祁东煤矿松散层底部含水层水文地质特征分析

杜学辉

（安徽省煤田地质局第三勘探队，安徽宿州234000）

祁东煤矿在开采浅部煤层时曾发生过多次突水事故，其中3222 工作面发生了3 煤层顶板突水事故最严重，最大突水量达1520m3/h，造成了淹井事故，损失十分重大，通过分析得知影响浅部煤层开采的主要突水水源为新生界松散层底部含水层水。为了保证今后的煤矿安全生产，彻底弄清楚底部含水层的各项水文地质特征就显得特别重要。

1 祁东煤矿概况

祁东煤矿位于安徽省宿州市与固镇县的交界处，东西走向长9km，南北宽3.5～5km。西部与祁南煤矿相邻，西北角与桃园煤矿接壤，北部为祁东深部勘查区，东部为龙王庙井田。矿井采用立井石门分水平开采，设计生产能力240×104t/a，主要开采 32、61、71、82、9煤层。

2 矿井构造及水文地质特征

祁东煤矿处于宿南向斜的南端，走向近东西、倾向北的单斜构造，地层倾角6°～27°；褶曲构造主要有马湾向斜、圩庄背斜，褶曲轴向近东西；落差不小于20m 断层31 条，矿井内主要受魏庙断层（组）、F1、F2、F22、DF22等大型断层控制，东西走向的大型魏庙断层将祁东矿分隔成北部采区和南部采区，生产和采掘揭露的小断层，多数为正断层，主要分布在大中型断层附近。

矿井的煤炭开采主要受新生界松散层底部孔隙含水层（简称四含）、主要可采煤层顶底板砂岩裂隙水及煤系地层下部的石炭系奥陶系灰岩溶隙水的影响，本文主要分析新生界松散层底部孔隙含水层对煤层开采的影响。

祁东矿内新生界松散层厚度变化受古地形控制，厚度变化为269.35～453.00m，具有北薄南厚、东西薄中间厚的特点。松散层从上到下共分为四个含水层和三个隔水层。因三隔分布稳定厚度较大隔水性好，将上部含水层阻隔，因此对矿坑充水影响最大的就是底部含水层。底含底界标高最低为-410m，位于矿区西南部；底界标高最高为-260m，位于矿区东部，总体趋势为由东北到西南“四含”底界标高逐渐变低。含水砂层厚度0～59.10m，平均28.50m。生产采掘揭露的底部含水层涌水量86～123m3/h,约占整个矿井涌水量的34%，是矿井重要的充水水源。

3 底部含水层水文地质特征分析

3.1 底部含水层的厚度分布特征

底部含水层厚度受古地形控制，厚度与沉积环境影响较大。本文根据沉积相大致将本矿勘探线24～29范围附近划分为一近南北向谷口冲洪积扇区，含水砂层 厚 度 18.20～59.10m，平 均 41.80m，底 界 埋 深336.20～453m；其东西两侧为残坡积—漫滩沉积区，含水砂层厚度0～38.21m，平均8.30m，底板埋深273.80～414.30m；在阎家古潜山、小张家古潜山附近及29～30线以东无底含区分布，属风化剥蚀区。

3.2 底部含水层流场变化特征

近年来由于煤矿采掘活动的影响，底部含水层的水位发生了不同程度的下降，尤其是2001 年3222 工作面发生了突水后，引起了宿南向斜范围内的底含水的动力场变化。底部含水层的流速由缓慢变快，导致了水流场发生了明显变化，从西北的桃园矿流向东南方向的祁东矿，最终在祁东煤矿形成了大的降落漏斗。据联合观测水文资料：祁东桃园矿为一个共同的含水系统，在宿南向斜周边相互联系水平补给。

2014 年在南部采区中部布设了一个放水孔，四周布设5个四含观测孔，露头处设立太灰观测孔进行了大型放水试验研究，结果表明四含水流场从西南流向东北。与此同时观测魏庙断层以北的四含孔水位明显低于南部采区，说明魏庙断层是一个大型阻水断层，南北采区流场也不相同，应该区别对待。

3.3 底部含水层颗粒成分及大小特征

底部含水层属于冲积、坡积相沉积，岩性复杂，主要由砾石、砂砾、砂质粘土、中细砂及粘土等组成，砾石多数为石英砾石，分选性差，直径0.5～5.0cm 不等，最大超过孔径；砂粒成分以长石石英为主，粒径0.05～1mm。

矿区内北部底含砂层多数粒径大于南部，北部为粗粒相，南部为细粒相。底部含水层以纯砾石为主层具有良好的储水空间，以纯砾石组成的底含富水性强于由砾石、砂层等互层构成的底部含水层。

3.4 底部的单位涌水量及其渗透性变化特征

本文分析了北部采区历年的17个四含抽水资料结果表明底含的单位涌水量为0.0007～0.4297L/(s·m),平均渗透系数0.00712～2.2228m/d，总结其变化规律中间较大，东西两边较小，从北到南大逐步变小。

据南部采区历年的钻孔抽水资料表明：底含的单位涌水量为0.009～0.419L/(s·m),平均渗透系数0.02415(SQ14 孔)～0.9542m/d（SQ12 孔）。从水文地质图分析得出，南部采区中部涌水量较小，其东西部涌水量逐渐变大的；渗透系数的变化规律基本类似单位涌水量的变化，中间部分小，东西两侧较大。

南北采区对比发现，北部采区的单位涌水量和渗透性系数都要大于南部采区。

3.5 底部含水层的水化学特征

据勘探时期的补306、补303、26-275、补302 等钻孔四含水质资料表明其水质类型主要为SO4·Cl-Na·Ca·Mg型水。近年来的煤矿采掘活动破坏了含水层间的原始平衡状态，灰岩含水层的水通过露头补给底部含水层，使地下水的水化学成分发生了变化。最近通过采集井下水样和四含放水孔水样化验，其水质类型为SO4·Cl·HCO3-Ca·Mg·Na。结果表明底部含水层和太灰含水层存在水力联系。

4 结束语

（1）底部含水层直接覆盖在古地形基岩面上，主要由砾石、砂砾、砂质粘土、中细砂及粘土等组成，含水砂层厚度0～59.10m。具有中部厚，其东西两侧薄，北薄南厚的特征。

（2）底部含水层的渗透系数0.00712～2.2228m/d，单位涌水量0.0007～0.4297L/(s·m)，矿井范围内渗透系数和单位涌水量从北到南具变小的特征。

（3）底部含水层化学成份的形成，与含水层围岩环境、构造条件、气候条件、水动力条件等因素密切相关,综合反映了地下水在溶滤过程中的物化结果及其平衡条件。特定的地质和水文地质条件决定了其地下水的水化学特征。底部含水层与太灰含水层在露头位置处存在水力联系，太灰水质能影响底含水质的变化。

（4）底部含水层的特征主要取决于它的沉积环境、沉积厚度、沉积粒度和固结程度，厚度的不同，颗粒的差异，岩性及固结强弱为底含的主要控制因素。