布，主要河流有：1、泽泉河泽泉河为洪安涧河的一级支流，为井田内唯一主要河流，流域面积14.7km2，区内全长4.327km，自井田东北部流入，总体流向NE-SW，从井田西南部流出，中上游常年有地表径流，雨季中游流量16.0l/s，HCO3-Ca-Mg型水，下游地表径流全部渗入地下；上游河床为基岩，流经区域地层为二叠系上统上石盒子组、下统山西组，石炭系上统太原组：下游河床为第四系全新统河流沉积，流经区域地层为石炭系上统太原组，据本次调查访问河流最高洪水位高出河床3.0m。2、松木沟河松木沟河为泽泉河支流，发源于井田境外，境内河流长度为1.06km，河床主要由基岩构成，流经区域地层为为二叠系上统上石盒子组、下统山西组，石炭系上统太原组。3、曹家树沟河曹家树河为泽泉河支流，发源于井田境外，境内河流长度为1.70km，河床主要由基岩构成，流经区域地层为二叠系上统上石盒子组、下统山西组，石炭系上统太原组。4、松洼沟河松洼河为泽泉河支流，发源于井田境外，境内河流长度为2.57km，河床主要由基岩构成，流经区域地层为二叠系上统上石盒子组、下统山西组，石炭系上统太原组。上石盒子组底部砂岩裂隙水受地形切割多形成侵蚀下降泉，补给河水。5、老牛沟河老牛沟河为泽泉河支流，发源于井田境外，境内河流长度为1.29km，河床主要由基岩构成，流经区域地层为二叠系下统山西组，石炭系上统太原组。山西组底部砂岩裂隙水受地形切割多形成侵蚀下降泉，补给河水。（二）主要含水层根据区内岩层含水性特征划分的含水岩组及含水层自上而下有：1、第四系松散岩类孔隙含水岩组及其含水层(1)全新统松散岩孔隙潜水含水层（Q4）全新统仅呈窄条带状分布于泽泉河谷内及其支流下游，为河流沉积，岩性为粉土、砂、砂砾，厚度0～5m。含水层为砂砾石、砂，由于厚度小，无好的隔水基底，故含水微弱。（2）上更系统松散岩透水不含水层（Q3）上更系统仅零星分布于山梁、缓坡及沟谷两侧，以黄土为主，岩性为粉土、粉质粘土，厚度0～15.0m；其次，在泽泉河谷两侧局部有河流沉积，构成河谷二级阶地，岩性为粉土、砂、砂砾。由于出露位置高，分布面积小，且不连续，故一般为透水不含水层。2、二叠系上统、下统上、下石盒子组碎屑岩孔隙—裂隙含水岩组及其含水层该含水岩组在井田内广泛出露，岩层倾向多与地表水流方向一致，岩性主要为厚层砂岩夹泥岩，其中含水层主要为砂岩，主要由K10、K9、K8及其它砂岩层组成。其中K8砂岩为煤层顶板间接充水含水层，厚度4.41～7.26m，为灰色中粒长石石英杂砂岩，浅埋藏地带，风化裂隙发育，富水性弱，易接受大气降水沿裂隙渗透补给。随埋深增加，风化裂隙减弱，富水性亦减弱，地表泉水流量0.01-0.02L/s，水质类型为HCO3-Na型水，矿化度低。K9砂岩位于2号煤层之上50m左右，厚度2.70～6.60m，平均为4.40m。富水性与K8砂岩相似。据详查ZK4水文孔抽水试验成果，单位涌水量0.0014L/s.m，混合渗透系数3.77×10-3m/d，因此，该含水岩组含水层为弱富水性的裂隙含水层，地表临沟出露，排泄条件好，富水性弱，对煤层开采影响很小。3、二叠系下统山西组碎屑岩孔隙—裂隙含水岩组及其含水层该含水岩组在井田东部沿露头临沟出露，在井田西部山梁大面积出露，含水层有“中间砂岩”和K7砂岩。“中间砂岩”是2号煤层之上一层较稳定的灰白色中厚层中细粒含煤屑长石石英杂砂岩，砂岩之上有较厚的泥岩隔挡，地表水补给甚少，同时地层相对完整，垂向、侧向补给均不易，为弱含水层。K7砂岩是位于2号煤层之下的含水层，为灰白色中粒含煤屑长石石英杂砂岩，厚1.10～7.95m，孔隙式胶结，胶结物以粘土为主，裂隙不发育，上距3号煤层8-15m，中间以粘土质泥岩为主，间夹砂质泥岩，砂岩，含水层主要接受侧向补给，地表泉水流量≤0.01L/s，水质类型为HCO3-Ca•Mg型水，矿化度0.459g/L,亦为弱含水层,分布于地表附近位于风化裂隙带时，含水性有所提高，据ZK3、ZK4和ZK401水文孔抽水试验成果，单位涌水量0.0012-0.10L/s.m，渗透系数1.59×10-3-0.1726m/d。4、石炭系太原组碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶—裂隙含水岩组及其含水层该含水岩组上部在井田中、西部临沟出露，下部埋藏于地下，含水层主要有K1、K5等砂岩和K2、K3、K4灰岩，是井田内的主要含水层。总厚度12.73～40.33m，平均34.03m。岩性为石英砂岩和含生物碎屑灰岩。浅部较深部风化裂隙及岩溶发育，富水性较好或为透水层；深部裂隙岩溶不发育，接受大气降水及层间侧向补给。灰岩与砂岩层间均有2m至数米厚的泥岩隔水层，使它们均成独立的弱含水层。据ZK402钻孔抽水试验成果，单位涌水量0.0013L/s.m，渗透系数4.8×10-3m/d，水质类型为HCO3•SO4-Ca•K+Na型水，矿化度0.608g/L,属弱富水岩溶含水层。二、周边矿井及小窑1、重组整合形成的冀中能源邢台矿业集团山西古县金谷煤业有限公司井田北邻山西古县吉安欣源煤业有限公司，西与山西古县晋辽下辛佛煤业有限公司和山西古县晋辽柳沟煤业有限公司相望，之间有无煤区或空白资源区相隔。东部和南部为空白资源区，详见四邻关系示意图。2、井田内还有16坐小煤窑，其中开采1号煤层有一坐小煤窑，开采2号煤层有9坐小煤窑，开采6号煤层有2坐小煤窑，开采9号煤层有1坐小煤窑，开采11号煤层有3坐小煤窑。各小煤窑均已经废弃，现在已经被采空区水充满。以往煤矿开采形成的采空区及地方小窑多年形成的采空区积水是矿井充水的主要来源和因素，也是井下发生水害的主要隐患。其中本井田周边2号煤层有2坐小窑开采历史。小窑破坏区积水对本矿下一步开采有威胁。3、采（古）空区分布情况山西克瑞通实业有限公司与山西古县金谷煤业有限公司组织有关技术人员，共同对2、11号煤层采（古）空区进行了调查，并依据山西省煤炭地质物探测绘院测量的矿井井巷道实测图纸，查明了本井田的11煤层号积水区1处。3、采空区积水情况采空区积水量的确定方法及依据以下列公式确定：Q=F.M.k/cosаQ……………采空区积水量（m3）F……………采空区面积（m2）а……………煤层倾角（度）k……………积水系数取0.20-0.50据矿井在生产过程中调查，11号煤层积水区1处，总积水量5049m3。（详见表5-1）。2、9+10号煤层采空区积水情况调查表表5-1煤层号采空区编号采空区面积（km）2积水面积（km）2采厚（m）充水系数煤层倾角（度）积水量（m3）备注210.1720.0251.001.000.205049根据调查，对本井田采空区积水量进行了估算，而且随着开采的不断进行，上覆含水层基本处于疏干和半疏干状态，采空区积水的水源受到很大的影响，加之，矿井在生产过程中，采空区的积水能不断地通过排水通道排至井底水仓，再排向地面静压水池，所以一般情况下，采空区不会积聚大量的地下水。但估算结果表明，目前采空区范围较大，容易汇集地下水从而对井下开采产生危害。4、垮落带、导水裂隙带2、11号煤层开采后是否能导通地表水、上部含水层及采空区积水，可根据三下采煤规程水体下缓倾斜煤层开采时垮落带、导水裂隙带高度计算公式覆岩岩性中硬、坚硬，选用以下公式进行计算：垮落带高度（Hm）计算公式：2号煤层采用：Hm=100M/(4.7M+19)+2.211号煤层采用：Hm=100M/(2.1M+16)+2.5导水裂隙带高度（HLi）计算公式：2号煤层采用：HLi=100M/(1.6M+3.6)+5.6或HLi=20×M1/2+1011号煤层采用：HLi=100M/(1.2M+2.0)+8.9或HLi=30×M1/2+10HLi=导水裂隙带最大高度（m）M=煤层厚度（m）2号煤层厚度取1.00m，经计算，2号煤层开采后垮落带高度为Hm=2.02-6.42m，导水裂隙带高度HLi=13.63—24.83m，或HLi=30.00m,2号煤层在井田各沟谷一带埋藏深度小于80m，扣出盖层厚度10m及基岩风化带深度60m，说明泽泉河地表水对2号煤层开采有充水影响。11号煤层取最大厚度2.55m，经计算，11号煤层开采后垮落带高度为Hm=9.44-14.43m，导水裂隙带高度HLi=41.50—59.30m，或HLi=57.91m，扣除2号煤层底板扰动破坏深度16m，大于2号煤层至11号煤层间距59.06-80.60m，说明11号煤层开采后冒裂带高度可导通2号煤层采空区。为此泽泉河地表水通过2号煤层采空区对11号煤层开采产生充水影响。三、矿井充水因素分析（一）山西组煤层充水因素分析本组局部可采煤层为1、2号煤层，煤层出露于地表，可采的范围分布于井田东部，据初步调查，井田内小窑开采的历史较长，多年来2号煤层主要是沿露头开采，小窑和老窑沿煤层露头一带分布，开采深度不等。松木沟煤矿是井田内唯一系统开采2号煤层的煤矿。在江水坪村西南一带形成了大面积采空区、地面塌陷和地裂缝。充水含水层直接受大气降水的补给，煤层位于地下水位以上或季节变化带内，水量受大气降水的影响，雨季水量大，反之则小。砂岩充水含水层位于煤层之上，以顶板进水为主，地下水随采煤立即或滞后沿裂隙进入矿坑，随着采空区的扩大或顶板冒落，人为造成的导水裂隙向上部延伸，沟通其它含水层，增强地层渗透能力，使矿坑涌水量增大。冒落法开采，导水裂隙一般可以延伸达到K8砂岩，即K8砂岩至煤层之间的含水层水均可进入矿坑，由于这些充水含水层富水性弱，矿坑涌水量不大。（二）太原组煤层充水因素分析本组可采煤层主要是9、10、11号煤层，K4、K5、K6含水层较大面积的出露，K2、K3含水层未出露，充水量受大气降水影响，雨季充水量较大，反之则小。K2、K3、K4、K6灰岩水和K5砂岩裂隙水为煤层的主要充水含水层，K2灰岩直接压煤，为9号煤层的直接充水含水层，本组灰岩水又构成10、11号煤层的间接充水水源。太原组含水层富水性弱，预计矿坑涌水量不大，但是，不排除在断层两侧等富水性好的局部地段，矿坑涌水量会增大。（三）构造对矿坑充水的影响井田发育一条较大的断裂构造F1断层，位于井田南西部，从ZK201钻孔揭露情况看，断裂构造岩带宽15-30m左右，断层带内由断层角砾岩组成，角砾大小混杂，多呈充填状和棱角状，呈现明显的张性断裂构造岩的特征。断裂下盘地表出露太原组地层，上盘出露太原组和山西组地层，为正断层。走向北东—南西向，断层面倾向北西，倾角75-80°左右，断距30m左右。ZK301、ZK401钻孔揭露的地层受到断层影响都较为破碎，断层对矿坑充水的影响一是断层带及其影响带富水性增强，二是构成了导通地下水的通道。（四）其它充水因素分析1、井田内通过巷道掘进和地面地质调查共发现岩溶陷落柱5个，陷落柱是沟通上下含水层的良好通道，在雨季和丰水期也是储水构造，是生产矿井重要的充水来源和通道，岩溶陷落柱多为隐伏状态，地表难以发现，在生产中应对其进行进一步的坑下勘查和超前探放水工作，并按照《煤矿防治水规定》留设足够的防隔水煤柱,避免对生产矿井产生严重充水或突水危害。2、大气降水是本区地下水的主要补给来源之一，井田处于主要沟谷一侧，地形陡，地层产状平缓的地质地貌条件有利于雨水迅速排泄，大气降水仅有少量渗入含水层，各含水层或埋于地下或出露山坡，出露面积很小，不利于大气降水渗入，排泄条件好，含水层富水性弱，故大气降水一般不会产生充水危害。但由于区内煤层埋藏浅，开采放顶和顶板冒落沉降易使地面产