三河尖煤礦吳莊區充水因素分析及防治

汪善好 劉孝剛

摘 要：介紹三河尖煤礦吳莊區的地質及水文地質基礎上，對礦井主要含水層，充水因素進行了全面的分析，指出礦井主要充水通道，提出了相應的防治手段。

關鍵詞：充水因素；含水層；富水性；防治手段

三河尖煤礦吳莊勘探區位于半封閉的滕縣背斜儲水構造水文地質單元的西南側。該儲水構造東部由于受F19（又稱程樓斷層。正斷層，走向近東西，傾向南，傾角70°～75°，落差310～500m）和田崗斷層（走向近南北，傾向東，傾角75°，落差0～470m）的作用，造成了奧陶系含水層與太原組灰巖含水層多處對口接觸，成為本單元煤系地層接受奧陶系含水層補給的進水口。

1 地質及水文地質條件

（1）地層。

吳莊區煤系地層為石炭二迭系地層，上覆白堊～侏羅系地層，下伏奧陶系地層，均被第四系松散層所掩蓋。共有兩個含煤組，其中上石炭統太原組，發育17、18、21、22煤層和下二迭統山西組發育7、9煤層。

（2）水文地質條件。

根據含水層的巖性特征、空隙性質及地下水埋藏條件，劃分為三種類型的含水層組：

a.孔隙潛水～承壓水含水層組。

主要由第四系松散沉積物組成，厚212.00～251.85m，平均236.46m，東南薄，西北厚，富水中～弱。

b.裂隙承壓水含水層。

該含水層主要有白堊～侏羅系砂巖裂隙承壓含水層組、上石盒子組底部奎山砂巖裂隙承壓水含水層組、下石盒子組砂巖裂隙承壓含水層組和山西組7、9煤頂底板砂巖裂隙承壓含水層組，富水性中～弱。

c.巖溶裂隙承壓含水層組。

該含水層主要有太原組灰巖巖溶裂隙承壓含水層組和奧陶系灰巖裂隙巖溶含水層組，富水性及透水性較弱。

（3）各含水層之間的水力聯系。

a.本區含煤地層為山西組、太原組地層，因而山西組砂巖含水層組和太原組灰巖含水層組是本區煤層開采的主要充水含水層，其各含水層間通過導水裂隙帶發生水力聯系，聯系程度取決于裂隙的發育程度。

b.第四系含水層與含煤地層含水層間有厚度較大的白堊～侏羅系和下石盒子組泥巖、砂質泥巖隔水層，無直接水力聯系。

c.上石盒子組底部奎山砂巖含水層與含煤地層含水層之間有厚度較大的下石盒子組泥巖、砂質泥巖隔水層，無直接水力聯系。

d.下石盒子組底部分界砂巖含水層，與山西組7煤頂板砂巖含水層間距平均約42m，煤層采動時，可能通過導水裂隙帶或冒落導水裂隙帶發生水力聯系。

e.奧陶系灰巖含水層與太原組21煤間有太原組底部和本溪組平均46.11m的相對隔水層，可能通過導水裂隙帶與太原組下部含水層發生水力聯系。

2 構造

吳莊區位于三河尖井田西部，張莊斷層以西，F1′～F24斷層以北，區內構造相對發育，對具有一定的導水性。褶皺構造十分發育，對采掘活動影響較大的有張莊向斜、張莊背斜、西謝莊向斜、西謝莊背斜；斷層落差≥10m的16條，以正斷層為主，逆斷層只有一條，落差≥30m斷層有張莊斷層、F19斷層及F24斷層，這些斷層主要集中在東部和南部的邊界部，其展布方向分為近EW向和NE向兩組。

3 充水因素分析

3.1 開采山西組煤層

（1）直接充水含水層：為山西組7、9煤頂底板砂巖含水層，該含水層，富水性弱，以靜儲量為主。

（2）間接充水含水層：主要為太原組四灰含水層，其補給途經主要為斷層兩側的導水裂隙帶。該含水層井下揭露時，具疏干特征，不會對礦井充水造成太大威脅。其次是下石盒子組分界砂巖含水層，其補給途徑主要是導水裂隙帶和7煤采空冒落裂隙帶，該含水層井下可疏干，故也不會對礦井充水造成太大威脅。

3.2 開采太原組煤層

（1）直接充水含水層：無名灰是17煤直接底板，18煤直接頂板，是開采17煤、18煤的直接充水含水層；十二灰是21煤直接頂板，是開采21煤的直接充水含水層。各層灰巖富水性弱，以靜儲量為主。

（2）間接充水含水層：主要為奧陶系灰巖含水層。該含水層為區域強含水層，為區內各煤系含水層的主要補給源，其補給方式是通過導水裂隙帶越流補給。正常情況下，因距21煤有46m左右的、太原組底部和本溪組相對隔水層，同時奧陶系上部八陡組（60m左右）和閣莊組（110m左右）富水性較弱，故對礦井開采影響不會太大。但值得注意的是奧灰含水層是不均一含水層，局部裂隙發育地段富水性可能較強（211孔泥漿全漏失），而且吳莊區本溪灰巖厚度較大，因而開采本區太原組下部煤層時，應對奧灰含水層提出必要的預防措施。

4 充水通道

（1）冒落帶和導水裂隙帶。

吳莊區開采煤層為山西組7煤層，傾角5～16°，煤厚0.7～3.0m，根據計算冒落帶高度為2.8～10m，裂隙帶高度11～48m，本區7煤頂板到分界砂巖高度45m，裂隙帶高度超過分界砂巖頂板，礦井生產期間也發生過7煤層采后通過冒落裂隙帶導通上部砂巖裂隙水涌出，但水量不大，易疏干，對礦井涌水構不成大的影響。

（2）斷層破碎帶。

一些大中型斷層破碎帶易導通太原組灰巖水和奧陶系灰巖水造成礦井水害事故發生，我礦在東翼采區巷道靠近孫氏店斷層時曾出現過斷層破碎帶導通奧灰水現現，在西翼采區也曾出現由于張莊斷層破碎帶導通太原組灰巖水涌水現象等等，這都說明了斷層破碎帶是礦井主要導水通道。

（3）封閉不良鉆孔。

勘探期間鉆孔封閉不良也會造成礦井重大水害，我礦在南翼采區巷道揭露151鉆孔時，曾發生涌水事故，水量25m3/h，由此可見，封閉不良鉆孔聯通各含水層，形成導水通道。

5 礦井防治水建議

根據礦井以往的工作經驗，本區影響開采的水害因素是煤層頂底板砂巖水、太原組灰巖水以及奧陶系灰巖水，應針對不同水害類型采取不同的防治水措施，做到以防為主，堅持“預測預報、有疑必探，先探后掘，先治后采”的原則。對富水區域，應編制專門防治水措施，以確保礦井生產安全。

（1）煤層頂板砂巖水和太原組灰巖水，應首先利用物探手段，查明采掘活動區域富水異常區，其次利用鉆探工藝對富水異常區進行探放。

（2）奧陶系高壓灰巖水，主要是通過大型斷層破碎裂隙帶為導水通道，對于這種水害主要采取留設合理的斷層防隔水煤（巖）柱，嚴禁開采斷層保護煤柱。

（3）封閉不良鉆孔防治，可以先采取物探手段探測是否有富水異常，結合鉆探驗證，防患于未然。

（4）完善礦井水害在線監測系統，在奧灰水文觀測孔和700水倉等地點建立水文動態監測系統，隨時掌握礦井水文動態，一旦發生異常及時采取防治措施，確保礦井長治久安。

參考文獻：

[1]徐田高.煤礦突水危險度研究[J].中國煤炭地質，2009，21（2）：4345.

作者簡介：汪善好（1969），本科，地質高級工程師，主要從事煤礦地質及防治水研究。