浅谈复杂条件下矿井水文地质类型划分方法

赵金凯

黑龙江煤田地质勘察院，中国·黑龙江 鸡西 158100

煤矿生产；水文地质；类型划分；评价标准

1 引言

复杂条件下矿井水文地质类型划分是保证煤矿安全生产的主要依据，是防治水安全的重要基础，自上世纪五十年代起，中国就在逐步探寻煤矿水文地质类型划分的方法，直至上世纪八十年代，中国才构建起了完善的煤矿水文地质类型划分体系。在“十三五”规划中，中国煤炭开发重点地域开始转移，而此前的重点开采地区，因表层的煤炭资源已经充分开采，煤矿开采朝着深、复杂的方向逐步发展[1]。同时，正在逐步开发的西部矿区，却存在较为突出的涌水风险危害。虽然在《煤矿防治水规定》（2009年）施行后，中国各地煤矿水文地质情况已经基本实现了“全面摸查”，但是从整体层面上来看，随着煤矿生产的逐步推进，煤矿水文地质条件评价不足、水量数据利用程度不足、评价针对性不强等问题也随之暴露。因此，当下需要进一步对复杂条件下矿井水文地质类型划分方法进行梳理，以为煤矿生产的可持续发展提供可靠参考借鉴。

2 复杂条件下矿井水文地质类型划分面对的新问题

现如今，对矿井水文地质的划分主要参考《矿区水文地质工程地质勘探规范》、《煤、泥炭地质勘查规范》，因煤矿开采会对水文地质条件造成影响，所以现如今各地的煤矿水文地质发生了一定的变化，且出现了此前未出现的新问题。

2.1 第四类充水水源

水文地质条件勘察中所面对的水体主要为地下水、地表水，地下水主要为碎屑岩类裂隙水、松散岩类孔隙水、可溶性岩类岩溶水，经过数十年的大规模开采，各地煤矿采空区的面积越来越大，同时因早期煤矿行业监管不力，部分不规范小煤矿的不规范开采，造就了一大批规模不明、位置不明的煤矿，从而导致现如今的煤矿开采面对极其严重的“老空水”情况[2-3]。

煤矿开采遗留下的“采空区”，其本身联通了采空区上部含水层，地下水、地表水本身的流动状态、赋存状态已经不再是天然状态，一是煤矿含水空间不仅仅局限于煤层采空区，同时还包括上覆的冒落裂隙带内所有岩组；二是含水介质本身因煤矿开采发生变化，具备了裂隙、孔隙双重特征。因此，煤矿开采目前必须考虑的第四类充水水源，其本质是不同于碎屑岩类裂隙水、松散岩类孔隙水、可溶性岩类岩溶水的新型水介质，其分布以“块状”呈现，且水体的垂直向上厚度较为突出，导水性、富水性也相对明显[4]。

2.2 煤矿水文地质勘查对象的多样性

一是上覆薄层基岩，上覆薄层基岩本身是在冒落裂隙带影响下形成了薄层岩体，在煤矿水文地质情况勘查的过程中，需要同时勘查新生界松散岩孔隙、上覆基岩含水岩组，尤其是在基岩露出地段或者裂隙发育地段，地表水可能会直接成为地下水的充水水源，此类水文地质勘查情况较为复杂，目前现行的勘察规范均没有详细的参考内容。

二是正常厚度上覆基岩，在煤矿采空区增加的情况下，正常厚度上覆基岩的勘察需要根据区段来调整具体的勘察方法，尤其是存在开采历史的区段，需要充分考虑“老空水”的影响。

三是煤田下组煤，因为浅层煤矿已经开采，所以对下部开采造成影响的不仅仅是下伏岩溶裂隙含水岩组，需要在勘察的过程中同时考虑到老空水以及上层岩组[5]。

3 煤矿水文地质条件评价与类型划分

某煤矿建成于上世纪五十年代，在上世纪六十年代正式投产，该煤矿始终采用立井、水平集中运输大巷、集中上山与阶段石门的开拓方式和走向长壁采煤方法，煤矿地层的含水层为砂岩裂隙承压含水层、奥陶系岩溶裂隙含水层[6]。煤矿于上世纪八十年代发生陷落柱突水事故，对煤矿生产造成严重影响，经过修复后，煤矿于九十年代恢复生产，随着“煤矿水文地质规范”的颁布，该煤矿的水文地质条件确定为“极复杂型”，2013年响应国家要求，对矿井的水文地质类型进行初步评价，凸显出以下几个方面的问题：一是矿区不同开采水平的水文地质条件存在明显差异，无法实现全矿区水文地质条件的统一评价；二是煤矿自上世纪六十年代投产，开采时间较长，煤矿的水文地质条件在开采过程中不断演化，水文地质条件类型变化难以评价；三是岩溶陷落柱等特殊的地质问题无法实现有效评价。对此，需要基于现有的方法，探寻符合该煤矿水文地质条件的水文地质类型划分方法。

3.1 水文地质条件评价目标

以“合理评价、准确划分”为基础，根据实际情况制定长期的、短期的、中期的煤矿水文地质灾害防治方案。一是要根据不同开采水平、不同盘区、不同阶段，制定差异化的评价原则；二是要以“安全生产”为基础，围绕“十三五”中要求，对未来一段时间内煤矿水文地质灾害的防治提供指导依据；三是要突出矿区的敏感区域、重点区域。

另外，详实的资料是进行水文地质类型划分的主要依据，因该煤矿的建成时间长、水文地质条件在长年开采下变化明显，所以需要根据煤矿建成、投产的水文地质勘察报告作为直接参考治疗，同时补充2010年以后的煤矿水文地质勘察规范，补充2010年后的新建成工程[7]。

3.2 水平盘区差异化评价

该煤矿地下水系统相对独立，难以用一个水平标准、盘区标准对整个煤矿的水文地质情况进行评价，勉强统一标准必然会导致水文地质条件类型的划分过于复杂，所以采用“水平盘区差异化评价方法”。现如今，该煤矿生产水平分为-310m、-490m、-620m、-800m。

-310m水平的煤矿开采已经全面收尾，因-310m水平开采工作开展较早，经过数十年的生产，-310m水平含水层已经基本疏干，同时残余的涌水量也逐步稳定。

-490m水平大部分回采完毕，对该水平的评价分类以南翼一石门、南翼一石门～四石门、南翼四石门以南为主。南翼一石门主要体现出导水断裂、褶皱、构造发育，上世纪七十年代至九十年代，共发生2次岩溶陷落柱断裂构造突水，如今高区域仍旧有着10m3/min的涌水量，经评价，将南翼一石门盘区分为“煤层底板受高压奥灰水复杂区”；南翼一石门～四石门有小型断裂发育，各个区域之间的水力不存在直接联系，同时水位已经降至-500m，评价为“以煤层顶板砂岩裂隙含水为主区域”；南翼四石门以南，有发育的大型、中型断裂，且地表褶皱明显，地下水系统独立，评价为“砂岩裂隙含水层充水为主区域”[8]。

-620m水平区域进入回采阶段，各个水层的补给连续性不显著，且水循环、岩溶发育均受到一定的影响，经过检测，-620m水平总涌水量仅为“2.7m3/min”，评价为“裂隙薄层灰岩含水层充水为主区域”。

-800m水平已经完成了斜石门建设、泵房建设、水仓建设，测试用水量仅为0.09m3/min，充水以“煤底板岩巷充水”为主要构成部分。-620m、-800m水平的预测结果相对简单，基于-310m、-490m的突水资料对-620m、-800m水平进行评价，预测-620m、-800m水平涌水量，可为未来的采掘工作奠定基础。

3.3 特殊条件评价

在该煤矿中火成岩岩脉发育、陷落柱是影响生产最为主要的问题，经过勘察，该煤矿共有14个陷落柱，主要分布在煤矿北翼的井口向斜附近，在陷落柱附近的区域，存在严重程度不均等的高水位异常情况。由此，将煤矿北翼的井口向斜作为评价的敏感区、重点区，集中评价煤矿北翼的井口向斜陷落柱的发育特征、突水预测、防治情况、生产影响。火成岩岩脉本身对于水文地质条件有着一定的影响，火成岩岩脉本身对地下水的走向有着阻碍作用，且让整个岩溶系统独立为了不同的子系统，通过综合分析北翼的井口向斜陷落柱，判断未来的采掘对于陷落柱的扰动程度会逐步减小，北翼的井口向斜陷落柱或不会成为最为主要的水害威胁因素。

4 结语

综上所述，复杂条件下矿井水文地质类型划分应该充分考虑到煤矿的勘探现状、采掘现状、采掘历史等技术性报告，尤其是针对已经投产较长时间且条件相对复杂的矿井，需要采取分盘区、分水平的评价方法，秉承“安全生产”的基础性原则，重点揭示目前煤矿的敏感区、重点区。文章上述案例中，分盘区、分水平、划重点的评价方式，能够突出煤矿目前存在的差异化水文地质情况，对于煤矿水文地质条件的划分有着极其重要的指导意义。上述内容在具体的计算方法方面有所欠缺，还望广大从业者能够根据当前的规范以及矿区的实际情况，探寻水害威胁发展的计算模型，以为煤矿安全采掘奠定基础。