河興梁井田保水采煤方法淺析

王 偉，王少鋒

（陜西煤田地質(zhì)勘查研究院有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

河興梁井田面積為105.03 km2，南距榆林市40 km，位于榆神礦區(qū)東南部，井田北部紅柳溝與井田南部扎林川均屬于黃河一級支流禿尾河支流。燒變巖層廣布于井田西部（含整個(gè)先期開采地段），燒變巖裂隙、孔洞發(fā)育，連通性好，具有較強(qiáng)的富水性[1]，是區(qū)內(nèi)最重要的含水層，燒變巖含水層對煤層開采的安全及當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境具有至關(guān)重要的影響。3-1煤層開采時(shí)導(dǎo)水裂隙帶會發(fā)育至燒變巖底板，將會發(fā)生透水事故[2]，同時(shí)也會疏干燒變巖含水層破壞井田生態(tài)環(huán)境。維持區(qū)內(nèi)生產(chǎn)與生態(tài)的平衡十分必要，本文針對區(qū)內(nèi)如何保水采煤進(jìn)行分析討論。

1 地質(zhì)及地形地貌

1.1 井田地質(zhì)

井田地表絕大部分被新近系、第四系沉積物覆蓋，僅在北部邊界的紅柳溝、南部的扎林川、中沙溝及瓦窯坡北部河溝有基巖出露。根據(jù)地表出露及鉆孔揭露，井田地層由老至新依次為：三疊系上統(tǒng)永坪組（T3y），侏羅系下統(tǒng)富縣組（J1f），侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y），新近系上新統(tǒng)保德組（N2b），第四系中更新統(tǒng)離石組（Q2l），上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組（Q3s）、全新統(tǒng)河流沖、洪積層（Q4al+pl）及風(fēng)積沙（Q4eol）。井田內(nèi)燒變巖是延安組第四段頂部的2-2煤層全部自燃，并使井田中西部殘留的延安組第五段巖層全部遭受燒灼烘烤而形成的。

1.2 地形地貌

井田位于陜北黃土高原北部，毛烏素沙漠東南緣，為風(fēng)沙地及黃土梁峁地貌，地形總體西北高、東南低，海拔一般為1010 m～1300 m，最高處位于西南部高家仡佬東部梁峁，海拔1361.9 m，最低處位于東北部前陰灣紅柳溝內(nèi)，高程1007.5 m，區(qū)內(nèi)相對高差354.40 m。中部為固定沙組成的風(fēng)沙灘地，主要表現(xiàn)為：水系網(wǎng)少，地形起伏不大，相對高差小，地表物質(zhì)組成多為新生界松散沙及沙土；北部的紅柳溝、南部的扎林川為地表水侵蝕作用形成的溝谷。上游窄，下游寬，谷坡呈斜坡形，兩側(cè)不對稱，谷底平坦，河床狹窄，河水蜿蜒流淌。兩岸的河漫灘和階地，土地較為肥沃，是區(qū)內(nèi)主要的農(nóng)業(yè)耕作區(qū)。

2 燒變巖含水層

燒變巖含水層是區(qū)內(nèi)保水采煤研究的目的層。燒變巖體剖面由下至上可分為如下三個(gè)帶:類熔巖帶、燒變巖帶和烘烤巖帶[3]。類熔巖巖體破碎，巖石呈不規(guī)則狀，具有大量的氣孔、燒變裂隙及爐渣狀構(gòu)造的孔，裂隙呈不規(guī)則的交錯網(wǎng)狀，含水層主要在此帶，其導(dǎo)水性強(qiáng)，儲水空間開闊，補(bǔ)泄通暢。燒變巖分布于井田先期開采地段內(nèi)（見圖1），厚度一般約為0.4 m～41.44 m，平均厚度約22.17 m，面積約48.88 km2。在鉆探施工過程中，遇燒變巖的鉆孔大均會發(fā)生不同程度的漏水現(xiàn)象。據(jù)水文測井，燒變巖潛水井液電阻率曲線ρ反應(yīng)很明顯。通過電視窺視測井對燒變巖的完整性、裂隙發(fā)育特征、連通情況、巖體破碎狀況等有了直接了解（進(jìn)一步驗(yàn)證了上述分帶），其中類熔巖帶裂隙非常發(fā)育，10 cm以上大裂隙多達(dá)4、5處以上（見圖2）。

圖1 井田燒變巖范圍及等厚線圖

圖2 燒變巖層段電視窺視圖

井田內(nèi)燒變巖區(qū)地下水以泉的形式排泄，其最主要排泄區(qū)位于北部邊界外的香水溝溝腦，是香水溝水庫的補(bǔ)給水源。在此處，燒變巖排泄的泉點(diǎn)有7處，涌水量共約為203.78 L/s。燒變巖底板埋藏在侵蝕基準(zhǔn)面以下，形成儲水構(gòu)造，因而在地形上具有大的似盆狀的匯水范圍靜儲存于燒變巖層段內(nèi)，形成極強(qiáng)富水區(qū)，估算靜儲存量為944.85×106m3。

3 保水采煤必要性

3-1煤層開采將會使其上部燒變巖含水層的水直接充入開采巷道，引發(fā)生產(chǎn)安全事故；燒變巖水的導(dǎo)通將導(dǎo)致地下水位下降，影響井田內(nèi)生態(tài)環(huán)境。保水采煤研究是井田范圍內(nèi)安全生產(chǎn)、生態(tài)及生產(chǎn)生活的需要。

3.1 安全生產(chǎn)需要

通過計(jì)算，3-1煤層開采時(shí)導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度可達(dá)到燒變巖底板，燒變巖水將會成為直接充水水源。燒變巖含水層富水性極強(qiáng)～強(qiáng)，徑流速度快，具有良好的補(bǔ)給來源，礦床充水強(qiáng)度大，將會嚴(yán)重威脅礦井的正常生產(chǎn)。因此，對井田保水采煤研究、阻止燒變巖水導(dǎo)通至開采煤層十分必要。

3.2 生態(tài)需要

河興梁井田地處我國西北內(nèi)陸，屬干旱-半干旱氣候，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源貧乏。區(qū)內(nèi)燒變巖是強(qiáng)富水含水層，它不僅為煤礦的生產(chǎn)建設(shè)提供水源，而且為生態(tài)脆弱礦區(qū)生態(tài)環(huán)境改善提供重要基礎(chǔ)的水資源保障。煤層開采導(dǎo)通燒變巖含水層將會使區(qū)內(nèi)地下水位降低、燒變巖泉水?dāng)嗔鳌⑾闼疁纤畮鞄烊轀p小、紅柳溝河流量減小等一系列生態(tài)環(huán)境問題。因此，研究井田保水采煤也是生態(tài)保障的需要。

3.3 生產(chǎn)生活需要

井田燒變巖水是香水溝水庫的補(bǔ)給源，也是井田北部紅柳溝河的主要補(bǔ)給源。香水溝水庫主要功能是作為陜西有色金屬工業(yè)園和榆林市榆陽區(qū)鹽化有限公司備用的工業(yè)用水水源，同時(shí)兼顧著周邊農(nóng)田灌溉；紅柳河為兩岸人民群眾的農(nóng)業(yè)灌溉、畜牧業(yè)養(yǎng)殖提供水資源保障。因此，對井田保水采煤研究、保障香水溝水庫及紅柳溝河水源補(bǔ)給十分必要。

4 措施及建議

經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證有效的保水采煤方法有：限高或分層開采技術(shù)；減小工作面寬度，抑制導(dǎo)水裂隙充分發(fā)育；條帶充填開采，減小采空空間，降低導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度；加框工作面推進(jìn)速度，減少導(dǎo)水裂隙帶高度；底板隔水層裂隙空間的注漿改造，保持隔水層的隔水穩(wěn)定性[4]。結(jié)合井田燒變巖含水層與開采煤層相關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)及其各項(xiàng)功能特征，在井田保水采煤中提出以下建議：

（1）保水煤柱與排水相結(jié)合：在開采3-1煤層時(shí)應(yīng)預(yù)留相應(yīng)的保水煤柱及減小工作面寬度，抑制導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度，防止燒變巖水導(dǎo)通至開采工作面；人工干預(yù)增加燒變巖水的排泄量，減少燒變巖含水層的靜存儲量（排泄至香水溝水庫，最大限度保障區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境及生產(chǎn)生活）。

（2）開采前進(jìn)行專項(xiàng)水文地質(zhì)勘查工作：井田的水文地質(zhì)類型為復(fù)雜，燒變巖含水層對下部3-1煤層開采會產(chǎn)生嚴(yán)重安全威脅，在建礦前做專門的水文地質(zhì)勘查工作，查明區(qū)內(nèi)燒變巖的詳細(xì)情況可為煤礦的安全生產(chǎn)及保水采煤研究提供更為真實(shí)、科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)語

井田燒變巖含水層是區(qū)內(nèi)生產(chǎn)及生態(tài)的重要水資源保障，常規(guī)的煤層開采方式將會疏干燒變巖含水層，煤層的開采與保水具有矛盾性。井田保水采煤方法的研究和分析過程中所提出的兩點(diǎn)建議可為維持區(qū)內(nèi)生態(tài)與生產(chǎn)平衡、解決兩者的矛盾提供參考。