紅巖煤礦礦井水文地質(zhì)特征淺析

李勛輝 王長秀 黃 丹 李群飛

(重慶市能源投資集團科技有限責任公司，中國 重慶 400060)

0 概況

紅巖煤礦位于四川盆地與貴州高原接壤地帶，川東弧形褶皺帶的南端。由叢林區(qū)井田和紅巖區(qū)井田兩部分組成，東以木渡河為界與南川區(qū)蘇家灣井田相臨，南以叢林河為界與硯石臺煤礦相臨總體構造形態(tài)為單斜構造和向斜的組合。自然狀態(tài)下區(qū)內(nèi)存在兩條分水嶺，分為兩個獨立的水文地質(zhì)單元；開采條件下，地下水流場發(fā)生改變，構成一個較完整的水文地質(zhì)單元。

1 礦井水文地質(zhì)特征

含水層水文地質(zhì)特征：

(1)二疊系中統(tǒng)棲霞組巖溶裂隙含水層

二疊系中統(tǒng)棲霞組(P2q)石灰?guī)r，位于煤系頂部茅口組石灰?guī)r之上，并與之整合接觸，該巖層厚度穩(wěn)定，平均厚度約230米，為深灰色厚層狀石灰?guī)r，夾少量瀝青質(zhì)泥巖，全區(qū)出各種形態(tài)的巖溶地貌均有出現(xiàn)，巖溶裂隙發(fā)育，泉水流量較大，富水性強。地下水位標高：529.81m ，單位涌水量為：0.125升/秒·米～0.00247升/秒·米。含水層水補給源為大氣降水和地下水。

(2)二疊系中統(tǒng)茅口組巖溶裂隙含水層

二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)石灰?guī)r,上覆于煤系之上。為灰色、灰白色厚層狀石灰?guī)r組成，上部有一燧石結核層。最大厚度：185.0m,最小厚度：172.3m，平均厚度約179m。該巖層出露地表面積大，巖溶裂隙發(fā)育且厚度較大，時有暗河出現(xiàn)，泉水流量大，因此，該巖層富水性強。該巖層地下水位標高：529.81m，單位涌水量為：0.125升/秒·米～0.00247升/秒·米。茅口組(P1m)灰?guī)r含水層水補給源為大氣降水和地下水。

(3)二疊系上統(tǒng)長興組上段巖溶裂隙含水層

二疊系上統(tǒng)長興組(P3c),伏于龍?zhí)睹航M之下，為深灰、灰色厚層狀石灰?guī)r組成，含燧石團塊；最大厚度：78.0m，最小厚度：58.0 m，平均厚度約66.2m。該巖層在縱橫向上的厚度穩(wěn)定。該巖層出露地表，巖溶裂隙較發(fā)育，出露泉水少，但地下水位深度較大，該層地下水位深(約100m)，單位流量0.129升/秒·米，地下水位標高305.11m，滲透系數(shù)1.643米/日，富水性強。隨著深度增加，巖溶、裂隙發(fā)育程度逐漸減弱。該含水層水補給源為大氣降水。

(4)二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)煤系地層隔水層

二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M含煤段上部(P3l2)為黑色頁巖、砂質(zhì)泥巖夾深灰色生物碎屑石灰?guī)r，中夾可采煤層K3a1、K3a2煤層；下部(P3l1)為黑色頁巖、砂質(zhì)泥巖、硅質(zhì)石灰?guī)r、鋁土角礫巖，中夾主采煤層K1煤層。本層富水性、導水性極弱，為隔水層。

2 構造對地下水的控制和影響

紅巖煤礦處于川鄂湘黔隆起褶皺帶與川黔南北構造帶的結合部位,屬燕山期形成的新華夏構造體系。礦區(qū)位于主干構造龍骨溪復式背斜北西翼的次級褶皺—鮮家坪背斜西翼和背斜東翼之叢林向斜兩翼。其中叢林向斜兩翼屬叢林井田劃定范圍、鮮家坪背斜西翼屬紅巖井田劃定范圍。

叢林區(qū)就是一個強排泄點，包括木渡河以北(南川的小煤礦開采水平比紅巖礦高)的地下水都向南排泄，也就是地下水流場發(fā)生了改變，地下水在很大范圍都流向叢林區(qū)，因此導致紅巖煤礦礦井水增大。

紅巖煤礦礦區(qū)地貌屬構造侵蝕的中低山地貌，含水灰?guī)r裸露、地形高差懸殊，為典型南方裸露型巖溶喀斯特地貌。地表有切割較深的三條河流，木渡河、叢林河和孝子河，還有若干封閉溶蝕洼地，加之淺部小窯分布多，對煤層開采破壞嚴重，后期煤系地層及頂板塌陷多，形成了容易接受大氣降水補給、地下水通道流暢的特點，特別是叢林區(qū)的南段(南翼)，由于巖層傾角緩，更增大了含水灰?guī)r在地表的出露面積，也就增加了大氣降水補給的面積和匯水量。由于這些洼地較封閉，不利于地表水的排泄，只有滲透入地下，所以造成巖溶發(fā)育程度和深度增大，暗河增多。

構造對地下水徑流的影響如圖1所示。

圖1 區(qū)域構造控水示意圖

3 礦井充水因素分析

3.1 充水水源

礦井充水水源主要有茅口灰?guī)r巖溶水、長興灰?guī)r巖溶水；其次有叢林河地表徑流水。經(jīng)歷年礦井涌水量資料分析,巖溶水占礦井總涌水量的93.5，其中:長興水占14.0%，茅口水占79.5%，其它水量水占6.5%。叢林向斜軸部南側(cè)的茅口水占了全礦井茅口水總量的80.3%，它是礦井充水主要水源，也是災害性突水最主要的水源。另外，南翼井田范圍內(nèi)地方小煤礦的開采形成的大量采空水和閉坑礦井老窯水也是主要充水的補給源，這類水源主要是通過煤層及頂板頁巖長期緩慢滲透進入礦井，一般不會進入煤層底板的茅口灰?guī)r含水層參與水力交換。而煤層頂板的長興灰?guī)r含水層和底板的茅口灰?guī)r含水層的補給源，經(jīng)多年觀測主要來自地表的幾個大型匯水洼地，其中頂板長興灰?guī)r含水層的補給源主要集中在蓋石溝一帶，通過地面眾多巖溶漏斗進行補給。而茅口灰?guī)r含水層主要集中在大海孔地區(qū)，同樣是通過地面眾多匯水洼地巖溶漏斗進行補給。

3.2 充水通道

紅巖煤礦茅口灰?guī)r地表出露面積廣，喀斯特巖溶發(fā)育，溶洞、溶穴、漏斗、暗河廣布，是礦井底板充水的主要通道。其次礦井煤層開采后，易產(chǎn)生塌陷，塌陷導水裂隙帶達到長興灰?guī)r含水層，成為大氣降水和長興灰?guī)r含水層水進入礦井的通道。三是礦井斷層構造及裂隙非常發(fā)育，且多屬于壓扭性斷層，在原始狀態(tài)下一般不導水，采動影響造成原有的水力平衡被打破，部分構造裂隙導通含水層或采空區(qū)進入礦井。

4 地下水的補徑排關系

礦井補給水源有大氣降雨、地表河流、地面洼地及地下暗河。其中大氣降雨是最主要的補給水源，其次是地表匯水洼地和暗河，地表河流的補給則并不明顯。

徑流途徑一般來說是：大氣降雨匯集于洼地→地表出露喀斯特漏斗、裂隙→地下暗河→井巷及采掘頭面。

排泄條件總是遵循從上到下、從高到低和薄弱處潰出的原則，當巖溶裂隙和管道連通性較好時，突水點的初期流量則明顯增大，且穩(wěn)定性較好，直到補給源疏干為止。這類突水一般來說時間較短，但破壞極大，是煤礦災害性突水的主要防范和研究對象。當巖溶裂隙和管道連通性較差時，則流量相對較小，其破壞性亦小，但持續(xù)時間較長。

5 結論

5.1 根據(jù)其賦存介質(zhì)特征(地層時代、巖性、富水性等)將礦井范圍內(nèi)對采礦有影響的地下水主要含隔水層，劃分為茅口組巖溶含水層、長興組巖溶含水層、龍?zhí)督M煤系地層隔水層。

5.2 礦井位于水文地質(zhì)單元的排泄區(qū)，井下防排水受大氣降雨及含水層出露條件影響大。井田內(nèi)斷層較發(fā)育，區(qū)內(nèi)煤層厚度變化較大，斷層控制程度稍差，對斷層導水通道應特別重視，必須留設足夠的防水煤柱，以免造成淹井事故。

5.3 通過對井田水文地質(zhì)條件、充水因素的分析，認為地下水是井田充水的主要水源，以底板巖溶充水為主的礦床。依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，礦井水文地質(zhì)類型為極復雜。

[1]姜敏德.牛莊井田水文地質(zhì)特征分析[J].中州煤炭，2012(7)：60-62.

[2]房佩賢.專門水文地質(zhì)學[M].北京：地質(zhì)出版社，1996.

[3]重慶市能源投資科技有限責任公司.重慶南桐礦業(yè)有限責任公司紅巖煤礦2014年極復雜水文條件巖溶水害綜合治理示范礦井建設方案[R].重慶,2013.