贵州省兴荣煤矿水文地质条件分析及涌水量预测
时间：2023-02-17 11:05:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
杨 林，洪五华
（贵州省煤田地质局水源队，贵州 贵阳 550081）
兴荣煤矿位于贵州省织金县城北东约10km，属织金县绮陌乡管辖，矿区面积为0.9553km2。矿区地貌主要属低中山岩溶侵蚀地貌，其次为低中山构造侵蚀切割地貌。全区可采煤层为6、16、21、27四层，总厚度平均7.80m。
2.1 区域水文地质特征
兴荣煤矿矿区位于织金煤田内，织金煤田位于黔西北高原与黔中山原的过渡带—黔西中山区，海拔高度一般在l400～1800m之间，山峰连绵，峰峦重叠。山岭走向与地质构造线基本一致，主要呈北东向的条带分布。
区内碳酸盐岩层分布广泛，岩溶发育，加之河谷纵横割切，形成了丛山峻岭间深沟狭谷及面积不大的山间槽谷及溶蚀盆地。织金煤田北、东、南三面，以六冲河和三岔河两河流为主干，中部隆起之山脊为分水岭，发育了较密集的支流，各河流下切强烈，多成深沟狭谷，流经灰岩地段，时隐时现，瀑布悬挂，具有源短细流，水量随季节性降雨暴涨暴落的特征。各河流是本区域内地表水和地下水的集中排泄渠道。
织金煤田区内地下水的主要类型是岩溶水、裂隙水、局部存在有孔隙水。地下水的赋存和富集、径流及排泄，受构造、地形及岩性的控制。
与煤矿床勘探和开采有关的含水层(带)有：三叠系下统的永宁镇组、飞仙关组，二叠系上统的大隆、长兴组、龙潭组、峨嵋山玄武岩组，二叠系中统的茅口组。
岩溶水主要赋存于各向斜中的永宁镇组、飞仙关组中、上部和向斜两翼的茅口组等碳酸盐岩层中。以上各组地层在区内分布广泛，地表上多成峰丛斜坡或峰丛谷地，具较典型的岩溶地貌；
各类岩溶都十分发育，地下暗河亦屡见不鲜。
地下水以管道式暗流集中径流为其特点，大致有这样的规律：
（1）以矿区二级分水岭为界，东部以条带状弧立管道为主，规模较小，地下径流较短，在附近河谷两侧多以悬挂水的形成沿溶洞泄入河流中；
西部暗河多呈树枝状展布，从两翼向轴部汇流，主暗河向倾斜端径流，规模一般较大，如：三塘暗河总长达20km。
（2）地下水循环交替强烈，运动速度较快，地表水与地下水间存在明显的互补和转化。
（3）大气降雨可以直接渗入补给，但含水岩层多被切割，排泄条件好，含水较丰富；
季节性变化很大，往往是雨后遍地泉水横溢，久晴则断流干涸。
2.2 矿井水文地质
矿区内煤系地层之上的三叠系飞仙关组广泛出露，溶丘缓坡和其它类型岩溶都较发育，富水性较强。煤系地层之下的峨嵋山玄武岩组缺失，煤系底部茅口组灰岩较发育，富水性较强。一般情况下富水性较强的飞仙关组二段和茅口灰岩对煤系地层没有直接水力影响。矿区内无大的地表水体，仅有少量季节性冲沟。在区内也未发现泉水出露。
2.2.1 含水层
第四系孔隙含水层(Q)，厚0～20m，一般厚1～5m。以残积、坡积为主，结构松散。地表未见泉水出露，多属透水层；
在河谷地带有冲积层分布，含少量孔隙水，富水性弱。
飞仙关组泥灰岩岩溶裂隙含水带(T1f)，此带与上覆和下伏地层间岩性都是逐渐变化的，无明显标志，一般厚120m左右。为薄层、中厚层泥灰岩，间夹薄层灰岩。地表常成沿地层走向延伸的侵蚀山岭地貌，地势一般较高。垂直节理裂隙较发育，大部为方解石全充填。此带以裂隙含水为主，含水性较弱，与上覆强岩溶水比较，尚具有相对的隔水作用。水质属低矿化度的重碳酸盐钙型水。
大隆、长兴组岩溶裂隙含水带(P3c+d)，大隆组至6号煤层底，厚51～78m，一般厚65m左右。由硅质灰岩、燧石灰岩、细砂岩、粉砂岩及煤层等组成。主要含水岩石为石灰岩，一般6层，其厚37m。富水性中等。
茅口组石灰岩溶洞水强含水带(P2m)，在西部边缘广泛出露,由厚层状，中厚层及薄层状石灰岩和燧石灰岩等组成，厚达300余米。常为地势较高的峰丛山地。岩石普遍破碎，岩溶裂隙十分发育，尤其顶部，常见蜂窝状溶孔和方解石晶洞，裂隙面上有大量赤褐色、褐色氧化铁附着，此带出露面积广，岩溶发育，补给条件好，是区内含溶洞水最丰富的地层。
2.2.2 隔水层
煤矿含煤地层为龙潭组(P3l)，由细砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层及石灰岩等组成。区内龙潭煤组地层厚242～265m，一般厚251m；
其中夹石灰岩较稳定的三层(即标四、标五及标六)，大体上有由西往东略增厚之势，岩性较不稳定，常为粉砂岩取代。含水岩层与隔水岩层成互层状。
2.2.3 构造富水性
矿区内断层较少，地面共查明有2条，未出露地表的盲小断层4条，总共6条。这些断层的存在，对本区地下水补给、排泄、流向均有一定影响。
据勘探资料，本矿区断层尚未与区内强含水层直接沟通，所以断层导水性较弱，对矿床充水影响较小。断层切割是造成地层富水性不均匀的因素之一。一般来说，与补给区相连的断层较强，反之富水性就弱。但断层起隔水作用是有条件的，并不是所有断层或者一条断层的所有地段都具有隔水作用，这要视断层带接触岩石而定，当断层接触带都是含水岩石，特别是岩溶化石灰岩时，则有利于地下水活动，而起导水作用。
2.2.4 地下水补给、径流排泄情况
矿区内地下水的主要补给来源是大气降雨。但各含水层的补给、排泄条件则取决于埋藏条件、含水层的充水空间的发育程度以及地形、地质条件。
补给条件与排泄条件最好的是上覆的飞仙关组裂隙溶洞含水带和下伏的茅口组裂隙溶洞含水带。各种形态的岩溶很发育，大气降雨及地表水可以直接渗入补给地下水，然后又沿各岩溶通道，在河谷两岸流出排泄。
大隆、长兴组及龙潭组各含水带，由于上覆有很厚的飞仙关组地层、埋藏一般都较深，加之出露地势较高，地形又很利于大气降雨及地表水的排泄，补给条件很差、埋藏越深越差。
补给条件比较而言：浅部比深部好，大隆、长兴组较龙潭组好。排泄条件和方向，主要受构造、特别是断层的控制和影响。
综上所述，矿区内主要矿体位于侵蚀基准面以下，但矿区内无地表水体；
龙潭组上部煤层与上覆的大隆、长兴组岩溶含水层之间水力联系较弱；
龙潭组下部茅口组富水性强，但由于龙潭底部（27煤层以下）的泥岩细砂岩对其能起到相对隔水作用，所以龙潭组下部煤层与下伏的茅囗组水力联系亦弱，但隐伏断层破碎带可能成为矿井充水的直接或间接通道。岩溶裂隙水对煤矿床开采影响较小。固本矿床水文地质类型属第二类一型，即充水水源以含煤地层基岩裂隙充水为主，充水方式以顶板裂隙充水为主，属水文地质条件简单的煤矿床。
3.1 充水水源
煤矿生产过程中顶底板形成涌水量相对较大。煤矿已采3个工作面，采空区均存有积水，且采后出水量较大，是矿井涌水量的主要组成部分。随着已采工作面逐步增加，采空区出水量及所占比例也逐渐增大，成为矿井的主要充水水源之一。
根据调查，矿区老窑主要在矿区西、北部煤层露头处，已经根据国家政策关闭，深度较大的老窑有6个，老窑内均有积水，积水面积共约0.038km2，积水量约30000m3，成为矿井充水水源又一重要原因。
3.2 充水通道
3.2.1 基岩节理、裂隙
据勘探报告中地质钻探资料，区内基岩节理、裂隙较发育，这些是连通含水地层与煤层的天然通道。
3.2.2 采煤冒落、裂隙带未来煤矿的开采过程中，由于煤层大面积的开采，必将引起大量的采矿裂隙出现，这些人工裂隙将会是沟通含水地层与煤层的良好通道。
区内16号煤层和18号煤层，21号煤层和23号煤层，相对间隔较小，在上层煤层开采时导水裂隙带可能波及下层煤层。
根据目前矿区开采的资料，矿井目前开采的标高为+1266m，采空区面积为0.212km2，正常情况下涌水量为10m3/h,矿井最大涌水量为18m3/h。可采用比拟法进行估算矿井未来开采+1150m水平时的矿井涌水量（二水平标高）。计算结果见表1。
表1 矿井涌水量估算结果
式中：Q——预测矿井涌水量，m3/d；
Ql——矿井现状实测涌水量，m3/d；
F——矿区拟开采面积，km2，开采到+1150标高时开采面积为0.53km2
Fl——矿区实际采空区面积，km2；
S——预测未来地下水位下降值，m；
Sl——矿区现状水位降深值，m。
因此，矿井在未来开采至+1150m标高时，预计矿井正常涌水量为24.33m3/h，最大涌水量为43.80m3/h。
（1）合理规划采区，抓好雨季“三防”和突发性地质灾害的防预工作。
（2）在施工过程中，加强对作业面的观察，如发现冒汗、滴水、掉块、片帮等异常现象时，应及时采取相应的安全措施。严禁对煤层底板隔水层进行大面积剥离，避免造成底板突水；
重点注意以下地段：煤层被错动地段、煤层遇底板灰岩喀斯特突起地段、煤层岩体破碎，完整性差的地段。
（3）在开采前先探明水文地质情况，并根据水文情况确定能否开采。在积水区附近开采时，必须先做放水试验，确实准确认定积水区积水被除数放完后方可进行下一步工作。
（4）在开采过程中结合物探工作的结果，提前做好防治水的准备工作。做到“有疑必探，先探后掘”。
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