二叠系煤层上覆砂岩裂隙含水层水赋存规律及防治技术探究

摘 要：乡宁县位于山西省南部，行政区划属临汾市，境内煤炭资源丰富，境内含煤区整体位于河东煤田乡宁国家规划矿区的南部，二叠系主要可采煤层有1号、2号、3号煤层，开采期间的矿井充水因素除地表水和构造对开采充水的影响外，开采期间的直接充水含水层下石盒子组K8砂岩含水层是影响1号、2号、3号煤层开采的主要自然因素。探究矿井1号、2号、3号煤层上覆K8砂岩裂隙含水层水的赋存规律及开采期间的防治技术，对治理矿井水害、保证矿井安全生产、改善矿井生产条件、提高生产效率有着重要的促进意义。

关键词：二叠系煤层上覆;砂岩裂隙含水层;赋存规律及防治技术

裕丰矿位于乡宁县南部，处于河东煤田乡宁国家规划矿区的东南部，井田内二叠系下统山西组2上、2下煤层开采期间直接充水含水层下石盒子组K8砂岩含水层是影响其开采的直接且主要充水因素。K8砂岩含水层为2上、2下煤层的顶板，根据生产期间实际揭露情况，采掘期间K8砂岩含水层对矿井充水的影响较明显，局部地段伴有明显的顶板滴水、淋水，伴有顶板离层现象，对矿井正常采掘进度、支护条件、施工安全造成了一定困难。探究矿井2上、2下煤层上覆K8砂岩裂隙水的赋存规律及开采期间的防治技术，促进矿井安全生产、改善矿井生产条件、提高生产效率，是矿井地质灾害防治工作的重要任务。

1 地质及水文地质概况

裕丰矿井田总体为轴向北北东，两翼倾角较陡的背向斜构造;地层倾角一般2-30°，构造发育地段地层倾角高达60°。井田内褶曲、断层较为发育，发育有陷落柱。井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，山西组含煤4-6层，其中2上、2下为井田内全区稳定可采大部可采煤层。2上、2下煤层开采期间的主要充水因素有地表水、构造对矿井充水的影响及煤层上覆K8砂岩裂隙含水层。煤层上覆K8砂岩裂隙含水层是2上、2下煤层开采期间的直接、主要充水水源，会造成开采期间局部地段涌水量增大，对2上、2下煤层开采有一定影响。

2 二叠系煤层上覆砂岩裂隙含水层水赋存规律探究

裕丰矿三采区开拓大巷位临S1向斜西北侧施工，一、二采区位于该向斜两侧。一采区总体为一单斜构造，西北边缘与S2向斜斜交，一采区2014年开采至今，现回采工作面为一采区最后一个工作面，位于一采区单斜中上部地段。二采区总体为背斜（S3）构造，背斜西北一翼发育有次一级向斜构造，二采区2016年开采至今。

2.1 构造与煤层上覆K8砂岩裂隙含水层水赋存规律的关系

一采区设计三个区段，自下而上分别为区段一、区段二、区段三。首采面位于采区区段一，工作面开采期间涌水量3-12m3/h（不含疏放老空水量）。采区内工作面开采期间自下而上涌水量呈明显递减趋势，至最上部工作面，开采期间涌水量1-4m3/h（不含疏放老空水量）。区段一首采工作面开采时设置有K8砂岩裂隙水疏放孔，钻孔单孔疏放水量达5m3/h，至工作面回采结束，最后一个钻孔单孔涌水量0.3m3/h。采区开采期间，区段一内工作面遇向斜、背斜、断层、陷落柱时，均有明显的滴、淋水现象，而区段二、区段三内工作面遇向斜、背斜、断层、陷落柱时，滴、淋水现象明显减少，大部分情况下没有滴水现象。通过分析总体构造形态及开采期间的水文地质工作，可见向斜构造发育地段K8砂岩裂隙水赋存量相对较大，断层、陷落柱附近的裂隙带对K8砂岩裂隙水有明显的疏放作用。

2.2 地层形态与煤层上覆K8砂岩裂隙含水层水赋存规律的关系

工作面回采后的采空区内老空水补给水源主要为K8砂岩裂隙水。一采区工作面内均有开展探放老空水工作。区段一疏放老空水量累计约81000m3;区段二疏放水量累计约2400m3，现预计区段内有6600m3积水;区段三疏放老空水量仅约400m3，现预计区段内无积水。通过结合地质条件综合分析，K8砂岩裂隙水受地层形态影响，有高处向低处的同层水量补给关系，向斜两翼尤为明显。

2.3 层厚与煤层上覆K8砂岩裂隙含水层水赋存规律的关系

二采区设计有三个区段，自东向西分别为区段一、区段二、区段三。区段三为采区标高最低处。区段三南部施工的K8砂岩裂隙水疏放钻孔单孔涌水量最高达3m3/h，疏放三个月后基本停止出水，累计疏放水量约4300m3。S2向斜处的K8砂岩裂隙水疏放钻孔单孔涌水量最高达4.53m3/h，至回采时涌水量0.2m3/h，水量较大分析与构造形态有关。区段一南侧的K8砂岩层厚达10m，为一、二采区K8砂岩层厚最大地段，通过综合分析区段一南部的水文地质资料，对比一采区的观测资料，可见K8砂岩裂隙水的赋存量与层厚存在关系。同等地质条件下，K8砂岩层厚越大，K8砂岩裂隙水赋存量越大。

2.4 采掘活动与煤层上覆K8砂岩裂隙含水层水赋存规律的关系

部分巷道掘进期间的顶板滴、淋水现象时常与掘进施工保持着“追赶姿势”。地质条件相似的地段，在迎头向后的一定距离内，始终伴有顶板滴、淋水现象，严重影响施工安全及效率。在构造发育地段，顶板的滴、淋水现象尤为明显，且局部伴有明显的顶板离层及矿压显现现象。2上煤层已回采的地段，2下煤层采掘期间，顶板滴、淋水量要相对于上层煤未采地段的涌水量明显较小。通过综合分析采掘期间的水文地质观测资料，可见采掘活动对K8砂岩裂隙含水层水起到一定的疏放作用，同时，K8砂岩裂隙含水层水的下渗对薄层泥岩发育地段的煤层顶板有着明显的软化、离层作用，影响巷道的支护强度。

2.5 其他关系因素

煤层上覆K8砂岩裂隙含水层水赋存规律还与地表水的补给条件、上层含水层的补给条件、含水层的地表出露条件等有一定关系。

3 煤层上覆砂岩裂隙含水层防治技术探究

矿井生产期间，对煤层上覆砂岩裂隙含水层水的赋存规律进行了验证，采用钻探、物探以及采掘工程等对裂隙水的防治技术进行了大量的探索，在物探富水异常区、褶曲等地段效果显著，防治技术手段概括如下：

①矿井在采掘前以及采掘过程中，应通过钻探、物探手段查明煤层上覆K8砂岩裂隙含水层富水情况，结合地质资料综合分析各个采掘地段煤层上覆K8砂岩裂隙水的赋存条件，必要时采取钻探手段提前对煤层上覆K8砂岩裂隙水施工穿层钻孔进行疏放，并留有足够的超前疏放时间。构造发育地段、淋水较大地段，同时应加强支护及顶板观测、管理工作，确保人员及施工安全;

②矿井应扎实开展隐蔽致灾地质因素普查工作。根据煤层上覆K8砂岩裂隙含水层富水情况，结合地质条件，地測部门及时提出地质、水害各类预报，对顶板裂隙水可能造成的安全问题及时提出问题及建议。

综上所述，对于老生常谈的煤层上覆砂岩裂隙含水层水富水不均匀、影响生产等问题，我们应该结合采掘工程、矿井地质、水文地质条件综合分析，加强探查，查清影响施工安全、施工效率的裂隙水问题，积极采用钻探等技术手段超前疏放煤层上覆裂隙含水层水，着手于保证施工安全、提高工作效率、改善支护条件等而不断探索研究，确保水害治理完全，矿井安全、高效生产。

参考文献：

[1]山西保利裕丰煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告[R].山西保利裕丰煤业有限公司，2011（1）.

作者简介：

陈少东（1991- ），男，陕西渭南人，本科，研究方向：地质工程。