陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

赵春虎^1,2，靳德武^1,2，李智学³，申小龙⁴，王皓^1,2，王世东^1,2，许峰^1,2，王强民^1,2

1. 中国煤炭科工集团西安研究院有限公司2. 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室3. 陕西投资集团有限公司4. 陕西煤田地质勘查研究院有限公司

摘 要：榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含（隔）水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型（凉水井井田）,主采煤层为4-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m3/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型（小壕兔1号井田）,主采煤层为1-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m3/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型（曹家滩井田）,主采煤层为2-2煤层（均厚约为11 m）,在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m3/h,垂向涌水量为12.67 m3/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m3/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。

关键词：保水采煤;含水层;涌水模式;导水裂隙;榆神矿区;