郝耀军，李 浩，武 艺

(山西西山煤电集团西曲煤矿，山西 古交 030200)

0 引言

西曲煤矿位于山西省古交市西南，吕梁山脉的东麓，目前开采2+3#、4#、8#、9#煤，采掘机械化程度达100%[1]。研究区内沟壑纵横，切割强烈，山顶覆盖黄土。研究区属北温带大陆性季风气候，干燥，多风，温差大。雨季集中在7～9月，年平均降水量387.85 mm，平均蒸发量2 031.5 mm。汾河是井田内最大的河流，从井田南部流过。

1 矿井水文地质条件

1.1 含水层

松散层孔隙含水层(Q)：该含水层主要为汾河河谷的冲积层，以砂砾、砂土为主，富水性好，水位埋藏浅。水化学类型为HCO3-Ca·Mg型。

二叠系砂岩裂隙含水层(P)：该含水层石主要有两类：①盒子组砂岩裂隙含水层(P2s+P1x)，主要为砂岩、砂质泥岩以及泥岩互层，裂隙发育；②山西组砂岩裂隙含水层(P1s)，以砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤为主，含水层主要为砂岩裂隙含水层，水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型。

石炭系砂岩夹薄层灰岩裂隙含水岩组(C)：井田东北部可见太原组出露，由泥岩、砂岩、石灰岩及煤层组成。其中，L1(庙沟灰岩)、K2(毛儿沟灰岩)、L4(斜道灰岩)为本含水岩组的主要含水层段[2]。井田北部水化学类型为HCO3-Ca·Mg，南部为SO4-Ca型。

奥陶系岩溶裂隙含水岩组：①峰峰组岩溶裂隙含水层(O2f2)，以深灰色、灰黑色厚层灰岩为主，水量丰富，水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg；②上马家沟组岩溶裂隙含水层(O2s2+3)，主要为深灰色厚层石灰岩，中间可见薄层白云质灰岩、泥灰岩、角砾状灰岩以及石膏层；③下马家沟组岩溶裂隙含水层(O2x2+3)，以灰色、深灰色中厚层状石灰岩、白云质灰岩以及蠕虫状灰岩为主[3]。

1.2 隔水层

2+3#煤层与8#煤层间的隔水层主要有泥岩、砂岩、煤层和3层灰岩(L1、K2、L4)，隔水能力强，能阻挡上部含水层与太原组灰岩含水层之间的水力联系。9#煤层底板至奥灰顶面之间的岩层可以阻挡奥灰岩溶承压水向上部含水层和煤层充水，隔水层厚度大，由砂岩、石灰岩夹泥页岩组成，分布稳定，裂隙不发育，含水条件差，具良好的隔水能力。

2 矿井充水因素分析

西曲煤矿水文地质条件相对简单，充水含水层主要有石灰系下统太原组、二叠系下统山西组与上、下石盒子组弱含水层的基岩裂隙水以及地表水。

2.1 充水水源

浅表层水：将地表水、冲积层孔隙潜水、基岩风化裂隙带水统称为“浅表层水”[4-6]。西曲煤矿地表水属于汾河水系，汾河流经矿区南部边界外侧。周边私开小煤窑较多，河水和大气降水可以通过渗漏等方式补给小窑，老空积水使得西曲煤矿涌水量增加。煤层浅埋藏地带，地表水通过风化裂隙带或者潜水补给，使得矿井涌水量增加。在煤层浅埋区，当开采煤层的顶板导水裂缝带出露于基岩风化裂隙带和地表时，可使大气降水、潜水和基岩风化裂隙带水等浅表层水，通过导裂带垂向矿坑充水。

开采煤层的顶底板的充水水源：2+3#、4#煤层经开采后，顶板导水裂隙带将会连通下石盒子组和山西组的含水层，致使其成为2+3#、4#煤层开采的充水水源。7#、8#、9#煤层，顶板含水层为太原组砂岩夹薄层灰岩岩溶裂隙含水，局部富水性不均；开采后，导水裂缝带将揭露太原组裂隙含水层，且使导水裂缝带与上覆煤层采空区贯通。所以，太原组含水层和上覆煤层采空区积水将会成为7#、8#、9#煤层开采的顶板充水水源。奥陶系中统灰岩含水层含水丰富，但下马家沟组埋深大，裂隙不发育，且含水性弱；而上马家沟组则岩溶较为发育，含水性强。

大气降水：研究区地处内陆，气候干燥，降水量少且随季节变化明显。矿井充水也有随季节变化的特点，在矿井浅部开采区都是丰水月涌水而枯水月干枯。

采空区积水：西曲煤矿2+3#、4#煤采空区积水面积大，且4#煤层的采空区积水是主要采空积水区，将会影响下伏煤层的安全生产。7#、8#煤层位于太原组，积水量大，分布范围广。井田周边存在较多小煤矿，且小煤矿的采空积水基本已经渗入大矿采空区。因资源整合，小煤矿多已关闭，其余也已停产，小煤矿的采空积水情况现已无法查明，这将是邻近工作面的安全隐患。

老空积水：现经整合的小煤矿及已关闭小煤窑，采空区均有不同程度的积水，是矿井充水的主要因素，对矿井的安全生产存在威胁。

2.2 矿井充水通道

断裂及破碎带：断层为井田的主要构造，且断层主要集中于井田的西部，断裂构造为压扭性正断层。向斜和背斜的轴部以及裂隙带使各含水层之间产生了水力联系，甚至会导致部分区域出现集中储水空间，在生产中，一些区域顶板淋水大，有时甚至出现突然涌水的现象。

岩溶陷落柱：井田内共揭露陷落柱277个，陷落柱的柱体内为胶结较好的杂乱堆积物，陷落柱的柱体边缘裂隙不发育，富水性、导水性差。但受矿山压力作用，可能会改变陷落柱的原有结构，而成为导水的通道。

顶板采动冒落带、导水裂缝带：在采空区上方，可形成垮落带、导水缝隙带以及移动带。8#煤层的顶板导水裂缝带可导通2+3#、4#煤层的老空水，而9#的冒落带则能导通上覆8#煤层的老空水。除此之外，井田北西部以及南部为煤层隐伏露头或埋藏较浅处，导水裂缝带高度可达基岩风化带含水层甚至地表，所以，大气降水、地表水可能会经导水裂缝带渗入，对生产构成威胁。

2.3 矿井充水强度

砂岩及灰岩：山西组砂岩裂隙含水层是2+3#、4#煤层开采的直接充水含水层，但富水性差；下组煤层开采的直接充水水源是太原组砂岩及薄层灰岩含水层，富水性差，对矿井充水影响不大。但是太原组薄层灰岩含水层存在差异性，且受断裂构造的影响，在部分区域可能会出现淋水大，甚至涌水的现象。

开采范围：随着开采范围增大，地表塌陷、裂缝使大气降水的入渗量增加，甚至在位于沟底的小窑老空巷道有滞后塌陷而发生灌井的可能。雨季大气降水入渗成为西曲煤矿矿井充水的重要因素之一。周围关闭小煤矿数量多，掌握资料少，可能与小窑老空积水贯通而造成水害事故有关。

奥灰岩溶含水层：西曲煤矿各煤层大部分位于奥陶系灰岩承压水位之上，南8采区部分带压区域近3 a无采掘规划，因此，本规划期内，西曲煤矿各煤层不受奥灰岩溶含水层充水影响。

3 开采受水害影响及防治水评价

3.1 开采受水害影响程度的评价

地表水、大气降水：矿区地表水丰富，井田南部以汾河为界，沟谷均属季节性流水。大气降水与地表水下渗是矿井充水的重要途径。另外，井田及周边露头附近存在较多小煤窑，小窑间相互贯通，且小窑与西曲煤矿多处贯通，雨季地表洪水灌井对西曲煤矿影响大。小窑的采掘边界、积水范围以及井筒的封堵情况也不是十分清楚，所以，这些都将成为大气降水补给矿井的重要通道。

小窑积水：由于小窑埋藏浅，开采边界具有不确定性，在地表塌陷处易受大气降水的入渗补给，采空区积水量增加，所以，矿井周边小煤矿的采空区积水是矿井开采的最大安全隐患。

采空区积水：该矿规划期间，井田内采空区积水情况较为清楚，在采掘过程中提前制定具有针对性的探放水技术措施进行探放。

山西组砂岩含水层：二叠系煤系地层砂岩含水层富水性弱，埋藏深，开采过程中以顶板淋水为主，水量小，对开采影响程度小。

太原组薄层灰岩含水层：太原组薄层灰岩是8#、9#煤层开采的顶板充水含水层，以泥岩、砂岩、石灰岩及煤层为主。其中，L4、K2、L1这3层灰岩为本组的主要含水层段。含水性受补给来源、埋藏深度及断层发育的程度控制。在矾石沟、李家沟及红崖子断层附近，含水层埋藏浅，裂隙发育，而成为地下水的通道。

奥灰岩溶水：井田带压区位于西南部的汾河边和小李家沟村，煤层底板标高局部低于奥灰水水位，未进行工作面的布置，未来3 a也不进行工作面布置，因此，奥灰岩溶水对现采掘工作面及未来3 a开拓计划均不构成威胁。

综上可知，该矿井开采受水害影响程度为中等。

3.2 防治水难易程度评价

煤系围岩充水水源：煤层顶板砂岩、灰岩裂隙水为矿井涌水点的主要充水水源，水沿裂隙及回采直接向矿井充水，但水量小，补给差，易于防治，矿井以排水为主。

采空区积水：该矿采空区的积水范围以及积水量均可以预测，在采空区下部煤层进行开采时，可对上覆采空区积水及时探放。探放水工作易进行，防治难度小。

周边的小窑积水：西曲煤矿设置有专门的小煤矿监管机构，完善了小煤矿监管的制度和措施，建立健全了小煤矿管理的各种基础资料，但小窑积水探放技术难度及工程量均较大。所以，小煤窑井筒调查和老空水的探查与防治是矿井今后防治水工作的重点。

奥灰岩溶水：据矿井现开采范围及未来3 a采掘布署衔接规划，开采区域各煤层底板标高高于奥灰岩溶水位标高，不受奥灰水突水影响。

地表水：地表塌陷、裂缝的渗漏不仅增加了矿井涌水量，同时也是地表洪水灌井的隐患之一，加强对地表塌陷、裂缝充填，继续开展河道治理工程是西曲煤矿今后防治水的重要工作。

由此可知，该矿井防治水工作难易程度为中等。

4 矿井水文地质类型划分

按照《煤矿防治水规定》，根据矿井采掘规划区域受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况、矿井涌水量或者突水量分布规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度，对矿井水文地质类型进行划分[7-10]。

依据各项内容划分综合确定2+3#煤层矿井水文地质类型为中等。4#煤层矿井水文地质类型为复杂，8#、9#煤层矿井水文地质类型为复杂，见表1。

表1 各煤层矿井水文地质类型划分表

5 结语

地表水、煤层顶板含水层充水和老空积水是西曲煤矿主要的充水水源。该矿井开采存在地表水及大气降水水害、本矿及周边采空和老空区积水水害、太灰含水层水害3种水害隐患。矿井开采受水害影响程度中等，防治水工作开展的难易程度均为中等。依据各项内容划分综合确定2+3#煤层矿井水文地质类型为中等，4#煤层矿井水文地质类型为复杂，8#、9#煤层矿井水文地质类型为复杂。

在今后生产中应强化安全意识，继续加强对西曲煤矿及周边小煤矿的调查及治理工作，加强对陷落柱的物探和钻探、该矿采空积水探放水、矿界防隔水煤柱的留设等工作，进一步完善防排水系统，提高“有掘必探”效果，加强地表塌陷地的巡查与治理。