赵培富，武俊峰
（1.霍州煤电集团煤炭生产管理部，山西 霍州 031400；
2.霍州煤电集团技术研究院，山西 霍州 031400）
兴盛园煤业为原梨树园煤业、义桂煤业、靖达煤业兼并重组而成，井田内的小煤窑井筒较多，以往采煤方法为短壁刀柱式、炮采落煤，大巷坑木支护，全部垮落法管理顶板。兴盛园管道井西南侧临近以往小煤窑采空区破坏区，部分小煤窑采掘巷道与管道井斜交联通，采用料石砌墙封闭。管道井320～380 m 区段持续有原1 号煤采空区积水顺料石缝隙涌出，涌水量约30 m3/h，2015年矿井政策性停产至今。2021年10月3日—5日矿区连续降大到暴雨，10月19日管道井320 m 处涌水突然增大至150 m3/h，10月21日16 时溢流处巷道垮塌约2 m，涌水量增加至350 m3/h，后逐步减小稳定涌水量约50 m3/h。为防治管道井处涌水再次增加，现结合走访调查及水质化验资料，分析涌水补给来源，为制定治理措施提供参考依据。
2021年10月19日16 时，兴盛园煤业管道井320 m 处涌水量由30 m3/h 突然增加到150 m3/h；
10月21日16 时，溢流处巷道垮塌约2 m，涌水量增加到350 m3/h；
10月23日涌水量由350 m3/h 减少到250 m3/h，一直持续到10月28日。10月29日17 时，涌水量减少至180 m3/h。11月5日—9日水量维持在160 m3/h 左右。11月12日溢流处涌水量减少为120 m3/h，11月28日涌水量减少为95 m3/h。12月16日涌水量减少为85 m3/h，12月30日—2022年2月涌水量稳定在80 m3/h。2022年3月—4月中旬涌水量稳定在50 m3/h。管道井涌水量及疏放水量统计见表1。
表1 管道井疏放水量统计Table 1 Statistics of drainage water quantity of pipeline well
从2021年10月19日涌水增大至2022年4月中旬，总疏水量约39.9 万m3，原长期动态补给水30 m3/h，估算动态补给量约12.9 万m3，疏放静态水量约27.0 万m3。
管道井涌水增大后一是定期采集涌水点水样进行跟踪化验；
二是对地表降雨、周边汾河水、涧河、许村铁厂沟地表河水进行水质化验；
三是采集了奥灰水文钻孔水、临近的力拓煤业矿井排水水样；
四是走访调查以往小煤窑井筒沉陷情况，采集了两座裸露小煤窑井筒内水样。水质化验情况见表2～表4。
表2 管道井涌水水质化验Table 2 Water quality testing of pipeline well water inflow
表4 矿井水文孔、临近矿井排水、裸露井筒水质化验Table 4 Water quality testing of mine hydrological hole,adjacent mine drainage and exposed wellbore
根据兴盛园煤业实际情况分析，涌水补给通道考虑3 方面：一是大气降水通过地表裂缝或沉陷的井筒垂向补给；
二是矿井周边涧河、许村铁厂沟季节性河流通过基岩砂砾层裂隙长距离渗透，或河流灌入裸露的井筒侧向补给1 号煤采空破坏区；
三是矿井太灰及奥灰含水层带压，含水层富水性较强，存在底板灰岩水通过断层裂隙带或陷落柱补给采空区的可能性。
4.1 大气降水垂向补给
井田范围内地表相对高差较大，地面标高+570—+837 m，1 号煤层标高+390—+540 m，已采掘区域埋深110～260 m。1 号煤层厚度0.35～1.95 m，平均1.54 m，煤层顶板为粉砂岩、砂质泥岩，属于中硬岩石，岩石抗压强度20～40 MPa。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》 计算1 号煤采后垮落带高度3.9～9.12 m，平均8.07 m，导水裂缝带高度14.01～34.62 m，平均31.00 m，导水裂隙带高度延伸不到地表，大气降水不会通过垂向裂缝直接补给井下涌水。而且通过表2、表3可知，大气降雨与管道井涌水处水样在矿化度、各阴阳离子的含量上均有明显的差别，说明两者并无沟通。
表3 大气降雨、地表河流水质化验Table 3 Water quality testing of atmospheric rainfall and su rface rivers
4.2 季节性河流侧向补给
地表巡查了许村铁厂沟季节性河流附近小煤窑，井筒封闭良好，均无塌陷，该区域1 号煤层埋深210～230 m，因此排除许村铁厂沟季节性河流对管道井涌水点的补给。
矿井西南部紧邻力拓煤业，力拓煤业1 号煤层标高+500—+650 m，比兴盛园煤业标高要高，且盖山厚度20～50 m，处于导水裂隙带影响范围内。强降雨期间地表雨水可通过导水裂隙带渗入力拓煤业采空破坏区，之后侧向补给兴盛园1 号煤采空破坏区。另外力拓煤业井田中部有从西北至东南向的季节性河流涧河，该河流常年有水，雨季期间涌水显著增大。此次重点走访巡查了河谷两侧小煤窑封闭情况。矿井地表涧河及裸露小煤窑井筒位置如图1所示。
图1 地表涧河及裸露小煤窑井筒位置示意Fig.1 Location of surface Jian river and exposed small coal kiln wellbore
通过巡查发现坍塌红砖井口、县界碑井口两处小煤窑裸露井筒。坍塌红砖井口东部约20 m 为河流，井口标高高于河流约3 m，井口周边未发现洪水倒灌现象，但井内有水，水面距井口10 m。县界碑井口东侧约30 m 为河流，井口标高高于河流约2 m，井内存水，水面距井口52.6 m，井壁有明显渗水现象，该处裸露井筒距管道井涌水点水平距离2 100 m。
2021年10月3日—5日降大到暴雨，10月19日兴盛园管道井涌水量增大，推测在此期间河道内水流通过基岩裂隙或砂砾层渗透进入1 号煤采空破坏区，强降雨期间洪水增大也可能灌入该井筒，经过14～16 d 的渗透补给，造成管道井处涌水量增大。
水质对比方面见表5。管道井涌水较涧河上游水质，矿化度、钠离子、钙离子、氯离子、碳酸氢根离子升高，镁离子、硫酸根有所降低。
表5 管道井涌水与涧河水水质对比Table 5 Water quality comparison between pipeline well water inflowand Jian river
考虑涧河水径流渗透过程中经过砂砾层可补充钠离子、氯离子、碳酸氢根离子，造成这些离子含量升高。
4.3 承压太灰及奥灰含水层水构造裂隙补给
兴盛园煤业1 号煤层下伏太原组K2、K3、K4三层灰岩和奥陶系厚层灰岩含水层。根据2012年水文钻孔抽水试验资料，太灰含水层水位+506—+546.9 m，奥灰含水层水位+521—+541 m。1 号煤层现采掘范围标高+390—+470 m，煤层带压0.5～1.3 MPa。
矿井处于郭庄泉域径流区，太灰及奥灰含水层富水性较强。以往补20 号钻孔封闭不良造成底板太灰含水层涌水10 m3/h。2014年3月31日在旧强排硐室开口处钻探，底板-15°钻孔钻进41 m 时涌水35 m3/h，判断为灰岩水，后注浆封堵。矿井断裂构造发育，已揭露断层50 条，陷落柱18 个，存在较大构造裂隙涌水可能性。但2015年后兴盛园煤业停产至今，无采掘活动，预计不会突然新增涌水点。
临近矿井力拓煤业开采下组煤，不排除力拓煤业的开采使部分断裂构造或陷落柱活化导水。从水质上看（表6），此次管道井涌水长期疏放接近动态量时，水质表现为灰岩和砂岩混合水，且灰岩水质特征较明显，结合力拓煤业的矿井涌水水质情况，预计力拓煤业部分灰岩水对1 号煤采空破坏区有少量的补给，之后通过侧向渗流补给管道井涌水。
表6 管道井涌水与灰岩水水质对比Table 6 Water quality comparison between pipeline well water inflowand limestone water
（1） 通过对涌水水量、水质、补给通道的分析，判断兴盛园煤业2021年10月下旬管道井涌水水量突然增大主要水源为雨季期间涧河洪水增大，大量河水漫过县界碑裸露井口或通过基岩裂隙和砂砾层补给1 号煤采空破坏区；
次要水源为大气降水在力拓煤业1 号煤层浅埋藏区通过导水裂隙涌入采空破坏区；
其次为力拓煤业的部分灰岩承压水对1号煤采空破坏区有少量的补给，之后通过侧向渗流补给管道井涌水。
（2） 下一步的建议：一是要及时封堵地表裸露小煤窑井筒，尤其是靠近涧河沟内的小煤窑井筒，雨季洪水增大后极有可能漫过井筒直接补给井下采空破坏区；
二是对地表河流、井下长期涌水点定期采集水样进行水质化验，完善地表河流、井下砂岩水、太原组灰岩水、奥灰含水层水水质化验数据库，为涌水水源快速判别提供依据；
三是尽快修复水文观测孔，实测太原组灰和奥灰含水层水位，临近的白龙矿、团柏矿关井，干河矿二采区划入郭庄泉域保护区禁采，近几年奥灰及太灰含水层水位和富水性均有所恢复，矿井断层、陷落柱非常发育，构造导水危险性较大。