顧橋礦北一采區深部充水因素分析

李中祥

摘 要：文章通過對礦區深部水文地質條件研究與礦井充水因素的分析，明晰了礦井北一深部采區開采的直接水源是可采煤層頂板冒落帶、裂隙帶和底板擾動帶的砂巖裂隙水，以及充水通道、充水強度對開采充水的影響。

關鍵詞：水文地質條件；采區深部；充水因素分析

中圖分類號：TD8 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0192-02

引言

顧橋礦位于淮南煤田基巖水文地質分區的中區單元。以石灰巖為主的巖溶裂隙含水層裸露區，受大氣降水補給，地下水以垂直運動為主。除局部松散層中、下部含水層直接覆蓋含煤地層而存在補給關系外，其余大都具儲存量消耗型特征，煤系地下水基本處于停滯狀態。本文通過分析充水水源、充水通道及充水強度因素，從而為礦井深部建設及防治水提供了水文地質依據。

1 北一采區深部充水水源及分析

礦井北一深部采區開采的主要充水水源有新生界砂層孔隙水、煤系砂巖裂隙水、太原組灰巖巖溶水和老空水。

1.1 新生界砂層孔隙水對開采充水影響

鉆探揭露補勘區新生界厚度317.5～386.0m，基巖面起伏不大；新生界下部中新統（N11）含礫砂層孔隙含水層（組）直接覆蓋在煤系基巖上，據《顧橋礦礦井地質報告》單位涌水量為0.524～1.935L/s.m，砂層孔隙水可間接滲入補給煤系和灰巖，在天窗區對煤系砂巖裂隙含水層（組）作垂直補給，是礦井充水主要補給來源，補給量受基巖風化帶滲透性控制。礦井北一深部采區主采煤層距上覆新生界砂層孔隙含水層（組）較遠，開采時導水裂隙帶發育高度達不到松散含水層（組）。因此新生界砂層孔隙含水層（組）水對開采充水無直接影響。

1.2 煤系砂巖裂隙水對開采充水影響

1.2.1 基巖風氧化帶發育情況及對開采充水的影響

鉆探揭露風氧化帶厚度26～59.5m，巖性一般以砂巖、泥巖交互沉積為主。見基巖風氧化帶發育特征表，基巖風氧化帶巖性一般主要以砂巖、泥巖交互沉積為主。雖巖石裂隙發育，巖芯破碎，但砂質泥巖、泥巖層致密、有一定的發育厚度，阻隔了上覆新生界砂層孔隙含水層（組）水的滲透補給。

1.2.2 基巖砂巖裂隙水對開采充水的影響

煤系砂巖裂隙水是礦井北一采區深部煤層開采直接充水水源。裂隙水一般分布于一層或數層泥巖、砂質泥巖和粉砂巖間，正常情況下彼此間無水力聯系，但與斷層和裂隙導通時才可能發生水力聯系，接收上覆松散層含水層（組）的滲流補給。采掘空間形成“三帶”范圍內的砂巖裂隙含水層（組）水會直接向礦坑充水，是礦井北一采區深部煤層開采的主要水害。煤系砂巖層一般裂隙不發育，分布不穩定，富水性差異較大。

本區11-2煤層導水裂隙平均高度約50m，在導水裂隙帶內砂巖厚19.7～41.55米，平均厚28.08m，巖性局部為厚層狀中粗砂巖，裂隙發育，富水性好，是11-2煤層采掘工作面的直接充水水源。

本區13-1煤層導水裂隙帶平均高度約80m，在導水裂隙帶內砂巖厚6.55～46.81m，平均16.64m，巖性局部為厚層狀中粗砂巖，裂隙發育，富水性好，是13-1煤層采掘工作面的直接充水水源。

正常情況下，砂巖裂隙含水層（組）水對煤層開采威脅并不嚴重。對礦井歷次抽水試驗、礦井投產以來采掘出（突）水情況和礦區生產礦井出水點水量變化趨勢分析，都表明煤系砂巖裂隙含水層含水性弱，補給水源貧乏，以儲存量為主的特點，礦井北一采區深部大中斷層較發育，煤系巖相變化大。在斷層附近，各含水層的富水性將大大增強。由于斷層的存在，上、下盤砂巖含水層可能因錯動對接而發生直接或間接的充水影響，因此本區回采時，需留設足夠的斷層防水煤柱。

在局部堅硬砂巖裂隙發育區段和因斷層切割的構造裂隙發育區段，特別是13-1、11-2、8、6-2、4-2、1煤層頂板砂巖直覆區段富水性較強，導水性較好，一旦井巷工程施工接近或煤層開采時，可能瞬間出水，造成危害或影響安全生產環境。

1.2.3 太原組灰巖巖溶裂隙水對開采充水影響

礦井北一采區深部太原組第一層灰巖距1煤層底板間距10～19m，平均間距16m，灰巖水對第一開采水平（-850m）的水頭壓力約為8.1MPa，對二水平（-1000m）的灰巖水水頭壓力約10.3MPa。在自然狀態下，無水流補給礦井，當開采1煤層時失去水力均衡作用的條件，1煤層底板因超過強度極限而破裂，引起底鼓，導致灰巖水突入礦井。尤其是斷層切割煤系地層使主采煤層與灰巖間距變小，或使煤層與灰巖直接對口，高水頭灰巖水則通過斷層帶導水通道或直接突入礦井，對1煤層開采構成威脅。灰巖巖溶裂隙水富水強、補給豐富，成為北一深部采區1煤層開采的水害隱患。故1煤層開采前，必須對灰巖巖溶裂隙水進行疏水降壓。

本區開采的11-2、13-1煤層距下伏太原組灰巖、奧陶系灰巖較遠，不受下伏灰巖水的直接影響。

2 北一采區深部充水通道及分析

北一采區深部煤層開采充水通道主要有原生節理和裂隙、斷層、采煤冒落及導水裂隙帶、封閉不良鉆孔等。

2.1 原生節理和裂隙導水

煤系砂巖裂隙水是礦井北一采區深部煤層開采直接充水水源。鉆探表明，補勘區內砂巖節理、裂隙較發育，且具非均一性，富水性差異較大。這些裂隙溝通上覆、下伏含水層（組）與煤層的水力聯系，構成充水通道。

北一采區深部主采13-1、11-2、8、6-2、1煤層存在或大面積存在老頂砂巖直覆、直頂砂粘巖較薄而老頂砂巖巨厚的情況。此類砂巖頂板裂隙發育，富水性強，砂巖裂隙水主要通過砂巖層原生裂隙、構造裂隙及開采覆巖破壞形成的裂隙等充入井巷和工作面，造成出（突）水。

2.2 斷層導水

北一采區深部大中型正斷層較發育，且斷層交錯切割。斷層帶一般被泥質巖和粉、細砂巖碎塊充填膠結，斷層及周邊裂隙本身就可能含水，成為相對富水區；同時也能導通各個含水層向采掘空間充水，構成向礦井充水的水源和通道，一般斷層可能造成采掘空間出現淋水和小股涌水，但出水量衰減快，易疏干。

2.3 采煤冒落及導水裂隙帶導水

北一采區深部各主采煤層大面積開采時，可導致發育大量的冒落裂隙和導水裂隙，這些裂隙也是溝通含水層（組）與煤層的良好通道，但開采埋藏深，留設了足夠的防水煤柱，導水裂隙帶一般不波及上覆新生界含水層，但今后開采B組煤需防范導水裂隙帶溝通上覆煤層采空區，若不超前進行探放，上覆煤層老空水可通過導水裂隙帶充入工作面。

3 北一采區深部充水強度分析

礦井北一采區深部主采煤層埋深較深，開采時導水裂隙帶發育高度達不到松散含水層（組）。因此新生界砂層孔隙含水層（組）水對開采充水無直接影響。

煤系砂巖裂隙含水層（組）正常情況下與上覆松散層含水層（組）無水力聯系，只有在斷層和裂隙導通的情況下才接受上覆松散層含水層（組）的滲流補給。

煤系砂巖裂隙水可通過裂隙或斷層導水，煤系砂巖含水層（組）富水性弱，補給水源極有限，具存儲消耗性特征，充水強度一般。但主采13-1、11-2、8、6-2、4-2、1煤層頂板局部砂巖裂隙發育區段，富水性強，充水強度較強。

太原組灰巖巖溶含水層（組）富水性中等～強。灰巖水主要通過斷層或封閉不良鉆孔導水。補勘區鉆孔未發現斷層破碎帶漏水，其主要表明以泥質巖類充填的斷層破碎帶起阻水作用。但當斷層切割1煤層及太原組灰巖時，地下水力均衡失去平衡，其抗壓強度比正常巖層小，高壓含水層（組）水將通過斷層破碎帶突入礦井，且充水強度較強。

4 采區深部充水因素綜述

顧橋礦北一采區深部礦坑充水，上與松散層、基巖風化帶含水層無直接關系，下與太灰巖溶裂隙水不發生直接聯系，但灰巖巖溶裂隙水富水強、補給豐富，1煤層底板可能在失去水力均衡作用的條件下，因超過強度極限而破裂，引起底鼓，導致灰巖水突入礦井，成為北一深部采區1煤層開采的水害隱患。如果南、北兩翼邊界斷層留設有足夠的防水煤柱，則煤系砂巖裂隙水是礦井北一采區深部煤層唯一充水水源。由于煤系地層中各層位砂巖含水層之間沒有直接聯系，所以，礦坑充水的直接水源只能是可采煤層頂板冒落帶、裂隙帶和底板擾動帶的砂巖裂隙水，且煤系砂巖裂隙水及太原組灰巖巖溶含水層（組）富水性較強。

參考文獻：

[1]GB/T12719-1991.礦區水文地質工程地質勘探規范[S].

[2]鄭世書，陳江中，劉漢湖.專門水文地質學[M].徐州：中國礦業大學出版社，1999.

[3]李德忠，賴達金.工作面頂板砂巖裂隙水綜合防治技術[J].煤炭科學技術，2004（03）.