侯志鹏

（山西高平科兴牛山煤业有限公司，山西 晋城048400）

山西高平科兴牛山煤业有限公司于2011年1月8日正式开工建设，于2017年1月4日开始进行联合试运转，现开采3号、9号煤层，未来三年矿井设计采掘15号煤层，为实现9号、15号煤层配采，矿井生产规模达到120万t/a，特进行水文地质类型划分。

1 矿井水文地质条件

井田主要含水层自上而下有：第四系松散孔隙水含水层、下石盒子组、山西组碎屑岩裂隙水含水层、太原组碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶水含水层、奥陶系中统灰岩岩溶裂隙含水层。第四系松散孔隙水含水层，岩性为粉土，含细砂、砾砂及少量砾石地层厚3.0～7.0 m，水位埋深1.4～2.2 m，单井出水量0.94 L/s，水质类型HCO3·SO4-Ca。下石盒子组、山西组碎屑岩裂隙水含水层，主要为山西组与下石盒子组砂岩及风化带，多分布于3号煤层上覆岩体段，井田内无勘探孔资料，据区内雨季小泉出露点调查，泉流量小于1.0 L/s。太原组碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶水含水层，为K2、K4、K5灰岩和K2、K5灰岩之间的砂岩，累计厚度24.13 m。奥陶系中统灰岩岩溶裂隙含水层为煤系地层之基盘，井田内无出露，岩性为海相厚层状石灰岩及薄层泥灰岩，局部岩溶发育，该含水层总厚约360～400 m。

矿井区域内主要有第四系松散层隔水层、二叠系层间隔水层、太原组底部本溪组隔水层。

1）第四系松散层隔水层岩性为红色黏土、粉质黏土，大面积分布，阻隔大气降水对孔隙含水层的补给或对其下风化岩石含水层补给，为良好的隔水层。

2）二叠系层间隔水层，该组地层主要分布可采的3号煤层，其上覆岩体含水与隔水层多呈互层状分布，隔水层岩性主要为泥岩、砂质泥岩，呈层状分布于各砂岩含水层之间，阻隔了各砂岩含水层之间的水力联系。

3）太原组底部本溪组隔水层，位于石炭系上统太原组15号煤层下部，岩性为铝土泥岩、泥岩、砂质泥岩，岩性致密细腻，厚度一般为1.40～15.02 m，阻隔了奥陶系岩溶水和上覆各含水层的水力联系。

2 矿井充水条件

2.1 大气降水及地表水对矿井开采的影响

井田内无大的地表水体及河流，在雨季最高洪水位高出河床0.5～2.0 m，洪水位最高标高约807.0 m，矿井主斜井井口标高为850.597 m，副斜井井口标高为849.914 m，回风立井井口标高848.000 m。因此，其洪水不会对井口有淹井的威胁。

2.2 含水层水

1）3号煤层上覆岩体砂岩裂隙水。3号煤层顶板直接充水含水层为二叠系山西组及下石盒子组砂岩裂隙含水层，在井田中部较大面积出露，易接受大气降水补给，而井田南部含水层埋藏较深，接受补给条件较差。3号煤层开采后形成导水裂隙，可沟通上覆各含水层，导致含水层水沿导水裂隙带向矿井充水，成为3号煤层开采的直接充水含水层。

2）9号、15号煤层顶板砂岩及石灰岩裂隙水。9号煤层和15号煤层的顶板直接充水含水层为太原组的灰岩岩溶裂隙含水层，由K2、K3、K4、K5灰岩组成，其中K2灰岩层为15号煤层的直接顶板，K5灰岩层为9号煤层的顶板，其含水特征与K2灰岩相似，据ZK401水文地质孔资料，该组地下水水位标高736.93 m，单位涌水量0.004 84 L/s·m，渗透系数0.042 8 m/d，为弱富水性含水层，受补给条件限制，一般对9号、15号煤层矿井充水影响较小。

3）奥陶系中统灰岩岩溶裂隙水。井田内奥灰水水位标高为+609～+614 m，3号煤层最低标高为+670 m，9号煤层最低标高为+620 m，15号煤层最低标高为+570 m，3、9号煤层不存在奥灰水带压开采问题。15号煤层最低标高低于奥灰水水位，局部存在奥灰水带压开采问题。

2.3 老空积水分析

根据水文地质类型划分报告，井田内采空积水区27处，总积水面积684 729 m2，总积水量562 859.36 m3，水文地质资料清楚，严格执行《煤矿防治水细则》执行，对本井田无水害威胁。

2.4 导水裂隙带

3号煤层顶板抗压强度22.0～32.3 MPa，主要岩性为砂岩、砂质泥岩，属中硬岩；9号煤层顶板抗压强度32.3～37.5 MPa，主要岩性为泥岩、砂质泥岩，属中硬岩；15号煤层顶板抗压强度82.3～96.7 MPa，主要岩性为灰岩，属坚硬岩。

中厚煤层分层开采导水裂缝带最大高度计算公式，对3、9、15号煤层的导水裂缝带进行计算。公式如下：

中硬岩导水裂隙带计算公式：

坚硬岩导水裂隙带计算公式：

式中：Hil为导水裂隙带高度，m；ΣM为煤层累计采厚，m。

2.4.1 3号煤层导水裂缝带高度

根据以上的计算结果，3号煤层经过开采后导水裂缝带发育高度是49.19～67.58 m，而3号煤层顶板至K8底板的平均距离为35.47 m，至地表间距为51.15～190.36 m，故3号煤层导水裂缝带可沟通K8含水层，局部可沟通至地表，从而成为K8砂岩裂隙含水层、第四系松散沉积物孔隙含水层甚至是地表水渗入井下的充水通道。

2.4.2 9号煤层导水裂缝带高度

根据以上的计算结果，9号煤层开采后的导水裂缝带最大发育高度是40.23 m，9号煤层的顶板至3号煤层的底板落差是38.34～75.38 m，9号煤层的顶板至K5的底板平均落差为26.12 m，9号煤层的顶板至K6的底板落差平均是45.16 m，9号煤层的顶板至K7的底板落差平均是46.22 m，9号的煤层最大导水裂缝带高度和3号煤层的底板扰动破坏带深度之和是56.33 m，故本井田范围内开采9号煤层所形成的导水裂缝带将有可能沟通K5灰岩的含水层，可能会沟通或部分沟通K6、K7的含水层以及3号煤层的老空积水。

2.4.3 15号煤层导水裂缝带高度

由以上计算结果得知，15号煤开采后的导水裂缝带最大发育高度是56.86～79.20 m，而15号与9号煤层间距为41.44～47.77 m，故本井田开采15号煤层所形成的导水裂缝带可沟通K2、K3、K4灰岩含水层以及9号煤层开采所产生的采空区积水，在9号煤层采动裂隙的影响下，上覆3号煤层采空积水也间接对15号煤层开采产生影响。

2.5 未封闭和封闭不良的钻孔

井田内有钻孔26个。2009年至2010年施工的14个钻孔、2012年施工的6个钻孔、以及2013年与2014年施工的2个钻孔，封孔质量均在乙级以上，均用水泥砂浆全孔封闭，封孔质量合格。

3 涌水量预测

本矿外南部的新庄煤矿，开采9号煤层，生产能力为90万t/a，现矿井正常涌水量21.8 m3/h，最大涌水量为26.8 m3/h。主要为顶板淋水及渗水，其水文地质条件与本矿基本相似，采用富水系数比拟法预算本矿120万t/a生产能力时的矿井涌水量。计算公式：

式中：Q为设计矿井涌水量，m3/h；Q0为现采煤矿矿井涌水量，m3/h；P0为现采煤矿的生产能力，万t/a；P为煤矿设计生产能力，万t/a。

计算结果：开采9号煤层生产能力达到120万t/a时，矿井正常涌水量为29 m3/h，最大涌水量为36 m3/h。

预测当矿井9号煤、15号煤按1∶3配采，矿井正常涌水量61 m3/h，矿井最大涌水量为73 m3/h。

4 矿井水文地质类型

根据《煤矿防治水细则》要求，对本井田9号、15号煤层进行矿井水文地质类型的划分均为中等。