平煤十三礦水文地質特征及充水因素分析

摘要：本文通過對平煤十三礦含、隔水層及斷層帶水文地質特征的分析，對現開采二1煤層有影響的主要為地表汝河水、第四系含水層水、二1煤層頂板砂巖水、石炭系灰巖溶巖水和寒武系灰巖水。地表汝河水、第四系含水層水和二1煤頂板砂巖水對煤層的開采影響較小。受采掘活動的影響，煤層底板下的石炭系灰巖溶巖水對礦井安全生產威脅最大，在遇斷層時，寒武系灰巖水可能會通過斷層帶參與補給，要特別注意預防底板灰巖水突入礦井。

關鍵詞：水文地質 充水因素 十三礦

平煤十三礦位于平頂山煤田的東北部，距平頂山市17km，轄區屬許昌市襄城縣紫云鎮，歸襄、郟兩縣管轄。礦區東西走向長15km，傾向寬2.3～5km，面積53.6km2。2008年核定年生產能力為210萬噸/a，主采二1（己15、17）煤層，開采深度由-100m至-800m標高。礦井開拓方式采用一對立井、兩個水平（-525m、-800m）分區開拓，采區上下山開采，采煤方法為走向長壁式采煤法，現有己一、己二、己三3個生產采區和己四準備采區。

1 區域水文地質條件

平頂山煤田構造形態呈現出地壘型的復向斜構造，其座落在汝河和沙河之間的分水嶺地帶，平頂山煤田的四周受到接近南北和接近東西向兩組張性斷裂的控制，構成的地壘型斷塊呈現多邊形。其褶曲以李口向斜為主體，向斜西部傾向狀張寨；東部翹起收斂，軸向為北西-東南方向。十三礦井田處在李口向斜的東北翼，襄郟一號正斷層以南。詳細構造如圖1-1所示：

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圖1-1 平頂山煤田九里山-十三礦地質剖面示意圖

受平頂山煤田的構造控制相對抬起的影響，導致含水層的水力聯系被切斷，使平頂山煤田成為相對獨立的水文地質單元。李口向斜的北東翼淺部高，深部低，西北高，東南低，具有自流水向斜盆地的徑流特征。總的排泄方向為南東，但是由于斷裂構造的干擾，可能會出現局部復雜情況。天然水位動態變化，越近補給區變化幅度越明顯。地下水的水質由西向東，礦化度由0.3～0.4g/l增大至0.5～0.8g/l。從總的情況看，由于地下水補給來源有限，地下水動儲量并不很大。

2 礦井水文地質條件

按照自下而上的順序，根據礦井的沉積條件、巖性、水力特征、含水層，以及隔水層的組合關系，和對可采煤層造成的影響，可將礦區內分為7個含水層組、4個隔水層。

2.1 含水層

2.1.1 寒武系灰巖含水層 寒武系灰巖為灰、淺灰色，隱晶質結構，堅硬。裂隙多被方解石或泥質充填或半充填。在全區有范圍內，其中處于寒武系灰巖的鉆孔有32個，厚度在0.55～92.86m之間。其中，位于溶洞及有溶蝕現象的鉆孔有10個，高度最大的溶洞高1.37m，并且存在漏水的鉆孔有5個，最大漏失量為0.14m3/h。單位涌水量0.0226L/s.m，滲透系數0.084m/d，水位標高-400m。水質類型HCO3·SO4-Na·Ca，礦化度0.77g/L。

2.1.2 石炭系太原組灰巖含水層組 石炭系太原組灰巖是本區主要含水層之一，本層石灰巖層呈灰、淺灰色，隱晶質石灰巖、含大量燧石結核、致密、堅硬，局部含泥質呈褐色。地層平均厚度56m，灰巖4～8層，總厚20m左右，其含水層不均勻，富水性較強，水位標高變化比較大，礦區東部的己三采區水位約在-663.2m左右，而在礦區西部的淺部觀測孔水2和2001鉆孔的水位標高則分別為-221.3m和-106.9m。該含水層在礦區內又可分為灰6含水層和灰1-4含水層上下兩段。

①太原組下段灰1-4含水層。該含水層組厚度為5-15m，在全區有范圍內鉆孔見溶洞的個數就有5個，其中溶洞的最大高度0.58m，有7個鉆孔存在漏水現象，漏失量在1.8～12m3/h，單位涌水量0.075～0.019 L/s·m，滲透系數0.335～0.528m/d，水質類型HCO3·SO4-Na·Ca·Mg，礦化度0.66-0.80g/L。水溫32℃。

②太原組上段灰6含水層。灰6含大量燧石結核，該巖層的特征是致密而且堅硬，厚度為1.2～25.1m，屬于隱晶質石灰巖。可溶巖內溶蝕裂隙、溶洞等是巖溶的地下的主要形態。在該層見溶隙溶洞的鉆孔共有14個，其中溶洞的最大高度3.1lm，充填物為粒土質砂巖。存在漏水現象的鉆孔有11個，漏失量0.48～全漏（約13m3/h），單位涌水量0.0023～0.855 L/s·m，滲透系數0.025～9.75m/d，水質類型HCO3·SO4-CaNa及HCO3·SO4-Na·Ca，礦化度0.524～0.879g/L，水溫25～30℃。

2.1.3 二1煤層頂板砂巖含水層組 該層的巖石主要以大占及香炭砂巖為主，多為細-粗粒。大占砂巖垂直裂隙發育，方解石脈充填著裂隙面。厚5.49～47.65m，平均23m，厚度的變化比較大，并且東部較厚，西部較薄。漏水鉆孔有7個，漏失量為0.9～2.3 m3/h，單位涌水量為0.0041～0.0074L/s·m，滲透系數為0.0101～0.0521m/d，天然水位標高75.20～81.38m，水質類型HCO3-Na，礦化度0.51g/L，水溫23℃。

2.1.4 七4（乙2下）煤頂板砂巖含水層 該含水層由2～3層的細-中粒砂巖組成，巖層厚度在4～37m，平均厚度為12m。砂巖裂隙不發育，透水性差，裂隙面比較光滑并呈現閉合狀。其中存在漏水現象的鉆孔有9個，漏失量為0.92～2.50m3/h。單位涌水量為0.00007～0.00267L/s·m，滲透系數0.0011～0.0644m/d，水位標高73.42～87.41m，水質類型HCO3-Na，礦化度0.55～0.97g/L，水溫25～28℃。

2.1.5 四2（戊10）煤頂板砂巖含水層 該含水層由1～2層的細-中粒砂巖組成，厚度為3～29m，平均厚度為16m。其中，存在漏水現象的鉆孔有6個，漏失量為0.8～4.8m3/h，單位涌水量0.0103 L/s·m，滲透系數0.017m/d，水位標高84.45m，水質類型HCO3-Na，礦化度0.89g/L，水溫23℃。

2.1.6 基巖風化帶含水層 在該含水層，基巖風化帶厚為28～74m，平均厚度47m。巖性、粒度等影響風化程度。在該層的鉆孔中，存在風化砂泥巖段漏水現象的鉆孔有3個，漏失量0.8～2.5m3/h，單位涌水量0.0041～0.0027L/s·m，滲透系數0.01～0.064m/d，天然水位標高73.42～81.38m，水質類型HCO3-Na，礦化度0.46～0.55g/L，水溫17～21℃。基巖風化帶溝通了間接充水含水層與直接充水含水層發生水力聯系的通道。

2.1.7 第四系砂礫石含水層組 該含水層組分為Q上、Q下2、Q下1三個含水層，這三個含水層分別超覆于七4（乙2下）、四2（戊10）、二1（己15和己16-17）煤層露頭部位，煤層頂板間接充水含水層由此構成。太原群下段的灰1-4和寒武系灰巖水同灰6有水力聯系，構成二1煤底板的間接充水含水層。

①第四系Q上含水層。該含水層為河床相砂礫石層，主要分布在汝河沖積平原，厚度8～65m，一般23～42m，平均35m。頂板埋深度為0～35m，平均10m。水質類型HCO3-Ca，礦化度0.19～0.33g/L，水溫16℃。單位涌水量0.70～5.38 L/s·m，滲透系數1.3～26.2m/d，水位標高78.47～92.53m。

②第四系Q下2含水層。該含水層的巖石多為河床及河漫灘相砂礫石，厚度為4～45m，平均厚度為18m。由西南向東北方向，頂板埋深度從40直到89m呈現變深的趨勢。單位涌水量1.86 L/s？m，滲透系數6.55m/d，天然水位標高81.74m。

③第四系Q下1含水層。該含水層的巖層多為砂礫石，厚度在2～33m之間，平均15m，頂板埋深度80～130m。其底板隔水層致密呈塊狀，具滑感，可塑性強，厚4～63m，平均16m。單位涌水量0.0023L/s·m，滲透系數0.0083m/d，天然水位標高82.76m。水質類型HCO3·Cl-Ca·Na，礦化度0.4g/L，水溫21℃。

2.2 隔水層

按照自上而下的順序，十三礦井田的隔水層有：

2.2.1 第四系隔水層 砂質粘土和粘土組成的隔水層分布在第四系含水層 Q上與 Q下 2之間、Q下 2與 Q下 1之間，厚度在0.7～49.4m之間，平均 19m，厚度變化比較大，局部缺失，為相對隔水層。

2.2.2 二1煤底板隔水層 二1煤底板至灰6頂板之間距離為10～30m，由細砂巖、粉砂巖、砂質泥巖和泥灰巖組成，該巖層的作用是阻隔灰6巖溶水進入二1煤采掘作業。底板受采動的影響，導致其破壞深度達10～15m，進而使得灰6與二1煤之間的隔水層厚度在一定程度上下降，隔水作用受到影響。

2.2.3 太原組下部灰巖隔水層 該層位于太原組下段灰1-4含水層和太原組上段灰6含水層之間，距二1煤 52.4m，進入礦井的太原組下部灰巖巖溶水受到砂巖和泥巖及薄層灰巖的阻隔作用。

2.2.4 太原組鞏縣段鋁土泥巖隔水層 該隔水層位于寒武系灰巖和石炭系太原組灰巖之間，層位比較穩定，隔水層的厚度為5～10m，平均厚度為8.1m。石炭系灰巖和寒武系灰巖含水層間的水力聯系，在正常情況下被阻隔。

2.3 斷層帶

十三礦井田位于郟縣斷層的西側，襄郟斷層的南側，靈武山向斜和李口集向斜的北翼。本礦區經鉆探和直接揭露發現大、中、小斷層26余條，斷裂帶的賦水條件較差，井田內施工的鉆孔中遇斷層漏水的只有4個孔，漏失量0.60～1.54m3/h。（圖2-1）

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圖2-1 十三礦構造綱要示意圖

3 井田充水因素分析

3.1 充水特征

當前，十三礦開采的二1煤層，二1煤層頂板砂巖水和底板石炭系薄層灰巖（灰6）水、部分老空水是礦井直接充水的水源。其中底板用水量占礦井涌水量的80%以上，寒灰水為礦井間接充水水源，在礦井淺部接近煤層露頭區，地表水直接對礦井進行充水。通常情況下，二1煤層頂板砂巖的充水主要以淋水、滴水的方式為主，其水量比較小。全礦建井至今未發生過頂板突水事故。

3.2 充水水源

3.2.1 大氣降水 受當地氣候條件的影響和制約，每年的大氣降水主要集中在6-8月份，進行補水的時間比較短。雖然區內有二1煤層露頭，但其上覆有較厚的第四系砂質粘土和粘土組成的隔水層，且本區位于丘陵和平原過渡帶，地形結構高低起伏，波動范圍較大，參與補給的地表徑流和排泄條件進行補給的作用比較微弱，導致補給量十分有限。

3.2.2 地表水和第四系砂礫石孔隙水 第四系砂礫石含水層主要由三層河床、河漫灘相砂礫石層組成。由于汝河在礦區中部迂回流過，河水成為了該含水層的主要補給源，補給條件較好。每層含水層下都有砂質粘土、粘土組成的隔水層，該含水層距二1煤層較遠，所含孔隙水一般對礦井生產無影響。但是，在開采煤層淺部時，該層水可通過煤層露頭和冒落裂隙帶進入礦坑，對礦井的生產造成一定的影響，為了確保安全，所以在生產過程中對煤層隱伏露頭帶進行處理，留有一定的防水煤柱。

3.2.3 二1煤頂板砂巖水 二1煤頂板砂巖含水層厚度較大，富水性差，地下水滲透能力較差，水循環條件不暢，對煤層的開采影響較小，但是該層在地表有出露，直接接受大氣降水或其他地表水體的補給，在一些隱伏露頭區還可接受第四系潛水含水層的補給，地下水具有較大的靜儲量。根據生產過程中實際觀測，礦井充水多以淋水或小股水的方式充入礦坑，對礦井的安全生產影響不大。

3.2.4 二1煤底板灰巖溶巖水 二1煤層底板充水水源主要為石炭系灰巖水和寒武系灰巖水，兩個水源具煤層較近，中間相對隔水層較薄，礦井大部分的突水水源以底板突水為主。十三礦發生過幾次大的突水，均為底板石炭系灰6溶巖水直接和寒灰水的間接參與，其中突水量大于200m3/h的2次。突水地點主要為回采工作面，掘進工作面很少；突水時間多在回采工作面頂板大面積垮落及掘進工作面遇見斷裂構造或過巖溶發育含水層時。

3.3 充水通道

十三礦所開采的二1煤層屬中、厚煤層，煤厚變化較大，煤層、頂底板隔水層的完整性在采礦過程中遭到破壞，在采動裂隙的作用下，頂板砂巖水、第四系水、底板灰巖水可直接充入工作面。對于煤層淺部的露頭區，沿采動裂隙大氣降水和地表水可進入井下。

在斷層賦水性方面，本礦區發育的較差。但是，二1煤頂、底板隔水層的完整性在斷層的作用下遭到破壞，地下應力場受到采掘活動的影響發生明顯的變化，本來賦水性較差的斷層裂隙構造，使得各含水層相互溝通，成為礦井充水的主要途徑。

4 結語

根據前面的論述，對平煤十三礦現開采二1煤層有影響的主要為地表水、第四系含水層水、二1煤層頂板砂巖水、石炭系灰巖溶巖水和寒武系灰巖水。地表汝河水和第四系含水層水可通過煤系露頭滲入礦坑，但補給量小，一般不會造成突水；二1煤頂板砂巖含水層富水性差，地下水滲透能力較差，水循環條件不暢，對煤層的開采影響較小。對礦井安全生產威脅最大的是煤層底板下的石炭系灰巖溶巖水，寒武系灰巖水是補給水源，導水通道是斷層，在開采二1煤層的過程中，出現斷層要注意預防礦井突水。

參考文獻：

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作者簡介：高貴生（1961-），男，河南魯山人，助理工程師，從事煤礦地質測量工作多年。