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user: 3. 矿井水文地质条件 本区位于新安煤田中部，属新安水文地质单元的中部径流带，矿井边界均为人为边界，区内构造简单，奥陶系地层埋深600~1000 m，富水性局部较强且极不均一 [ 2 ]。 地下水的补给来源主要是大气降水的渗入和地表水体的渗漏补给。基岩地下水在新安煤田西北部的大面积奥陶系灰岩出露区或浅埋区可直接得到大气降水、地表水或潜水的补给。地下水在补给区得到补给后，大致由西北向东南运移，流经本区，向深部径流。 本矿区为一平缓的单斜构造，仅中部地段发育F29断层，构造简单，故本矿区水文地质条件因构造的影响较小，地下水主要以侧向补给为主。二 1 煤层上下各含水层之间均有稳定隔水层阻隔，正常情况下水力联系较弱。但受区域构造影响，矿区内势必会有小型次生构造的存在，采矿中应多加注意，发现有小断层发育地段时，特别是采区三维地震及瞬变电磁已解释的小断层附近，在掘进中应坚持“先物探~再验证~再掘进~在回采”的原则，确保掘进、回采安全，避免发生水害。 3.1. 井田主要含水层 3.1.1. 奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层 井田范围内，本层顶板埋深600~1000 m，23021、2601、2603'勘探钻孔和井下1#水文观测孔穿见本层，最大揭露厚度118.13 m，2603'及23021孔抽水试验结果：钻孔单位涌水量0.0348~0.0330l/s.m、渗透系数0.0414~0.0622 m/d、地下水位标高 + 228.61~ + 291.69 m (其中，矿井西部23021钻孔 + 291.69 m，矿井东部浅部的2601钻孔 + 240 m，矿井东部的2603'钻孔 + 228.61 m)，属于弱富水性含水层。2007年2~3月在东轨道大巷充电硐室进风巷施工的井下1#水文观测孔，在183.5 m见水时掉钻达1.5 m深，说明本层有溶洞。奥灰水压达5.62 MPa，水位 + 244 m，最大涌水量达800 m 3 /h，后水量稳定在100 m 3 /h左右，水温36℃，1#水文观测孔孔口标高−318 m。2009年9月在FX002工作面施工探查孔时，2#孔进入奥灰后出水，水量达140 m 3 /h，注浆量2853.1 m 3 ，在注浆同时，在2#孔周围布置了多孔，均未见水，其富水性极不均一。 从奥灰含水层野外节理观测情况来看：该含水层主要有以下特点：1) 节理分布很不均匀，有的地段节理发育密集，成群或成组出现，而有的地段则发育稀疏。节理发育的方向通常也是岩溶发育方向。2) 岩层总体上完整性较好，节理发育比较稀疏，大型节理少，垂向上切割短，连通性差，多数情况下节理呈单条出现，很少呈共轭“X”型发育，剪节理面上可见水平擦痕。3) 节理面中间多为方解石脉充填，脉壁宽1~5 mm不等，脉壁平直且紧闭，少数情况下无充填。4) 节理发育多受岩层层面限制，向上向下尖灭于岩层层面或岩层内。5) 除剪节理之外，灰岩中张性节理或裂隙也比较发育，但多为方解石脉所充填。 本层水质为HCO 3 -Ca∙Mg及SO 4 -Ca∙Na类型，矿化度888~1441 mg/l，总硬度401~690 mg/l，PH值7.70~7.80。本层对矿井的安全生产存在着严重的威胁。 3.1.2. 太原组灰岩裂隙岩溶承压含水层 太原组地层的下部和中上部夹多层薄层灰岩，一般发育3层，灰岩平均总厚度15.73 m，L 7 灰岩普遍发育，厚度2.60~7.98 m，平均厚度5.12 m。井田外围浅部地段进行过多次抽水试验，平均钻孔单位涌水量0.00569l/s.m，平均渗透系数0.0827 m/d，水位标高+338.09~+207.94 m，个别钻孔单位涌水量可达1l/s.m以上。由于裂隙发育不均，因此具有非均质各向异性的特点，含水层富水性浅部强于深部，含裂隙岩溶承压水。井田范围内3孔穿透本层，仅2601孔发现冲洗液严重消耗现象，2603'及23021孔抽水试验结果：单位涌水量0.0786~0.0771l/s.m，渗透系数0.566~1.22 m/d，地下水位标高 + 305.71~ + 330.22 m，为弱富水性含水层。 本层水质为HCO 3 -Ca∙Na及SO 4 HCO 3 -Ca类型，矿化度580~1428 mg/l，PH值7.60~7.80。 L 7 灰岩顶距二 1 煤层底板8.11~17.14 m，平均为12.60 m，为二 1 煤层底板直接充水含水层。 3.2. 隔水层 3.2.1. 本溪组铝质泥岩隔水层 本溪组地层主要由铝质泥岩、铝质岩及砂质泥岩组成，层厚6.89~15.30 m，平均10.96 m，普遍发育，层位稳定，岩性致密，为良好隔水层。正常情况下可以阻止奥陶系灰岩水和上部含水层地下水之间的水力联系，但在构造破坏的情况下，局部会失去隔水作用。 3.2.2. 二 1 煤层底板至L 7 灰岩顶部之间的砂质泥岩和泥岩隔水层 该层在井田范围内普遍发育，厚度较稳定，厚5 m左右。节理、裂隙多为闭合型或被充填物充填，透水性差，加之太原组灰岩富水性弱，正常地段可阻止该层以下含水层地下水进入矿井。当遇断裂切穿该隔水层而沟通含水层与煤层水力联系时，则灰岩地下水就能直接进入矿井。 3.3. 矿井充水水源 矿井主要充水水源为地表水、地下含水层水。其中地下含水层水主要为二 1 煤层顶板砂岩含水层水、二 1 煤层底板太原组灰(砂)岩含水层水和奥陶系灰岩含水层水。三个含水层间均有隔水层相阻隔，在不受断裂构造等因素影响下，各含水层间无水力联系。 3.3.1. 地表水 本区地表水系不发育，仅有孔沟内季节性溪流汇入西北侧畛河；北部的范沟水库旱季干涸无水，加之地形坡度较大，不利于大气降水及地表水的下渗，西南部养马水库处于本矿井二水平边缘地带，距离二 1 煤层约825~875 m，由于煤层埋深较大，采后导水裂缝带难易沟通地表，地表水体不存在下渗溃入矿井的可能。 3.3.2. 二1煤层顶板砂岩裂隙水 煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压水，是矿井的直接充水水源。在采矿影响下将直接涌入矿坑，是矿井日常生产中的主要充水水源。顶板砂岩含水层主要有大占砂岩、香炭砂岩和砂锅窑砂岩，平均厚度合计约45 m，砂岩之间有泥岩或砂质泥岩阻隔，富水性弱~中等，且分布不均匀，受裂隙发育影响，局部地段存在富水区；由于采用放顶煤一次采全高的方式开采，导水裂隙发育可高达上百米，从而沟通更多的含水层组，在顶板富水区段则成为影响生产的突水水源。 二叠系上、下石盒子组砂岩含水层，整体富水性弱，多为静储量，含水层与二 1 煤层距离远，且有稳定的隔水层相隔，除底部砂锅窑砂岩裂隙水受采动裂隙带影响，有可能进入矿坑外，其它在没有断裂构造等导通情况下，对矿井开采影响较小。 3.3.3. 二 1 煤层底板灰岩岩溶裂隙水 二 1 煤层底板对矿井起充水作用的主要是太原组灰(砂)岩含水层水和奥陶系灰岩含水层水。 1) 太原组薄层灰岩及砂岩水。太原组薄层灰岩及砂岩含水层为二 1 煤层底板直接充水含水层，采后直接向矿坑充水，是矿井涌水量的主要构成部分。该含水层组地表出露条件较差，岩溶裂隙发育不佳，且含水层厚度较小，水量有限，易于疏排。 2) 奥灰水。奥陶系灰岩含水层厚度大，出露及补给条件好，主要接受大气降水及地表水的补给，为煤系地层的基底，是矿井主要的突水水源。该含水层岩溶裂隙发育程度和富水性极不均一，正常情况下，受石炭系本溪和太原组隔水层阻隔，一般不构成矿井涌水，但如果有断裂构造、钻孔导通或在矿压、水压联合作用下与二 1 煤层构成水力联系时，会造成矿井涌水或突水 [ 3 ]。 3.4. 主要充水通道 3.4.1. 断裂导水通道 井田内断裂构造主要是F 29 断层和大量的小断层，小断层多不含水，一般不会沟通含水层之间的水力联系，唯有F 29 断层可能是今后矿井的重要导水通道。 F 29 断层浅部发展到地表，深部切入奥灰，在矿井中部尖灭，向北部延伸并伸出矿井边界，进入小浪底库区。 另外，煤层底板可能发育有隐伏断层，造成煤层底板隔水层减薄或使奥灰与L 7 灰岩沟通，致使奥灰具有突水的可能。如果顶板发育有隐伏断层，使砂岩含水性增强或将下石盒子组及其以上砂岩含水层沟通都将增加了间接充水含水层的矿井水补给来源。 3.4.2. 采动裂隙导水通道 煤层开采后，顶板形成冒落带和导水裂隙带公式 [ 4 ]： 冒落带高度计算公式： H = M ( k p − 1 ) cos α = 14.3 ( 1.2 − 1 ) cos 5 ∘ = 71.77   m (1) 式中：H——冒落带最大高度； M——累计采煤高度14.3 m； k p ——岩石碎胀系数，一般取1.2~1.4； 导水裂隙带高度计算公式： H i = 100 × M 2.4 × N + 2.1 + 11.2 = 100 × 14.3 2.4 × 1 + 2.1 + 11.2 = 328.98   m (2) 式中：M——累计采煤高度； N——煤分层层数； H i ——导水裂隙带最大高度。 以最大煤厚14.3 m计算，冒裂带高度71.77 m；导水裂隙带最大高度328.98 m，这一高度可以使下石盒子组中含水层中水涌入矿井。 根据底板破坏深度经验公式 [ 5 ]： C p = 0.0085 × H + 0.4 665 × α + 0.1079 × L − 4.3579 (3) 式中：H——煤层埋深； α——煤层倾角； L——工作面宽度。 求得底板破坏深度为18.96~24.80 m，平均21.7 m。而L 7 灰岩距二 1 煤层底8.11~17.14 m，平均12.6 m，因此L 7 灰岩水也为底板直接充水含水层，由于其厚度薄，富水性弱，水量有限，易于疏排 [ 1 ] [ 6 ]。 3.4.3. 底板承压含水层 主采煤层底板据奥会承压含水层平均58.9 m。距L 7 灰岩垂距12 m，因此L 7 灰岩水也为底板直接充水含水层，由于其厚度薄，富水性弱，水量有限，易于疏排。 在底板隔水层变薄，遇隐伏地质构造或破碎带等异常情况时奥陶系灰岩含水层易造成突水事故，因此，该含水层为今后防治水的重点工作。