淺析礦井充水水源

趙志剛

摘 要：針對紫金煤礦特殊地理位置，分析了該礦的充水水源，為日后井田開采提供相關理論依據。

關鍵詞：充水水源；上組煤；下組煤；地表水

礦井充水水源指的是能夠進入礦床或井巷的水，它們主要有：大氣降水、地表水、地下水和老窯水。

紫金煤礦一號井田主要開采二疊系山西組2#（上組煤）和石炭系太原組11#煤層（下組煤）。由于紫金一號井田范圍內地表基本覆蓋有一定厚度的新生界黃土、粉質粘土及砂質粘土，普遍發育有粘土隔水層，而且煤層埋藏較深，主要河流及溝溪相距煤層較遠，且有巨厚的泥質巖層相隔，故地表水及大氣降水對煤層開采的直接影響相對較小。紫金一號井田范圍內沒有小窯及老窯開采，僅在北部的暖泉溝煤礦，存在采空區積水。因此，根據紫金一號礦井生產的實際，礦井充水水源主要來自地下水。現重點對其上、下組煤的礦井充水條件初步分析如下。

1 上組煤充水水源

1.1 上組煤頂板充水水源

上組煤（2#煤）頂板直接充水水源主要來自二疊系山西組幾層中粒砂巖和粗粒砂巖含水層，以及下石盒子組底部K8中粒砂巖含水層（考慮到受采動裂隙影響，導水裂隙可能達到K8砂巖，因此將直接充水水源上推到K8砂巖），含水層累計厚度3.65～10.10m。由于砂巖含水層難溶成分高，裂隙開啟程度差，加之砂巖與泥質巖層呈相互疊置結構，所以地下水的補、蓄條件不佳。據鄰區李雅莊井田L-9、L-21號孔抽水試驗，二疊系砂巖的單位涌水量在0.00047～0.0011L/s.m之間，即上組煤頂板直接充水含水層富水性為弱—極弱，僅表現為以滴水或淋水形式向礦井充水。

上組煤頂板間接充水水源主要來自二疊系下石盒子組K9砂巖含水層和上盒子組K10、K11、K12等砂巖含水層以及其間所夾的薄層中粗砂巖含水層中地下水。砂巖結構致密、堅硬，裂隙開啟程度較差，多為泥質充填或半充填，一般富水性差，含水微弱。在紫金一號井田溝谷一帶，地表風化裂隙較發育，在接受大氣降水入滲補給后，可賦存基巖風化裂隙潛水。基巖裂隙水的出露高程隨地形起伏而變化，同一地貌單元乃至同一地段，其出露高程相差懸殊，無統一水位，也無統一或固定循環系統。由此可見，風化裂隙泉水的出露高程遠遠高于可采煤層圍巖含水層水位高程，由于有巨厚的弱透水層或隔水層相隔，地表基巖風化裂隙含水層與其下伏裂隙水含水層的水力聯系微弱，不會對礦井開采造成較大影響。

1.2 上組煤底板充水水源

上組煤底板直接充水水源主要來自山西組K7砂巖水或局部所夾中粗粒砂巖含水層地下水，含水層厚度不大，累計厚度0.8～5.2m。砂巖含水層裂隙不發育，開啟程度差，且多見泥質及碎屑物質充填，加之受地下水補給條件的限制，含水層的富水程度屬于弱—極弱。因此上組煤底板直接充水水源一般不會對礦井生產造成較大影響。

上組煤底板間接充水水源主要來自石炭系太原組幾層生物碎屑泥晶灰巖含水層（K2、K3、K4）地下水。由于不同地段各層發育不全，含水層的累計厚度10.20～17.30m（K2灰巖部分地段尖滅），巖石致密、堅硬，成份以方解石為主，次為生物碎屑及少量泥質，巖溶裂隙發育一般為弱—中等，以溶孔及溶隙為主，且多見方解石脈所充填或半充填。據太灰含水層抽水試驗資料，單位涌水量0.0006～0.05273L/s.m。鑒于上組煤底板有山西組下部及太原組三段（C3t3）弱透水層及隔水層相隔（厚約39.96m），一般情況下上組煤底板間接充水水源對礦井生產不會構成較大威脅。但在一號井田斷層構造及陷落柱發育地帶，太灰含水層承壓水是構成本井田上組煤安全生產的主要充水因素之一。

2 下組煤充水水源

2.1 下組煤頂板充水水源

下組煤頂板直接充水水源同為上組煤底板間接充水水源，即石炭系太原組（K4～K2）灰巖含水層中的地下水。據已有資料，由于該井田斷裂構造發育，其巖溶裂隙發育程度及含水層的富水性由北向南逐漸增強，但不均一。據太灰含水層抽水試驗資料，單位涌水量0.0006～0.05273L/s.m，表明太灰含水層富水性屬極弱—弱，一般情況下不會對下組煤開采造成威脅，但在構造發育地段，太灰含水層仍是下組煤礦井防治水不可忽視的充水水源。

下組煤頂板間接充水水源同為上組煤底板直接充水水源，即太原組三段（C3t3）和山西組底部K7砂巖及局部所夾中、粗粒砂巖水。含水層的富水程度弱。因此下組煤頂板間接充水水源不會對礦井生產造成較大影響。

2.2 下組煤底板充水水源

下組煤底板直接充水水源主要來自太原組一段和本溪組所夾薄層灰巖或中、粗粒砂巖水。據鉆探數據統計，下組煤（11# 煤）底板至本溪組底界地層間距為21.96～33.33m，平均26.24m，隔水層累計厚度8.66～21.22m，平均15.68m。由本次鉆探及測井資料得知，此段砂巖裂隙不發育，且多砂泥質充填或半充填；灰巖厚度很薄，泥質含量較高，巖溶裂隙不發育，溶蝕現象不明顯。鉆進時鉆井液消耗量甚微，均表明此段含水層富水性很弱。據此分析認為，在無地質構造破壞及溝通的情況下，下組底板直接充水水源不會對礦井生產造成較大影響。

下組煤底板間接充水水源是來自下伏中奧陶統巖溶水，奧灰含水層構成了本區富水性最強的含水巖系。據ZK1-ZK7鉆孔抽水試驗資料，峰峰組單位涌水量為0.0058～0.4816L/s·m，自然水位標高480.64～520.87m。奧灰峰峰組（O2f）的巖溶裂隙發育程度相對略差，加之質純灰巖的累計厚度較小，含水層地下水的補、蓄條件及富水性相對較弱。而上馬家溝組（O2s）巖溶裂隙較發育，含水層厚度大，且連續、穩定，巖溶水補給來源充沛，傳導快，富水性最強。初步分析認為，在無有構造裂隙溝通的情況下，奧陶系灰巖巖溶裂隙水正常情況下對礦床開采沒有直接影響。但是因奧灰是井田富水性最強的巖溶裂隙含水層，且井田內巖溶陷落柱、NE—NNE向的正斷層比較發育，奧灰水有可能通過導水陷落柱、斷層等裂隙密集帶和薄弱帶等地質異常體或封閉質量不佳的鉆孔突入礦井，造成礦井突水乃至重大淹井事故，而且不易被疏干，成為煤層底板發生突水的最重要的水源。

3 地表水充水水源

井田地處低山丘陵地帶，地表徑流條件良好。紫金一號井田共有季節性河流3條（分別為位于東部的桃溝河、東南部的陶村河和中南部的十里溝河），溝谷3條（分別為位于東部的石盆溝、中部的蘆溝和北部的郝家鋪溝），均為汾河的支流溝谷。在雨季接受降水補給后形成規模不等的洪流匯集溝谷，但雨后不久便很快排泄殆盡。開采煤層上覆有一定厚度的不透水層或弱透水層相隔，因此地表水不會對煤層開采產生較大影響。但一旦開采2#煤層形成貫通到地表的地裂縫，就可能導致溝谷洪流順裂隙灌入地下，對礦井安全生產構成嚴重威脅。

4 結語

通過對紫金煤礦充水水源的分析，了解了該礦充水水源的特征，在今后的煤礦開采中具有一定的參考價值。