鲁西某煤矿充水因素分析

陈冲

摘要： 水害防治工作一直是煤矿安全生产工作中的重中之重[1]。本文详细论述了该井田的充水因素，通过对充水因素的分析，得出了该煤矿安全生产的主要充水含水层，为矿井安全生产提供可靠的理论指导，为这类煤矿安全生产的防水工作提供参考。

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.

关键词： 煤矿；含水层；水文地质条件；采动裂隙导水带

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

中图分类号：P641.4+61 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）16-0194-02

1 矿区水文地质条件

本井田为全隐蔽的华北型石炭～二叠系煤田，煤系基底是奥陶系，沉积了石炭系中统本溪组、石盒子组、山西组、二叠系下统太原组，其上被新近系和第四系所覆盖。主要含煤地层为山西组和太原组。

1.1 含水层

井田内主要含水层自下而上依次是十下灰及奥陶系灰岩、太原组三灰、底板砂岩、山西组3煤层顶、石盒子组砂岩、Q+N砂砾层。其中开采上组煤的直接充水含水层包括太原组三灰、底板砂岩和、3煤层顶；开采下组煤的直接充水含水层包括十下灰及奥灰。

1.1.1 新生界松散含水层

①第四系松散孔隙含水层。第四系地层为河湖相沉积广布全区，由细砂、砂质粘土和粉、粘土组成，与下伏新近系地层呈不整合接触，厚131.80～188.10m，平均厚160.90m，东北薄，西南厚。砂层比较松散，连续性较好，透水性较强，单位涌水量0.6396L/s.m，其浅部直接接受大气降水的补给，属中等富水松散孔隙含水层。

②新近系。厚372.60～559.80m，平均419.99m，由粘土、砂質粘土和砂砾层相间沉积组成。参考相关资料，其可分为上、下两段：

上段（N2）：厚184.00～383.80m，平均216.59m。由杂色粘土、砂质粘土与中、细砂层相间沉积而成。

下段（N1）：厚80.30～278.10m，平均203.40m。多以厚层粘土为主，粘土呈杂色，呈半固结状。精查阶段抽水试验，单位涌水量0.0001～0.0004l/s.m，富水性弱，说明其属富水性弱的松散孔隙承压含水层，因为底部砂层分布和含粘土不同，局部可达到中等富水。

1.1.2 二叠系石盒子组砂岩含水层

该组主要分布于井田东部，有39孔揭露，含水层为中、细砂岩，砂岩单层厚度2.70～17.50m。多分布于断层附近，漏水点下距3煤层间距，除位于断层附近的Z-8、Z-11两孔为99.80～177.24m外，其余4孔均大于200m，均位于采煤裂隙带之上，通常不会对开采上组煤层实现充水。

1.1.3 山西组3（3上、3下）煤层顶底板砂岩含水层

3（3上、3下）煤层顶、底板砂岩，统称为3砂。厚14.10～49.75m，平均30.33m，以细砂岩为主，局部为中砂岩。据抽水试验资料，单位涌水量0.0020～0.0091l/s·m，富水性弱，这说明3砂特征表现为补给条件差、径流不畅。3砂为开采2、3煤层直接充水含水层。

1.1.4 太原组石灰岩岩溶裂隙含水层

①三灰厚5.12～9.84m，平均6.95m。据抽水资料，单位涌水量0.000319l～0.123l/ s·m，富水性弱～中等，说明三灰富水性差异较大。三灰上距3煤层50.25～72.95m，平均58.18m，是开采3煤层底板进水的直接充水含水层。

②十下灰。井田内12孔揭露，厚3.70～8.90m，平均6.14m。浅部裂隙发育，局部有溶蚀现象，充填方解石与泥质。据251号孔抽水资料，单位涌水量0.0001866L/s·m。本井田精查阶段未对十下灰进行抽水试验，其富水性有待进一步勘探证实。十下灰为开采16煤层的直接充水含水层，是16煤层顶板。

1.1.5 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层

井田内有3孔揭露，揭露厚度5.16～53.96m，其中仅有Z-7号孔揭露厚度大于50m，岩性为浅灰至棕灰色、厚层状石灰岩，内有缝隙，有的缝隙内有填充物。勘探阶段未作抽水试验，同时16煤层下距奥灰仅37.20～42.69m，压盖隔水层较薄，静水压力大，因此，奥灰水对开采下组煤层的威胁程度有待进一步勘探证实。

1.2 隔水层

隔水层有第四系、新近系粘土类隔水层；太原组泥岩、粉砂岩类隔水层；本溪组铁铝质泥岩；下二叠统杂色泥岩、粉砂岩隔水层；上二叠统泥岩、粉砂岩、铝土岩等隔水层。

1.3 水文地质类型

太原组三灰、底板砂岩、3煤层顶为井田内上组煤的直接充水含水层。3砂裂隙含水层，富水性弱，三灰岩溶裂隙含水层的富水性弱至中等，其补给条件较差，因此不难发现该组煤的水文地质类型为裂隙、岩溶类简单～中等型。太原组十下灰和奥灰为下组煤的直接充水含水层。下组煤的水文地质类型为裂隙岩溶类中等偏复杂型。

2 充水因素分析

2.1 上组煤充水因素

实践发现，上组煤开采的主要充水途径为直接揭露含水层的井巷工程、底板破坏裂隙带、受采动影响而造成的顶板冒裂导水带，以及导水的断裂构造。采动裂隙导水带[2]是其主要正常充水方式，因此在分析上组煤充水因素时，必须考虑煤层采动裂隙的影响范围。

采区内3煤层厚1.79～13.03m（含夹矸）。采用其全煤厚综放开采条件下，导水裂缝带最大高度与采煤的关系[3]：

计算了全煤厚综放开采条件下，3煤层导水裂隙带高度。经计算，3煤累计可采厚度最厚为9.04m，冒裂高度80.62m，只有Z-18号孔冒裂带至N1间距最小，为57.68m外（见表1），其余钻孔N1～3煤间距与冒裂高度之差均大于100m。因此，采区范围内，正常情况下新近系底部砂层与开采3煤层关系不大。

石盒子组砂岩的所有漏水点均位于采煤裂隙带之上，通常不会对开采上组煤实现充水。

计算三灰与3煤最大间距71.05m（X-3）时，其突水系数为0.14MPa/m（式中Cp取8m），大于0.1MPa/m。因此，三灰为3煤层开采时底板进水的直接充水含水层。

2.2 下组煤充水因素

采区范围内ZS-4、ZS-6两孔揭露下组煤，其充水因素结合精查勘探成果评述如下。

2.2.1 15上煤层充水因素

15上煤上距三灰57.41～62.30m，平均59.86m。15上煤层厚0.91～1.25m，平均1.07m。正常情况下，开采15上煤层与三灰无关。因此，开采15上煤其顶板冒裂带影响范围内有七～九灰。

2.2.2 16上、17煤充水因素

十下灰岩是16上煤层直接顶板，是其直接充水含水层。采区内无揭奥灰孔，据精查成果16上煤层下距奥灰37.20～42.69m，充分考虑16煤层至奥灰间的各项实际情况，分析奥灰水底鼓的可能性，采用L-14孔抽水试验，按照以下公式，奥灰静水位标高36.05m计算突水系数

式中采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度取8m，计算井田内奥灰突水系数为0.22～0.27MPa/m（见表2），TS均≧0.20MPa/m。由此可知，该煤层开采存在严重的底鼓突水威胁，不能继续开采。

但需要注意的是，该方法由于揭露奥灰钻孔较少，还存在一定的局限性，尚有较大的完善空间。

3 结论

①开采上组煤的直接充水含水层为3煤顶、底板砂岩含水层及三灰。奥灰水对16、17、煤层开采有严重底鼓突水威胁，影响煤层正常开采。应利用钻探物探等手段提前探明富水区区域，对于富水区强的区域，对安全生产造成影响的，提前进行疏放水。②对于影响开采的有漏水隐患的不良钻孔要及时封闭，消除钻孔导水隐患。③在开采到富水性强的地层区域、以及有断层或导水裂隙带发育的區域，一定要做好含水层动态监测工作，有疑必探，先治后采。

参考文献：

[1]董书宁.对中国煤矿水害频发的几个关键科学问题的探讨[J].煤炭学报，2010，35（1）：66-71.

[2]王双美.导水裂隙带高度研究方法概述[J].地质学刊，2006， 30（1）：126-128.

[3]邵爱军.煤矿地下水与底板突水[M].地震出版社，2001.