祁東煤礦松散層底部含水層水文地質特征分析

杜學輝

（安徽省煤田地質局第三勘探隊，安徽宿州234000）

祁東煤礦在開采淺部煤層時曾發生過多次突水事故，其中3222 工作面發生了3 煤層頂板突水事故最嚴重，最大突水量達1520m3/h，造成了淹井事故，損失十分重大，通過分析得知影響淺部煤層開采的主要突水水源為新生界松散層底部含水層水。為了保證今后的煤礦安全生產，徹底弄清楚底部含水層的各項水文地質特征就顯得特別重要。

1 祁東煤礦概況

祁東煤礦位于安徽省宿州市與固鎮縣的交界處，東西走向長9km，南北寬3.5～5km。西部與祁南煤礦相鄰，西北角與桃園煤礦接壤，北部為祁東深部勘查區，東部為龍王廟井田。礦井采用立井石門分水平開采，設計生產能力240×104t/a，主要開采 32、61、71、82、9煤層。

2 礦井構造及水文地質特征

祁東煤礦處于宿南向斜的南端，走向近東西、傾向北的單斜構造，地層傾角6°～27°；褶曲構造主要有馬灣向斜、圩莊背斜，褶曲軸向近東西；落差不小于20m 斷層31 條，礦井內主要受魏廟斷層（組）、F1、F2、F22、DF22等大型斷層控制，東西走向的大型魏廟斷層將祁東礦分隔成北部采區和南部采區，生產和采掘揭露的小斷層，多數為正斷層，主要分布在大中型斷層附近。

礦井的煤炭開采主要受新生界松散層底部孔隙含水層（簡稱四含）、主要可采煤層頂底板砂巖裂隙水及煤系地層下部的石炭系奧陶系灰巖溶隙水的影響，本文主要分析新生界松散層底部孔隙含水層對煤層開采的影響。

祁東礦內新生界松散層厚度變化受古地形控制，厚度變化為269.35～453.00m，具有北薄南厚、東西薄中間厚的特點。松散層從上到下共分為四個含水層和三個隔水層。因三隔分布穩定厚度較大隔水性好，將上部含水層阻隔，因此對礦坑充水影響最大的就是底部含水層。底含底界標高最低為-410m，位于礦區西南部；底界標高最高為-260m，位于礦區東部，總體趨勢為由東北到西南“四含”底界標高逐漸變低。含水砂層厚度0～59.10m，平均28.50m。生產采掘揭露的底部含水層涌水量86～123m3/h,約占整個礦井涌水量的34%，是礦井重要的充水水源。

3 底部含水層水文地質特征分析

3.1 底部含水層的厚度分布特征

底部含水層厚度受古地形控制，厚度與沉積環境影響較大。本文根據沉積相大致將本礦勘探線24～29范圍附近劃分為一近南北向谷口沖洪積扇區，含水砂層 厚 度 18.20～59.10m，平 均 41.80m，底 界 埋 深336.20～453m；其東西兩側為殘坡積—漫灘沉積區，含水砂層厚度0～38.21m，平均8.30m，底板埋深273.80～414.30m；在閻家古潛山、小張家古潛山附近及29～30線以東無底含區分布，屬風化剝蝕區。

3.2 底部含水層流場變化特征

近年來由于煤礦采掘活動的影響，底部含水層的水位發生了不同程度的下降，尤其是2001 年3222 工作面發生了突水后，引起了宿南向斜范圍內的底含水的動力場變化。底部含水層的流速由緩慢變快，導致了水流場發生了明顯變化，從西北的桃園礦流向東南方向的祁東礦，最終在祁東煤礦形成了大的降落漏斗。據聯合觀測水文資料：祁東桃園礦為一個共同的含水系統，在宿南向斜周邊相互聯系水平補給。

2014 年在南部采區中部布設了一個放水孔，四周布設5個四含觀測孔，露頭處設立太灰觀測孔進行了大型放水試驗研究，結果表明四含水流場從西南流向東北。與此同時觀測魏廟斷層以北的四含孔水位明顯低于南部采區，說明魏廟斷層是一個大型阻水斷層，南北采區流場也不相同，應該區別對待。

3.3 底部含水層顆粒成分及大小特征

底部含水層屬于沖積、坡積相沉積，巖性復雜，主要由礫石、砂礫、砂質粘土、中細砂及粘土等組成，礫石多數為石英礫石，分選性差，直徑0.5～5.0cm 不等，最大超過孔徑；砂粒成分以長石石英為主，粒徑0.05～1mm。

礦區內北部底含砂層多數粒徑大于南部，北部為粗粒相，南部為細粒相。底部含水層以純礫石為主層具有良好的儲水空間，以純礫石組成的底含富水性強于由礫石、砂層等互層構成的底部含水層。

3.4 底部的單位涌水量及其滲透性變化特征

本文分析了北部采區歷年的17個四含抽水資料結果表明底含的單位涌水量為0.0007～0.4297L/(s·m),平均滲透系數0.00712～2.2228m/d，總結其變化規律中間較大，東西兩邊較小，從北到南大逐步變小。

據南部采區歷年的鉆孔抽水資料表明：底含的單位涌水量為0.009～0.419L/(s·m),平均滲透系數0.02415(SQ14 孔)～0.9542m/d（SQ12 孔）。從水文地質圖分析得出，南部采區中部涌水量較小，其東西部涌水量逐漸變大的；滲透系數的變化規律基本類似單位涌水量的變化，中間部分小，東西兩側較大。

南北采區對比發現，北部采區的單位涌水量和滲透性系數都要大于南部采區。

3.5 底部含水層的水化學特征

據勘探時期的補306、補303、26-275、補302 等鉆孔四含水質資料表明其水質類型主要為SO4·Cl-Na·Ca·Mg型水。近年來的煤礦采掘活動破壞了含水層間的原始平衡狀態，灰巖含水層的水通過露頭補給底部含水層，使地下水的水化學成分發生了變化。最近通過采集井下水樣和四含放水孔水樣化驗，其水質類型為SO4·Cl·HCO3-Ca·Mg·Na。結果表明底部含水層和太灰含水層存在水力聯系。

4 結束語

（1）底部含水層直接覆蓋在古地形基巖面上，主要由礫石、砂礫、砂質粘土、中細砂及粘土等組成，含水砂層厚度0～59.10m。具有中部厚，其東西兩側薄，北薄南厚的特征。

（2）底部含水層的滲透系數0.00712～2.2228m/d，單位涌水量0.0007～0.4297L/(s·m)，礦井范圍內滲透系數和單位涌水量從北到南具變小的特征。

（3）底部含水層化學成份的形成，與含水層圍巖環境、構造條件、氣候條件、水動力條件等因素密切相關,綜合反映了地下水在溶濾過程中的物化結果及其平衡條件。特定的地質和水文地質條件決定了其地下水的水化學特征。底部含水層與太灰含水層在露頭位置處存在水力聯系，太灰水質能影響底含水質的變化。

（4）底部含水層的特征主要取決于它的沉積環境、沉積厚度、沉積粒度和固結程度，厚度的不同，顆粒的差異，巖性及固結強弱為底含的主要控制因素。