從龐龐塔井田富水性分析礦井充水條件

陳曉楓

摘 要：奧陶系含水層由于范圍廣、富水性較強，長期以來一直是煤礦生產的重要地層。以山西臨縣龐龐塔井田為例，本區奧灰含水層富水性中等，奧灰水位普遍高于主要可采煤層底板標高，底板突水已成為礦井水害防治的重點。因此，從大氣降水、地表水、地下水和老空水等充水水源，以及斷層、陷落柱和頂底板采動破壞等方面分析了礦井充水條件，這對煤層開壓、開采具有比較重要的指導意義。

關鍵詞：富水性；充水條件；充水水源；底板擾動破壞

中圖分類號：TD745 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.126

龐龐塔煤礦位于山西省臨縣縣城以東城莊鎮程家塔村—木瓜坪鄉楊家崖村—玉坪鄉永豐村一帶，地處呂梁山脈中段西部的中低山丘陵區，為典型的梁峁狀黃土丘陵地貌，地形切割劇烈，溝谷多呈“V”字形，植被稀少，水土流失嚴重，地勢為東高西低。

柳林巖溶水系統位處晉西南呂梁復背斜的西翼，即呂梁山中段的西部，其東部為中高山和中山地形，一般海拔為1 200～1 500 m，地形陡峭，溝谷發育，溝谷深切，基巖裸露；西部為低山丘陵地形，塬、梁、峁和溝壑密布，黃土丘陵延綿起伏，地形復雜，大部被黃土覆蓋，局部基巖裸露；中部為山間盆地（河谷），一般海拔為800～1 000 m，地勢較為平坦，起伏不大，發育有河床、河漫灘和不對稱階地。縱觀全區，地勢東高西低，南北高、中部低，由北、東和南三面向三川河谷傾斜。勘查區位于柳林泉域排泄區東北部的巖溶水徑流—滯留區。

依據區內地層發育狀況及其水文地質特征，可將研究區地下水含水層劃分為奧陶系中統石灰巖巖溶裂隙含水巖組，石炭系上統太原組石灰巖巖溶裂隙含水巖組，二疊系下統山西組砂巖裂隙含水巖組，二疊系石盒子組砂巖裂隙含水巖組，二疊系石千峰組和三疊系砂巖裂隙含水層組，第三、四系砂礫石孔隙含水巖組。據區內水文孔抽水實驗分析：上馬家溝組富水性中等；峰峰組富水性不均勻，大體為從弱到強；太原組為弱富水性；山西組為中等富水性；上、下石盒子組由于含水層埋藏深，裂隙不發育，富水性較弱；第三、四系砂礫石含水巖組富水性大部分為中等，部分較弱。

1 主要水源

礦井充水水源主要有大氣降水、地表水、老空水和地下水。

1.1 大氣降水和地表水

本區無常年性河流，僅僅在雨季溝谷內有流水。在煤層埋藏淺部地段，第四系孔隙水會下滲進入礦井，使礦井涌水量增大。井田東部是煤層埋藏最淺地段，由于已形成大面積的采空區，地表水極易進入舊采空區，進而溝通巷道。尤其在雨季的溝通可能性更高。由此可見，大氣降水和地表水是礦井充水水源之一。

1.2 老空積水

井田的地質構造形態為一向西傾斜的單斜構造，預測在井田東側煤層露頭帶或淺埋區可能分布有眾多歷史遺留的老窯和小煤窯。在煤層開采過程中，歷史遺留的老窯水可能通過巷道進入采區，因此，老空積水是礦井充水水源之一，開采中需進一步開展老窯水的調查。

1.3 地下水充水水源

1.3.1 上組煤（5#）充水水源

上組煤頂板直接充水水源主要來自P1s地層砂巖和P1x地層K4砂巖水，間接充水水源主要來自P1x地層K5和P2s地層K6，K7砂巖水，含水層裂隙不發育，富水性弱。上組煤底板直接充水水源主要來自P1s地層K3砂巖水，裂隙不發育，弱含水層；上組煤底板間接充水水源主要來自C3t幾層灰巖（L1～L5）含水層地下水。據抽水試驗，承壓水頭較高，但單位涌水量只有個別>0.1 L/s·m，富水性弱-中等，礦井容易將水疏干。

1.3.2 下組煤（9#）充水水源

下組煤頂板直接充水水源主要來自C3t幾層灰巖（L1～L5）含水層地下水，富水性弱-中等；下組煤底板間接充水水源主要來自中奧陶統O2f和O2s巖溶含水層地下水，構成了井田內富水性最強的含水結構體，且承壓水頭很高，除井田東部邊界以西的局部地段不帶壓外，井田其他大部為帶壓開采。奧灰巖溶裂隙含水層作為區域強含水層，卻在構造發育部位有導水構造溝通的情況下，礦井開采會受到巖溶水的嚴重威脅。

2 礦井充水通道

礦井充水通道主要有斷層、陷落柱、頂板采動冒落帶、底板采動破壞和封堵不良鉆孔等。

2.1 斷層、陷落柱

本區構造總體上為一向西緩傾斜的單斜構造，井田內落差<10 m的斷層較發育，陷落柱現揭露4個。在這些構造發育地段，底板采動裂隙構造裂隙與小斷層疊加復合為突水通道。陷落柱周邊圍巖因柱體垮塌出現產狀傾斜和牽引裂隙，即底板水涌出通道。根據現采掘資料，5號煤掘進和煤層附近巷道頂板水泄出通道為裂隙密集帶和小斷層。

2.2 頂板采動冒落帶

根據《煤礦防治水》中引用的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》《礦區水文地質工程地質勘探規范》中的煤層頂板冒落帶、導水裂縫帶高度計算公式，9號煤層導水裂隙帶的最大高度為140 m，大于5與9號煤層間的間距51 m。下組煤回采后，導水裂縫帶會達到上部采空區，上部的采空積水通過垮落裂縫帶涌入工作面。采空區積水量對下伏煤層開采造成了嚴重的影響。如果對上部采空積水疏放不及時，將發生淹工作面甚至淹采區的嚴重后果。5號煤層導水裂隙帶的最大高度為85 m，溝通了山西組和下石盒子組的砂巖裂隙含水層。在煤層淺埋區，煤層底板標高最高為+1 150 m，對應的地面標高在+1 210 m以上，導水裂隙帶存在導通淺層地表水的可能。同時，5號煤層底板較高處位于井田東舊采空分布區和東北部煤層露頭區，應防止地表水與小窯水溝通，進而進入井田引發灌井事件。

2.3 底板采動破壞

在煤層未開采前，水巖處于一定的力學平衡狀態，一旦礦體在充分采動后，在隔水層上會形成臨空邊界，并產生應力釋放。在礦壓和水壓的作用下，隔水底板巖層必然會受到不同程度的破壞，形成新的破裂面或使原有的閉合裂隙活化。一旦這種破裂面或裂隙溝通底板承壓含水層水時，必然導致底板下承壓水涌入礦井。這種因巷道掘進或礦床開發擾動而使底板隔水層發生的形變，進而成為導水通道的過程稱為底板破壞式導水通道。