推覆体下含水层水动态异常原因浅析

史正景 陈新宏

（中煤新集能源股份有限公司技术中心，安徽 淮南 232100）

1 问题的提出

新集一矿与新集二矿为相邻矿井，均开采巨厚推覆体下二叠系煤层群。其中新集一矿南东翼采区与新集二矿西翼2401 采区以1 线为技术边界。新集一矿南东翼采区主要开采上下石盒子组煤层，已于2015 年回采结束并封闭。推覆体含水层观测孔105#孔即位于该采空区上方。新集二矿2401 接替采区正在实施密集定向分支孔的区域探查治理工程，对底板太原组12 灰进行隐伏垂向导水构造探查和注浆改造，以消除奥灰高承压水对1 煤开采的威胁。

根据区域探查治理方案，5#主孔布置在1 线附近，设计的顺层定向分支孔在施工过程中，发现了105#推覆体下含水层水文观测孔水位异常波动。为此，有必要对该长观孔水位变化原因展开分析，以掌握地下水流场受采掘影响变化关系，进一步提高矿井安全生产保障能力。

2 1 线附近地质、水文地质环境

2.1 推覆体地层发育特征

105#孔位于6 煤底板地层，用于观测推覆体夹片含水层水动态。S1 孔位于105#孔南侧，是1 煤底板太原组薄层灰岩观测孔。

推覆体自南向北推覆于原地煤系地层之上，向南止于寿县～老人仓断层。位于其下部的C～P 地层俗称下夹片地层，呈楔形嵌入阜凤逆冲断层带与原地煤系地层间，厚度及起伏变化较大。在南侧寿县～老人仓断层附近原地太灰、奥灰与夹片灰岩地层直接对接，如图1。

图1 1 线南段地质剖面图

2.2 推覆体夹片及原地灰岩水文地质特征

根据该区群孔抽水资料，原地太灰与深部奥灰和上覆推覆体夹片灰岩间水力联系不密切。

受推覆构造影响，下夹片岩层破坏严重，完整性差，局部富水。据313 孔抽水资料：水位标高+19.35 m，q=0.005 931 L/（s·m），原新集五矿副井放水试验q=0.422 L/（s·m），井筒揭露该地层时最大突水量达594 m3/h。说明夹片灰岩地层富水性不均，局部岩溶裂隙发育，水力联系好，富水性较强。

2.3 新集一矿南东翼开采

新集一矿南东翼采区从1993 年投产至2015 年封闭，服务时间较长，自上而下开采13-1、11-2、9、8、7-2、6-1等煤层，主要充水水源为上覆推覆体及夹片含水体，开采初期涌水量较大，常年涌水量在100 m3/h 以上，采区封闭后涌水量缓慢下降，2021 年降至16～20 m3/h。

2.4 新集二矿1 煤开采

新集二矿1 煤埋深大，下距太原组灰岩18 m左右。为消除底板高承压灰岩水威胁，按照水害治理方式划分，1 煤层开采分两个阶段：以工作面为单元的筏基础上开采（2008 年—2018 年），以采区为单位的地面区域治理条件下开采（2018 年至今）。

2.4.1 以工作面为单元的筏基础上开采

从2008 年开始开展1 煤底板灰岩补勘和底板高承压水害防治研究，通过在1 灰顶板施工1 煤层底板截水巷，并在该巷向下部灰岩方向施工密集注浆钻孔，对太原组上段4 灰～6 灰进行注浆加固改造，建立以外延至工作面外各60 m为单元的筏基础，成功回采了2101 采区和2201 采区大部分工作面。

2.4.2 以采区为单元的地面区域探查治理工程

为确保高承压水上开采安全，实现从局部治理向区域治理转变要求。从2018 年引进推广了超前地面区域探查治理技术。2018 年12 月—2019 年底对2201 采区剩余块段和2301 采区实施地面区域探查治理，治理层位选择在12 灰，重点查治隐伏垂向导水通道，消除底板奥灰水突水威胁。

2020 年开始实施2401 采区（与新集一矿南东翼相邻）地面超前区域探查治理工程[1-4]。共设计3个主孔，其中S5 主孔布置在1 线附近南端，具体布置如图2。

3 推覆体含水层水位动态分析

3.1 水位动态观测数据分析

自2010 年矿井安装水动态观测系统以来，通过105#孔对推覆体水位长期观测，历时约11 年。其水位随时间变化曲线如图3，大致可分为2010 年12月6日—2018年12月24日和2018年12月24日—2021 年12 月15 日两个阶段。

图3 2010.12.06—2021.12.15 水位动态图

第一阶段：水位呈缓降、快降、缓升特点。期 间2010 年12 月6 日—2012 年9 月9 日，水 位从-185.22 m 缓降至-188.10 m，此后快降至2013年7 月8 日水位-271.06 m（次低点），接着水位波动缓升至2018 年12 月24 日水位-200.65 m。涌水量呈采中大、采后逐年递减特点，其中开采期间涌水量达100 m3/h，自2015 年采掘活动结束后水量在60～80 m3/h，至2021 年底降至16～20 m3/h。总体水位上升与水量减少呈一定的同比关系。

第二阶段：水位呈快降、缓升兼波动特点。期间水位自2018 年底—2019 年6 月24 日降至-278.16 m 最低点，此后水位总体缓慢回升，2021 年12 月15 日水位升至-223.09 m，呈现趋缓但较期初水位低（约38 m）的特点，这是长期采动对水位影响所致。

3.2 采掘活动影响分析

3.2.1 新集一矿采掘影响分析

新集一矿先后对南东翼11-2、8、9、6-1、7-2等煤层进行了充分回采，上覆岩层破坏频繁，与推覆体坚硬岩层发生差异性沉降，并使原本富水性弱且不均一的推覆构造活化。上覆岩层长期处于破坏活跃期，使天然状态的含（隔）水层界限被打破，补径排关系改变，形成大范围的含水体，并补充井下采动空间，导致该区域长期大量排水。2009 年8 月开始，区内各含水层水位均同步大幅度下降，持续近1 年。2010 年6 月105#孔水位-187.62 m，而同期原地奥灰水位-42.63 m。2013 年7 月105#孔水位降至-271.06 m，此后水位缓慢回升，表明采掘活动及井下涌水对水位影响密切。2015 年底该采区封闭后，顶板破坏岩层处于自我修复期，早先产生的各种裂隙经泥岩水解、充填，形成再生隔水层，垂向水力联系减弱甚至阻断，从南东翼密闭墙涌水量50～60 m3/h 缓慢下降至2018 年底16 m3/h 可得到证实。

3.2.2 新集二矿采掘影响分析

（1）新集二矿上下石盒子组开采影响分析

新集二矿2009—2015 年间对11-2、9、8、6-1等煤层进行非充分回采，同时期新集一矿南东翼采区仍有采掘活动。两对矿井采掘活动主要集中在上下石盒子组煤系地层，2013 年后两对矿井在该区域的开采强度均有所减少，至2015 年全部结束。105#孔水位于2013 年7 月降至最低，主要因采动导致涌水向采空区排泄所致，随开采强度降低而缓慢回升，且时段与采掘大趋势较吻合，分析认为前期因开采煤层距底板灰岩较远，其水位变化受灰岩水影响不明显。

（2）新集二矿1 煤组开采影响分析

新集二矿于2012 年开始回采推覆体下山西组1煤层，至2021 年底-650 m 以上2101、2201 采区基本回采结束，1 煤层回采过程中矿井均未出现过明显涌水。

随着1 煤层开采及底板灰岩水超前探放治理，改变了深部灰岩含水层地下水流场，逐渐形成以已回采区域为中心的底板灰岩水降落漏斗，中心最大水位降至-435 m。随着采掘活动接近尾声，影响范围内灰岩观测孔水位已止跌回升。据2020 年7 月—2021 年10 月对230102 和220106 工作面回采活动微震监测数据分析，83%的微震事件发生在1 煤顶15 m 至底20 m（太原组1 灰）范围，且多为小能量事件，中或大能量事件仅零星发生。最大顶板破坏高度77.26～82.01 m，底板最大影响深度73 m（太原组8 灰附近），且主要发生在构造带附近，证明开采1 煤因上距推覆体较远，同样不足以引起105#孔水位异常波动。

（3）地面超前区域治理对水位变化影响分析

新集二矿自2018 年开始实施地面超前区域探查治理工程，目标层位为太原组12 灰，目的以探查深部隐伏垂向导水通道并通过注浆消除深部奥灰对1 煤开采威胁。一期工程包括220106、220102工作面和2301 采区，已于2019 年12 月结束。二期工程主要为2401 采区，设计S3、S4、S5 三个主孔。S5 主孔位于井田西边界，共布置15 个分支孔，于2020 年12 月开始施工，截至2022 年2 月上旬施工结束。其中S5-6 和S5-8 分支孔注入水泥量超千吨，推覆体105#孔水动态波动明显。特别是2021 年9月—12 月，近边 界的S5-4、S5-5、S5-2、S5-3、S5-1 等分支孔陆续施工，受分支孔压水、注浆等阶段性影响，105 孔水位出现频繁的短时波动，二者有较好的对应关系。2021 年8 月28 日—2021 年12月30 日水位震荡性波动曲线图如图4。

图4 2021.8.28—2021.12.30 日水动态曲线图

说明地面区域治理的高水压作用是推覆体含水层水位异常波动的主要原因，但105#孔水位因采掘活动减少，总体缓慢回升的态势未发生改变。

4 结论与建议

（1）受新集一矿南东翼回采破坏和覆岩差异性沉降影响，在推覆体下方发育离层空间，加之构造裂隙活化，加剧地下水力联系，改变了推覆构造带（含）导水特征。停采后，覆岩裂隙逐渐弥合，形成再生隔水层，降低上覆推覆体含水层渗透能力，使得105#孔水位恢复性上升。开采全过程呈现“下降—回升—稳定”规律。

（2）根据水文地质勘探及水动态观测表明，虽然推覆体后缘与原地灰岩地层直接接触，天然状态下总体富水性弱且不均，但是各含水层水动态存在不同程度波动，表明天然状态下的富水性为弱平衡状态，易受井下疏排水或高压注浆等外在扰动影响，从而加剧地下水流场的复杂性。

（3）从新集二矿1 煤层开采微震监测结果分析，1 煤层开采虽不足以影响到推覆体及太原组10 灰以下地层，但更深层位的治理，频繁高压注浆（注水）形成的水压差仍会造成推覆体含水层水位的短期小幅波动。