第32卷第2期2012年03月西安科技大学学报

JOURNALOFXI’ANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYVol．32No.2Mar.2012

文章编号：1672－9315（2012）02－0155－05

黄陵一号煤矿2号煤层顶板涌

（突）水危险性分区预测

王苏健1，侯恩科2，冯洁2，卫勇峰3，赵平3

（1．陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，陕西西安710075；2．西安科技大学地质与环境学院，陕西西安710054；3．陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿，陕西黄陵727307）

摘要：在分析黄陵一号煤矿水文地质条件与充水因素的基础上，认为直罗组下段含水层是2号

煤层顶板涌（突）水的主要水源。通过经验公式计算与实测冒落带和裂隙带（简称“两带”）高度

的对比分析，认为经验公式不适合该区开采实际，适合该区的冒采比和裂采比分别为5．7和25．2．

以裂采比32为阈值，对矿井中北部2号煤层待采区进行了顶板涌（突）水危险性分区预测，为矿

井防治顶板水害提供了依据。

关键词：黄陵一号煤矿；充水因素；“两带”高度；涌（突）水危险性；分区预测

中图分类号：TD741文献标志码：A

0引言

煤炭是我国的基础能源，在一次性能源消费构成中所占比重长期保持在70%左右［1］，然而，煤层顶板

涌（突）水是制约煤炭资源安全开采的重要因素之一，解决煤层顶板涌（突）水条件定量评价问题，对煤矿

安全生产具有极其重要的理论指导意义和实用价值［2］。黄陵一矿自1991年建井以来，共发生了4次大

的突水事故，其中，2号煤层顶板水害是矿井防治水的重要问题之一。本文在分析黄陵一号煤矿水文地质

条件与矿井充水因素的基础上，探讨该区导水裂隙带高度发育规律，并进行矿井2号煤层待采区顶板涌

（突）水危险性分区预测，可供该矿井及其开采条件相似矿井防治水工作参考。

1矿井地质概况

黄陵一号煤矿地处陕西省黄陇侏罗纪煤田黄陵矿区东北部，陕西省黄陵县店头镇，井田面积约210

km2．矿井核定生产能力为5．0Mt/a，采用平硐开拓，单水平开采，长壁综采垮落法管理顶板的采煤方法。

截至目前，一、二、四盘区已回采结束，三、六盘区为生产盘区。

井田地层由老到新有三叠系上统永坪组（T3y）、侏罗系下统富县组（J1f）、侏罗系中统延安组（J2y）、直

罗组（J2z）、安定组（J2a）、白垩系下统洛河组（K1l）、华池组（K1h）、新近系上新统保德组（N2b）及第四系上更

新统（Q3m）和全新统（Q4）。

井田含煤地层为延安组，全区分布，含煤4层，自上而下编号为0，1，2，3号煤层，其中2号煤层为唯一

主采煤层。2号煤层可采厚度0．80～4．69m，平均可采厚度2．18m．井田构造简单，为一总体倾向北西西

的单斜构造，仅发育少量落差较小的正断层和宽缓波状起伏。

2矿井水文地质条件与充水因素

矿井地处陕北黄土高原南部，年平均降水量978mm，蒸发量大于1300mm［3］。地形属较复杂的中～

*收稿日期：2012－02－10通讯作者：王苏健（1963－），男，陕西韩城人，高级工程师，主要从事煤矿防治水技术研究．低山区，黄土沟壑发育，沮水河为区内最大河流，郑家河、米家河等分布于矿井东部，属洛河水系。

2．1含水层

井田含水层共有8层，其特征如下

1）第四系河谷砂砾石孔隙潜水含水层（Q4）：主要分布于沮水河河谷中，岩性以灰黄色含泥沙的卵砾

石和亚粘土、砂质粘土为主，厚度0～8．87m，平均厚度5．73m，钻孔单位涌水量0．1～4．664L/s·m，渗

透系数8．25～85．17m/d，富水性中等。

2）第四系黄土孔隙潜水含水层（Q3）：全区大面积分布，岩性为亚粘土、砂质粘土及亚砂土，底部砂砾

石或亚砂土含水，钙质结核及粘土层为其隔水层，总厚一般0～203．20m，平均厚度66．46m，富水性微弱。

3）白垩系下统华池组砂岩裂隙含水层（K1h）：仅分布于井田北部局部地区，上部岩性以暗紫色、紫灰

色粉砂岩为主，下部岩性为紫色细粒砂岩夹粉砂岩、泥岩，厚度15．00～38．70m，平均厚度29．75m．钻孔

单位涌水量0．0255～0．225L/s·m，渗透系数0．034～0．819m/d，富水性弱～中等。

4）白垩系下统洛河组砂岩孔隙裂隙含水层（K1l）：分布于井田西部，岩性以棕红色中粒长石石英砂岩

为主，偶夹粉砂岩、泥岩薄层，下部变粗，厚度8．10～222．72m，平均厚度84．37m，钻孔单位涌水量

0．0071～2．377L/s·m，渗透系数0．00818～8．4586m/d，富水性强。

5）侏罗系中统安定组泥灰岩局部含水层（J2a）：分布于井田西北部，以灰紫色白云质泥灰岩为主，夹

薄层泥岩，厚度0～37．50m，一般厚25m左右，富水性弱。

6）侏罗系中统直罗组下段砂岩裂隙孔隙含水层（J12z）：全井田分布，岩性以灰白色、灰绿色中粒砂岩

为主，底部多为细砾岩或含砾粗砂岩，厚度30．43～96．60m，平均厚度56．89m，钻孔单位涌水量0．00061

～0．1858L/s·m，渗透系数0．000718～0．74m/d，富水性弱～中等。

7）侏罗系中统延安组中部含水层（J中2y）：全区分布，由2号煤层及其老顶七里镇砂岩组成，厚5．32～

30．10m，单位涌水量0．00000726～0．00590L/s·m，渗透系数0．000004576～0．2482m/d，富水性弱。

8）三叠系上统永坪组砂岩裂隙含水层（T3y）：为含煤地层之基底岩层，岩性为灰绿色、灰色泥岩及粉

砂岩为主，夹细粒砂岩，在浅埋区泉水出露较多，富水性相对较强，单位涌水量0～0．187L/s·m，随埋深

增加，富水性递减，属富水性弱的含水层。

2．2隔水层

井田隔水层共计4层，其特征如下

1）新近系上统保德组局部隔水层（N2b）：岩性为褐红色亚粘土、砂质粘土及粘土组成，含钙质结核，厚

0～60．13m，为局部隔水层。

2）侏罗系中统直罗组上段隔水层（J22z）：井田大部分布，东南部缺失，以棕黄、紫杂色泥岩、砂质泥岩、

粉砂岩为主，厚52．36～144．03m，平均厚72．51m，为区内较稳定隔水层。

3）侏罗系中统延安组上部相对隔水层（J上2y）：全井田分布，为“七里镇砂岩”以上的延安组地层，厚

26．88～115．31m，一般厚60m左右，岩性以深灰、灰黑色泥岩，灰色粉砂岩为主，中夹中细粒砂岩，含1号

煤层，为相对隔水层。

4）延安组下部及富县组相对隔水层（J下2y+J1f）：由2号煤层以下延安组及富县组地层组成，岩性主要

为灰黑色泥岩、粉砂岩，厚度一般小于10m；富县组以花斑状泥岩为主，夹粉细砂岩，厚0～75．50m，厚度

变化呈南薄北厚的变化趋势，为相对隔水层。

2．3充水因素分析

从黄陵一号煤矿建井以来井下涌水或突水情况分析，矿井充水水源主要是大气降水所形成的地表

水、老空区积水和含水层地下水。大气降水及咀水河地表水为矿井的间接充水水源，主要补给地下水及

周边老空区积水，而老空区积水及直罗组下段、延安组中部含水层地下水是矿井直接充水水源。

矿井充水的通道主要是煤层开采后形成的导水裂隙、构造裂隙和巷道及采空区。

延安组中部含水层富水性弱，充水强度小。直罗组下段含水层富水性弱到中等，其充水强度一般表

现为水量大，持续时间短，以静储量为主，但在直罗组上段隔水层缺失的地段，该含水层接受上部含水层651西安科技大学学报2012年第2期王苏健等：黄陵一号煤矿2号煤层顶板涌（突）水危险性分区预测

天窗式补给，富水性强，充水量大。地表水在一些沟谷地带往往通过沟通地表的导水裂隙涌入本矿井采

空区或矿井周边老窑采空区并在局部地段突破薄弱岩煤柱而涌入矿井，尤其在地表水量大或暴雨洪水期

会表现为水量大、来势猛、难以治理的重大突水灾害。

矿井已回采完毕的工作面目前一般涌水量在5～35m3/h，矿井正常涌水量为380m3/h，最大涌水量

为489m3/h．建井以来，矿井曾经发生过4次突水事故，最大突水量达1086m3/h，均造成了矿井停产和重

大的经济损失［4－5］。这4次突水事故，1次是周边老窑采空区突水，1次为地表暴雨洪水沿周边老窑井口

灌入老窑采空区而造成突水，1次为402工作面局部缺失直罗组上段隔水层而使导水裂隙带沟通了直罗

组下段和第四系河谷砂砾石孔隙潜水含水层所造成的突水，1次突水原因不明。因此，地表河流水、采空

区积水和顶板地下水是该矿井最主要的3个水害隐患。

3顶板涌（突）水危险性分区预测

煤层开采后，顶板冒落情况及冒落后所发育的导水裂隙带高度能否触及其上充水含水层是煤层开采

冒裂安全性分区首先需要解决的问题。影响导水裂隙带发育高度的因素很多，如煤层开采厚度、覆岩岩

性、煤层倾角、采煤方法、煤层顶板管理等，因此很难总结出一个普遍适用的计算公式［6］。本文通过经验

公式计算值与实测值的对比分析综合确定导水裂隙带高度，并进行二、四盘区以北待采区2号煤层顶板

涌（突）水危险性分区预测。

3．1煤层开采“两带”发育高度的确定

据岩石物理力学试验结果，本区2号煤层覆岩抗压强度为20～40MPa，属于中硬岩石，冒落带、导水

裂隙带高度选用以下公式计算《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称《规程》）公式

Hc=100Σm

4．7Σm+19+2．2（冒落带），

Hf=100Σm

1．6Σm+3．6+5．6（导水裂隙带公式一），

Hf=20Σ槡m+10（导水裂隙带公式二）．

《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719－91）附录F（以下简称《规范》）推荐的公式

Hc=4M（冒落带），Hf=100M3．3n+3．8±5．1（导水裂隙带）．

式中Hc为冒落带最大高度，m；Hf为导水裂隙带最大高度，m；M为累计采厚，m；n为煤分层层数，取n=

1．

利用上述公式和区内135个钻孔统计资料，对2号煤层“两带”高度的计算结果见表1．

表1井田中北部2号煤层“两带”高度计算统计表Tab．1Statisticsofheightof“twozones”atcoalseamNo．2innorthcentreoftheminefield

计算值煤厚/m冒落带高度/m《规程》公式《规范》公式导水裂隙带高度/m《规程》公式一《规程》公式二《规范》公式最小值0．946．213．7624．0229．3918．34最大值4．1713．0016．6846．2050．8463．83平均值2．4410．069．7737．4440．9239．51

2009年对本矿六盘区603工作面采空区覆岩冒裂带的钻孔探测结果表明，2号煤层（厚度2．6m）冒

落带发育高度为14．8m，冒采比为5．7，裂隙带最大发育高度为65．5m，裂采比为25．2，比利用上述经验

公式计算的最大值分别高出4．27m和23．25m．由于上述经验公式是在总结我国矿井工作面“两带”高度

的大量观测数据的基础上得出的经验公式，适合于单层采高1～3m，累计采厚不超过15m的煤层及工作751