胡家河煤矿水文地质条件评价及防治水技术研究

胡家河煤矿水文地质条件评价及防治水技术研究

针对胡家河煤矿水害较为严重的现状，结合矿井地质及水文地质条件，对矿井充水水源、充水通道和充水强度进行分析，得出影响胡家河煤矿4#煤开采的主要含水层为白垩系砂岩含水层，其次为侏罗系弱富水含水层。结合各含水层空间关系与性质特征，形成胡家河煤矿的防治水技术体系，对指导矿井防治水工作有重要意义。

标签：水文地质条件；顶板水害；洛河组含水层；防治水技术体系

Abstract：In view of the serious situation of water damage in Hujiahe Coal Mine，combined with the geological and hydrogeological conditions of the mine，the water source，channel and intensity of the mine water filling are analyzed. It is concluded that the main aquifer affecting the coal mining of the Hujiahe Coal Mine is the Cretaceous sandstone aquifer followed by the Jurassic weak water-rich aquifer. Based on the spatial relationship and property characteristics of each aquifer，the technical system of water control in Hujiahe Coal Mine is formed，which is of great significance to guide the prevention and control of mine water.

Keywords：hydrogeological condition；roof water hazard；Luohe aquifer；water control technology system

胡家河矿位于陕西省黄陇煤田彬长矿区中部，主采煤层为侏罗系4#煤，矿井可采储量5亿t。矿井煤层开采过程中主要受到顶板砂岩含水层水害威胁，尤其是顶板白垩系巨厚洛河组砂岩孔隙裂隙含水层水害影响尤为严重，造成矿井工作面涌水量大，威胁矿井安全生产，影响矿井生产效率。针对矿井水害情况，系统分析矿井地质及水文地质条件，评价各含水层水害威胁，针对典型工作面开展防治水工程，为区域内相似条件矿井水害评价提供参考和依据。

1 矿井水文地质条件

彬长矿区属鄂尔多斯中生代承压水范畴，含水基岩地层由白垩系下统、侏罗系、三叠系组成，以基岩层状承压裂隙水为主，第四系孔隙水次之。依据该区含水介质及地下水分布规律，胡家河井田发育的含水岩组主要包含：（1）第四系全新统潜水含水层；（2）第四系上更新统；（3）第四系中更新统潜水含水层；（4）白垩系洛河组中粗粒碎屑岩含水岩组；（5）侏罗系安定、直罗组非煤系含水岩组；（6）延安组含煤地层承压含水岩组。

2 矿井充水因素分析

矿井充水因素主要是指影响矿井生产的充水水源、充水通道和充水强度[1，2]，结合胡家河煤矿水文地质条件对其进行分析。

2.1 充水水源分析

根据矿井水文地质条件及地表水体发育特征，胡家河煤矿煤层开采过程中可能的充水水源包括大气降水及地表水、含水层水、老空水[3]。

（1）大气降水和地表水

矿井位于干旱半干旱地区，年平均降水量561.4mm。大气降水多形成地表径流向井田外排泄，只有少部分渗入补给含水层，一般情况下不会对矿井构成威胁。井田周边有泾河沿井田边缘流过，季节性沟谷中揭露地层以环河-华池隔水层为主，平均埋深689m。一般情况下地表水及上层第四系潜水对煤层开采影响较小。

（2）地下水

胡家河煤矿曾在401101工作面进行顶板冒裂带发育高度实测，据实测结果冒裂带发育高度最大值达225.427m，裂采比为22.32（采厚10～12m）。矿井设计煤层采厚为12.0m，首采区内4#煤与洛河组底界面的距离为120～210m，利用裂采比22.32计算各钻孔处冒裂带发育高度，结果如表1所示。

根据计算结果可知，4#煤回采将波及洛河组含水层，因此矿井充水含水层包括4#煤顶部延安组含水层、直罗组含水层和洛河组含水层。

（3）采空区积水

胡家河煤矿已采3个工作面（401101、401102和402103），采空区均存有积水，且采后出水量较大，目前401101和401102工作面的采后出水约600m3/h，402103工作面采后出水约410m3/h，持续时间长，是矿井涌水量的主要组成，是矿井的主要充水水源之一。

2.2 充水通道分析

胡家河煤矿构造以褶曲为主，断裂构造不发育，以小断层为主。采动裂隙是矿井的主要充水通道。煤层回采过程中产生的顶板裂隙，将导致裂隙波及的顶板含水层水进入矿井，成为矿井的涌水来源[4]。

2.3 充水强度分析

胡家河煤矿目前已完成三个工作面的回采，收集了丰富的涌水量资料，今后回采区域与已采区域未发现明显的水文地质条件变化，生产条件基本类似，采用水文地质比拟法预测矿井涌水量[5，6]。

（1）工作面开采涌水量预测

根據矿井工作面涌水量变化规律，本报告拟采用工作面产量作为比拟因素，

计算公式为：重点针对中长期内矿井开采工作面进行比拟计算，从而得出矿井中长期的涌水量值。

401105工作面比拟计算：

Q=550×（316/245）=709（m3/h）

401103工作面比拟计算：

Q=470×（298/247）=567（m3/h）

考虑到401102工作面受401101工作面影响导致涌水量峰值下降约30%的现象，以及401103工作面东侧受401102工作面影响，东侧将受401105工作面影响，因此考虑401103工作面的涌水量峰值在计算值的基础上衰减约30%（参考401102工作面峰值计算），因此，402103工作面涌水量计算值为397m3/h。

402102工作面比拟计算：

Q=450×（262/244）=483（m3/h）

同样地，402102工作面将受到402103工作面影响，涌水量按衰减30%计算为338m3/h。

（2）矿井涌水量计算

矿井涌水量包括井巷系统长流水量、已采工作面采后出水量及生产工作面采后出水量等。在预测周围无生产工作面时，平均年衰减系数可采用20%计算；周围存在生产工作面时，采用年衰减系数50%计算。结合矿井涌水量现状和采掘规划，预测胡家河煤矿中长期内矿井涌水量为1567m3/h。根据以往的经验数据，最大涌水量与正常涌水量的比值取1.3倍，因此，矿井今后三年最大涌水量计算值为2037m3/h。

3 矿井防治水技术

基于胡家河煤矿水文地质条件，制定得出胡家河煤矿水害防治总体思路为：以建立完善工作面、盘区、矿井排水系统为重点，優化控制工作面回采参数，以自然疏排方案为主防治顶板白垩系水害，辅助顶板局部侏罗系含水层探查及预疏放措施进行矿井防治水工作[7]。

3.1 回采参数优化控制技术

在回采前依据地质、水文地质及其他方面因素综合考虑，确定工作面合理的回采参数，如回采厚度、工作面宽度、回采速度等。优化工作面回采顺序、工作面采区布设方式、工作面巷道布设等方案，减轻矿井充水强度，自矿井回采角度