魯西某煤礦充水因素分析

陳沖

摘要： 水害防治工作一直是煤礦安全生產工作中的重中之重[1]。本文詳細論述了該井田的充水因素，通過對充水因素的分析，得出了該煤礦安全生產的主要充水含水層，為礦井安全生產提供可靠的理論指導，為這類煤礦安全生產的防水工作提供參考。

Abstract： Water filling prevention and control work has always been the top priority of coal mine safety production[1]. In this paper， the water-filling factors of the field are discussed in detail. Based on the analysis of the water-filling factors， the main water-filled aquifer of the coal mine is got， which provides reliable theoretical guidance for the safe production of the mine and provides reference for waterproof work.

關鍵詞： 煤礦；含水層；水文地質條件；采動裂隙導水帶

Key words： coal mine；aquifer；hydrogeological condition；mining-induced fractures water diversion belt

中圖分類號：P641.4+61 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）16-0194-02

1 礦區水文地質條件

本井田為全隱蔽的華北型石炭～二疊系煤田，煤系基底是奧陶系，沉積了石炭系中統本溪組、石盒子組、山西組、二疊系下統太原組，其上被新近系和第四系所覆蓋。主要含煤地層為山西組和太原組。

1.1 含水層

井田內主要含水層自下而上依次是十下灰及奧陶系灰巖、太原組三灰、底板砂巖、山西組3煤層頂、石盒子組砂巖、Q+N砂礫層。其中開采上組煤的直接充水含水層包括太原組三灰、底板砂巖和、3煤層頂；開采下組煤的直接充水含水層包括十下灰及奧灰。

1.1.1 新生界松散含水層

①第四系松散孔隙含水層。第四系地層為河湖相沉積廣布全區，由細砂、砂質粘土和粉、粘土組成，與下伏新近系地層呈不整合接觸，厚131.80～188.10m，平均厚160.90m，東北薄，西南厚。砂層比較松散，連續性較好，透水性較強，單位涌水量0.6396L/s.m，其淺部直接接受大氣降水的補給，屬中等富水松散孔隙含水層。

②新近系。厚372.60～559.80m，平均419.99m，由粘土、砂質粘土和砂礫層相間沉積組成。參考相關資料，其可分為上、下兩段：

上段（N2）：厚184.00～383.80m，平均216.59m。由雜色粘土、砂質粘土與中、細砂層相間沉積而成。

下段（N1）：厚80.30～278.10m，平均203.40m。多以厚層粘土為主，粘土呈雜色，呈半固結狀。精查階段抽水試驗，單位涌水量0.0001～0.0004l/s.m，富水性弱，說明其屬富水性弱的松散孔隙承壓含水層，因為底部砂層分布和含粘土不同，局部可達到中等富水。

1.1.2 二疊系石盒子組砂巖含水層

該組主要分布于井田東部，有39孔揭露，含水層為中、細砂巖，砂巖單層厚度2.70～17.50m。多分布于斷層附近，漏水點下距3煤層間距，除位于斷層附近的Z-8、Z-11兩孔為99.80～177.24m外，其余4孔均大于200m，均位于采煤裂隙帶之上，通常不會對開采上組煤層實現充水。

1.1.3 山西組3（3上、3下）煤層頂底板砂巖含水層

3（3上、3下）煤層頂、底板砂巖，統稱為3砂。厚14.10～49.75m，平均30.33m，以細砂巖為主，局部為中砂巖。據抽水試驗資料，單位涌水量0.0020～0.0091l/s·m，富水性弱，這說明3砂特征表現為補給條件差、徑流不暢。3砂為開采2、3煤層直接充水含水層。

1.1.4 太原組石灰巖巖溶裂隙含水層

①三灰厚5.12～9.84m，平均6.95m。據抽水資料，單位涌水量0.000319l～0.123l/ s·m，富水性弱～中等，說明三灰富水性差異較大。三灰上距3煤層50.25～72.95m，平均58.18m，是開采3煤層底板進水的直接充水含水層。

②十下灰。井田內12孔揭露，厚3.70～8.90m，平均6.14m。淺部裂隙發育，局部有溶蝕現象，充填方解石與泥質。據251號孔抽水資料，單位涌水量0.0001866L/s·m。本井田精查階段未對十下灰進行抽水試驗，其富水性有待進一步勘探證實。十下灰為開采16煤層的直接充水含水層，是16煤層頂板。

1.1.5 奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層

井田內有3孔揭露，揭露厚度5.16～53.96m，其中僅有Z-7號孔揭露厚度大于50m，巖性為淺灰至棕灰色、厚層狀石灰巖，內有縫隙，有的縫隙內有填充物。勘探階段未作抽水試驗，同時16煤層下距奧灰僅37.20～42.69m，壓蓋隔水層較薄，靜水壓力大，因此，奧灰水對開采下組煤層的威脅程度有待進一步勘探證實。

1.2 隔水層

隔水層有第四系、新近系粘土類隔水層；太原組泥巖、粉砂巖類隔水層；本溪組鐵鋁質泥巖；下二疊統雜色泥巖、粉砂巖隔水層；上二疊統泥巖、粉砂巖、鋁土巖等隔水層。

1.3 水文地質類型

太原組三灰、底板砂巖、3煤層頂為井田內上組煤的直接充水含水層。3砂裂隙含水層，富水性弱，三灰巖溶裂隙含水層的富水性弱至中等，其補給條件較差，因此不難發現該組煤的水文地質類型為裂隙、巖溶類簡單～中等型。太原組十下灰和奧灰為下組煤的直接充水含水層。下組煤的水文地質類型為裂隙巖溶類中等偏復雜型。

2 充水因素分析

2.1 上組煤充水因素

實踐發現，上組煤開采的主要充水途徑為直接揭露含水層的井巷工程、底板破壞裂隙帶、受采動影響而造成的頂板冒裂導水帶，以及導水的斷裂構造。采動裂隙導水帶[2]是其主要正常充水方式，因此在分析上組煤充水因素時，必須考慮煤層采動裂隙的影響范圍。

采區內3煤層厚1.79～13.03m（含夾矸）。采用其全煤厚綜放開采條件下，導水裂縫帶最大高度與采煤的關系[3]：

計算了全煤厚綜放開采條件下，3煤層導水裂隙帶高度。經計算，3煤累計可采厚度最厚為9.04m，冒裂高度80.62m，只有Z-18號孔冒裂帶至N1間距最小，為57.68m外（見表1），其余鉆孔N1～3煤間距與冒裂高度之差均大于100m。因此，采區范圍內，正常情況下新近系底部砂層與開采3煤層關系不大。

石盒子組砂巖的所有漏水點均位于采煤裂隙帶之上，通常不會對開采上組煤實現充水。

計算三灰與3煤最大間距71.05m（X-3）時，其突水系數為0.14MPa/m（式中Cp取8m），大于0.1MPa/m。因此，三灰為3煤層開采時底板進水的直接充水含水層。

2.2 下組煤充水因素

采區范圍內ZS-4、ZS-6兩孔揭露下組煤，其充水因素結合精查勘探成果評述如下。

2.2.1 15上煤層充水因素

15上煤上距三灰57.41～62.30m，平均59.86m。15上煤層厚0.91～1.25m，平均1.07m。正常情況下，開采15上煤層與三灰無關。因此，開采15上煤其頂板冒裂帶影響范圍內有七～九灰。

2.2.2 16上、17煤充水因素

十下灰巖是16上煤層直接頂板，是其直接充水含水層。采區內無揭奧灰孔，據精查成果16上煤層下距奧灰37.20～42.69m，充分考慮16煤層至奧灰間的各項實際情況，分析奧灰水底鼓的可能性，采用L-14孔抽水試驗，按照以下公式，奧灰靜水位標高36.05m計算突水系數

式中采礦對底板隔水層的擾動破壞厚度取8m，計算井田內奧灰突水系數為0.22～0.27MPa/m（見表2），TS均≧0.20MPa/m。由此可知，該煤層開采存在嚴重的底鼓突水威脅，不能繼續開采。

但需要注意的是，該方法由于揭露奧灰鉆孔較少，還存在一定的局限性，尚有較大的完善空間。

3 結論

①開采上組煤的直接充水含水層為3煤頂、底板砂巖含水層及三灰。奧灰水對16、17、煤層開采有嚴重底鼓突水威脅，影響煤層正常開采。應利用鉆探物探等手段提前探明富水區區域，對于富水區強的區域，對安全生產造成影響的，提前進行疏放水。②對于影響開采的有漏水隱患的不良鉆孔要及時封閉，消除鉆孔導水隱患。③在開采到富水性強的地層區域、以及有斷層或導水裂隙帶發育的區域，一定要做好含水層動態監測工作，有疑必探，先治后采。

參考文獻：

[1]董書寧.對中國煤礦水害頻發的幾個關鍵科學問題的探討[J].煤炭學報，2010，35（1）：66-71.

[2]王雙美.導水裂隙帶高度研究方法概述[J].地質學刊，2006， 30（1）：126-128.

[3]邵愛軍.煤礦地下水與底板突水[M].地震出版社，2001.