1 地质概况
新疆硫磺沟煤矿地层包括中生代下侏罗统三工河组、中侏罗统西山窑组、头屯河组和上侏罗统齐古组及新生界第四系。西山窑组是硫磺沟煤矿主要含煤地层, 含煤7层分别为1、2、3、4-5、7、8、9-15号煤层;平均总厚40.19m, 可采煤层为4-5、7、9-15号, 可采平均总厚39.79m, 占煤层总厚的99.00%。
2 水文地质条件分析
2.1 含水层
矿井内含水层自上而下主要有第四系松散透水含水层 (I) 、中侏罗统西山窑组上段含水层 (III) 、中侏罗统西山窑组下段含水层 (IV) 、烧变岩透水含水层 (V) 。其中矿井直接充水水源是4-5煤顶板砂岩段 (IV1) , 间接充水水源为西山窑组上、下段界线砂岩含水层 (III3) 。
西山窑组上、下段界线砂岩含水层 (III3) 。
岩性为中厚~巨厚层状砂岩、砂砾岩, 泥钙质胶结, X型节理裂隙发育, 为井田内主要基岩含水层, 平均22.86m, 中部厚, 两翼较薄9-15号煤层冒裂带可贯穿此层, 成为矿井水的主要水源之一。水位标高一般在984.71~1069.15m, 西高东低;南高北低。此含水层组主要接受大气降水, 融雪水、融冰水以及头屯河的侧向补给。单位涌水量0.00169~002059l/s·m, 渗透系数0.00448~0.01459m/d说明该层组为弱富水性。
西山窑组下段可采煤层以上含水层 (IV1) 。
岩性以灰白~灰色细砂岩、中砂岩及粗砂岩为主, 平均厚度为23.81m, 开采4-5号煤层产生的冒裂带即可贯穿该层, 对4-5煤顶板砂岩抽 (注) 水试验的资料, 单位涌水量0.002756~0.022843l/s·m, 渗透系数0.002441~0.039408m/d, 说明该层组为弱富水性。
2.2 井田充水因素分析
煤矿井下主要是顶板进水, 其次是煤层中渗水, 由此说明基岩裂隙水为矿床充水的重要因素之一。硫磺沟煤矿建井过程中, 有河床潜水涌入井筒的现象发生。老窑积水和火烧层中的孔隙潜水亦有可能对矿床充水。
2.3 充水通道
2.3.1 断层
根据煤矿提供资料, 工作面通过断层均未见涌水量突然增大现象, 表明本井田断层构造的导水性较弱。
2.3.2 顶板导水裂隙带和底板破坏带
煤层顶板冒裂带和底板破坏带将导通煤层顶底板相应的直接充水含水层和间接充水含水层。底板破坏产生裂隙, 减小隔水层厚度, 是煤层底板水进入矿井的主要通道。煤层顶板冒裂带和底板破坏带是随着煤层的开采逐步发展和扩张的, 为矿井涌水的主要充水通道。
3 涌水量预算
3.1 解析法
利用承压潜水井的裘布依公式计算本区矿井正常涌水量:
通过公式法计算得出矿井正常涌水量为Q≈240m3/h。
3.2 水文地质比拟法
比拟法预算采用吨煤含水系数法进行计算。矿井平均富水系数0.571m3/t, 首采区设计年生产能力为300万吨, 根据公式Q=KPP计算得出矿井正常涌水量为为19555m3/h, 矿井最大涌水量按正常涌水量的1.40倍计算, 最大涌水量为273.77m3/h。矿井涌水量资料比拟法预计首采区涌水量的方法是优选的方法。本次采用比拟法的预算结果, 即首采区开采后矿井最大涌水量为273.77m3/h。
4 主要水害
4.1 9-1 5煤层顶板含水层水
本层是以静储量为主的弱富水性含水层, 对9-15号煤采掘有一定的影响, 但不会威胁矿井的安全。但是由于9-15煤层的露头在头屯河河底, 故必须留设防水煤柱。
4.2 老空水
煤矿浅部存在小煤矿采空区形成采空区积水, 老窑积水将是矿区潜在的最大隐患。
5 水文地质类型划分
根据2009年12月1日起施行的《煤矿防治水规定》, 从以下六个方面确定硫磺沟煤矿矿井水文地质类型。
(1) 矿井直接充水水源是4-5煤层顶板砂岩段 (IV1) 其钻孔单位涌水量0.002756~0.022843l/s·m, 富水性弱、补给条件差, 是以静储量为主的含水层;西山窑组上、下段界线砂岩含水层 (III3) 上部含水层为开采4-5号煤的间接充水水源。主要接受大气降水, 融雪水、融冰水以及头屯河的侧向补给。根据井田内该层组抽 (注) 水试验的资料, 单位涌水量0.00169~0.02059l/s·m, 渗透系数0.00448~0.01459m/d, 说明主采煤层上部含水层含水微弱。
按照《煤矿防治水规定》第一类分类依据, 井田内主采煤层受采掘破坏或影响的含水层为简单型。
(2) 矿区开采历史悠久, 目前+950m水平以浅各煤层不同程度被开采, 形成采空区, 其内均积有一定数量的地下水, 且都地处矿床的浅部, 对矿床的充水具有一定的可能性。硫磺沟煤矿主斜井就建在河道西侧200m处的冲洪积层上, 建井过程中, 就有河床潜水涌入井筒的现象。另外在27勘探线以东煤层与河水、河床潜水发生直接联系, 说明河床潜水及河水对矿床充水。除上述两种矿床充水的重要因素之外, 老窑积水和火烧层中的孔隙潜水亦有可能对矿床充水。一些老窑由于没有相应的保护措施, 老窑积蓄了许多因大气降水而形成的积水, 通过地层间的孔隙裂隙造成对矿床充水, 甚至当生产井开采到一定水平时, 易造成老窑水突水事故的发生。
井田浅部采空区范围、火烧区和采空区积水情况已经做了详细调查和地质工作, 对老空积水, 位置、范围、积水量已经了解的较为清楚。
按照《煤矿防治水规定》第二类分类依据, 井田及周边老空水分布状况属中等。
(3) 首采区投产后矿井最大涌水量2 7 3.7 7 m3/h, 按照《煤矿防治水规定》第三类分类依据 (西北地区210
(4) 矿井生产过程中, 本井田未发生突水事故。按照《煤矿防治水规定》第四类分类依据, 井田突水量属简单型。
(5) 随着9-15煤的开采及4-5煤层的掘进, 4-5、9-15煤层顶、底板砂岩水逐渐被疏降, 因此顶底板砂岩对煤层开采影响不大, 不会威胁矿井安全。按照《煤矿防治水规定》第五类分类依据, 硫磺沟煤矿4-5煤及9-15煤开采受水害影响程度属简单型。
(6) 本井田防治水工作需要在原有防治水模式的基础上, 重点是对上部采空区的范围及积水情况进行地面物探及钻探控制, 防治水工作简单或易于进行, 属简单型。
综上所述, 按分类依据就高不就低的原则, 确定矿井水文地质类型。因此, 划定本矿井水文地质类型为中等型。
摘要：本文对硫磺沟煤矿水文地质条件进行了介绍, 通过对含水层、充水因素、充水通道、涌水量、主要水害等水文地质因素进行分析, 划分该矿的水文地质类型。
关键词：含水层,充水通道,涌水量,老空水
参考文献
[1] 煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准.