楊村煤礦礦井充水因素分析

張自祥，李小龍，俞顯忠，陳伯年，陳善成

（1.安徽省煤田地質(zhì)局勘查研究院， 合肥 230088， 2.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院， 安徽淮南 232001）

楊村煤礦礦井充水因素分析

張自祥1，李小龍2，俞顯忠1，陳伯年1，陳善成1

（1.安徽省煤田地質(zhì)局勘查研究院， 合肥 230088， 2.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院， 安徽淮南 232001）

楊村井田內(nèi)含水層（組）由新生界孔隙含水層、二疊系砂巖含水層和石炭系太原組灰?guī)r含水層組成；對(duì)礦井的主要充水因素進(jìn)行了深入分析，確定了開(kāi)采13－1～4－1煤層為裂隙充水礦床，開(kāi)采1煤時(shí)為底板進(jìn)水巖溶裂隙充水礦床；通過(guò)以上結(jié)論，可為確保楊村煤礦安全、高效開(kāi)采，提供技術(shù)支撐和理論指導(dǎo)。

礦井； 含水層； 水文地質(zhì)特征； 充水因素

1 井田水文地質(zhì)特征

1.1 新生界含、隔水層（組）

安徽省楊村井田內(nèi)新生界松散層兩極厚為436.10～790.33m，平均厚度為580.96m，井田厚度變化被古地形地貌形態(tài)所控制，其厚度變化規(guī)律為由東向西、由南向北逐漸變厚。井田內(nèi)個(gè)別古地形隆起地區(qū)“四含”缺失。區(qū)內(nèi)第四系松散層可以分為四個(gè)含水巖層（組）和三個(gè)隔水層（組），各含、隔水層（組）的特征見(jiàn)表1［1－3］。

1.2 下第三系砂礫巖含水層（段）

鉆探揭露厚度0～281.66m，主要分布在井田的西部和中北部。厚度小、分布范圍有限。以含礫粗砂巖、礫巖和各級(jí)石英砂巖礫為主，膠結(jié)物為泥質(zhì)及粉砂質(zhì)。簡(jiǎn)易水文觀測(cè)資料表明，泥漿消耗量一般為0～0.20 m3/h，消耗量大的有14－3、9－5孔，據(jù)鄰區(qū)抽水資料顯示，q＝0.0 196L/s·m，富水性弱。

1.3 二疊系砂巖裂隙含、隔水層（段）

煤系含水巖層（段）巖性以中、細(xì)砂巖為主要組成，根據(jù)與主采煤層之間的關(guān)系和對(duì)礦井充水影響程度的大小，依次可將其劃分為基巖風(fēng)化帶和8－41、112和131煤層頂?shù)装?個(gè)含水層（段）。基巖風(fēng)化帶厚25.00～30.00m，水位標(biāo)高10.33～17.96m，q＝0.000 483～0.00 106L/s·m，k＝0.00 814～0.003 46m/d，富水性弱，礦化度為1.492～1.772g/L，水質(zhì)類(lèi)型為Cl－Na水。131煤層頂?shù)装迳皫r兩極厚度4.47～25.90m，平均厚度9.84m，水位標(biāo)高17.65m，q＝0.004 95L/s·m，k＝0.013 9m/d，水溫22℃，水質(zhì)類(lèi)型為Cl－Na。1 12煤層頂?shù)装迳皫r兩極厚度0～27.02m，均厚11.69m，水位標(biāo)高16.56m，q＝0.000 713L/s·m，k＝0.006 23m/d，礦化度0.331g/L，水質(zhì)類(lèi)型HCO3·Cl－Na·Ca水，水溫25.0℃。8－42煤層頂?shù)装迳皫r兩極厚度11.49～61.88m，平均厚度36.87m，水位標(biāo)高18.27m，q＝0.000 28L/s·m，k＝0.001 07m/d，礦化度0.127g/L，水質(zhì)類(lèi)型為HCO3·Cl－Na·Ca水，水溫28℃。1煤層頂?shù)装迳皫r兩極厚度1.27～28.54m，平均厚度15.97m，泥漿消耗量一般0～0.20m3/h。山西組內(nèi)1煤層底板距太原組1灰間距為8.5～32.5m，平均14.241m，主要由泥巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖互層、局部夾有細(xì)砂巖等組成，正常情況下可對(duì)太原組灰?guī)r水起到一定的隔水作用。

表1新生界松散層含隔水層（組）水文地質(zhì)特征表

綜上所述，煤系的富水性與砂巖裂隙的開(kāi)放程度、裂隙的發(fā)育程度及其大小有密切關(guān)系，由于楊村井田內(nèi)的砂巖裂隙發(fā)育程度的不均一性，導(dǎo)致井田內(nèi)砂巖含水層的含水性有較大差異。據(jù)簡(jiǎn)易的水文地質(zhì)觀測(cè)結(jié)果可知，僅有5個(gè)孔漏水，抽水資料表明區(qū)內(nèi)砂巖裂隙不發(fā)育，富水性弱，為以儲(chǔ)存量為主，補(bǔ)給條件差的不均一砂巖裂隙含水層（段）。

1.4 太原組灰?guī)r含水層（組）

太原組灰?guī)r在楊村井田埋藏較深，鉆孔未能完全揭露，據(jù)同區(qū)資料，地層總厚110.00～130.00m左右，灰?guī)r共計(jì)為13層。其中有三層灰?guī)r厚度較大，分布穩(wěn)定外，其它均為薄灰?guī)r。太原組上部的1－4層灰?guī)r為1煤開(kāi)采時(shí)直接充水水源。區(qū)內(nèi)揭露1灰的鉆孔53個(gè)；揭露2灰鉆孔11個(gè)；揭露3灰鉆孔3個(gè)；揭露4灰鉆孔7個(gè)，均未發(fā)現(xiàn)漏水鉆孔。根據(jù)7個(gè)灰?guī)r延深孔資料顯示，1－4灰兩極厚度14.52～25.19m，平均19.201m，第3、4層灰?guī)r，巖溶較發(fā)育，第1、2層灰?guī)r厚度小，多被方解石充填。1－4灰水位標(biāo)高13.74～20.05m，k＝0.002 05～0.004 36 m/d，q＝0.000 734～0.002 05L/s·m，富水性弱，水質(zhì)類(lèi)型HCO3－Na水，礦化度0.493～1.437g/L，水溫22℃～25℃。

1.5 斷層的富水、導(dǎo)水性

從井田內(nèi)的斷層巖性和簡(jiǎn)易水文觀測(cè)，楊村井田煤系內(nèi)斷層帶含水性弱，導(dǎo)水性差。但是在切割堅(jiān)硬脆性的巖層地段，可能會(huì)造成圍巖處的裂隙發(fā)育，特別在灰?guī)r與煤巖層對(duì)口處是礦井可能突水的主要誘發(fā)因素。

1.6 地下水補(bǔ)給、逕流和排泄條件及各含水層（組）之間的水力聯(lián)系

本區(qū)地下水運(yùn)動(dòng)，因受含水層（組）埋藏條件不同，表現(xiàn)在地下水補(bǔ)給、逕流和排泄條件有明顯差別。

中部第三含水層（組）上段因有第二隔水層（組）存在，天然狀態(tài)下二、三含水層（組）不存在水力聯(lián)系；當(dāng)開(kāi)采三含上段地下水時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致二含下段和三含下段地下水對(duì)其越流補(bǔ)給。地下水以緩慢的層間逕流為主，儲(chǔ)存量受區(qū)域調(diào)節(jié)。

下部第四含水層（組）之上厚度大、隔水性能好第三隔水層（組）存在，在天然狀態(tài)下與上部含水層（組）無(wú)水力聯(lián)系，其本身以儲(chǔ)存量為主，水平運(yùn)動(dòng)緩慢，補(bǔ)給水源貧乏。因四含直接覆蓋基巖各含水層（組）之上，與基巖各含水層（組）之間有一定水力聯(lián)系。

煤系砂巖分布在煤層、粉砂巖和泥質(zhì)巖石之間，砂層厚度小，分布不穩(wěn)定，又有煤層和泥質(zhì)巖石相隔，斷層帶一般含水性極弱，導(dǎo)水性差，因此砂巖之間一般無(wú)水力聯(lián)系。開(kāi)采井田淺部煤層時(shí)，新生界的“四含”水可能通過(guò)基巖風(fēng)化帶垂直滲入補(bǔ)給到礦井。4－1～13－1煤遠(yuǎn)距太原組灰?guī)r，1煤層與太原組灰?guī)r之間有一定厚度隔水層（組）存在，天然狀態(tài)下無(wú)水力聯(lián)系。

太原組第一層灰?guī)r距1煤層底板平均間距14.24m，天然狀態(tài)下無(wú)水力聯(lián)系，開(kāi)采水平－925m，水頭壓力9.4MPa，開(kāi)采條件下遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1煤層下隔水層（組）巖石的抗壓強(qiáng)度。特別是受斷層影響，1煤層與灰?guī)r之間隔水層（組）間距變小或與灰?guī)r對(duì)口，有可能對(duì)煤系砂巖進(jìn)行補(bǔ)給和造成灰?guī)r突水。

2 充水因素分析

2.1 鄰近生產(chǎn)、基建礦井充水因素分析

2.1.1 淮南老區(qū)生產(chǎn)礦井

老區(qū)生產(chǎn)礦井位于淮河南岸丘陵邊緣，第四系覆蓋層厚度10～30m。礦坑充水來(lái)源可能為煤系砂巖裂隙水和大氣降水滲入，可能會(huì)通過(guò)初期塌陷形成的裂隙補(bǔ)給進(jìn)入礦坑，補(bǔ)給量可隨著季節(jié)和塌陷裂隙的封閉情況而產(chǎn)生變化。灰?guī)r水量占礦坑總涌水量的16%～75%，平均為56%，在灰?guī)r水頭壓力大于20MPa時(shí)出現(xiàn)底鼓水，但隨著疏排時(shí)間延長(zhǎng)，灰?guī)r水位降低，水量減小。

斷層帶可能被泥質(zhì)所充填，當(dāng)斷層經(jīng)過(guò)1煤并且切入到太原組灰?guī)r時(shí)，最可能發(fā)生1煤煤層底板突水事故。涌水量為82～618 m3/h，最大突水量為771.60m3/h，如圖1所示。

圖1 謝一礦－250水平C3（F1）灰?guī)r突水Q－T曲線圖

2.1.2 潘謝新礦區(qū)生產(chǎn)礦井和基建礦井

潘謝礦區(qū)松散覆蓋層厚139～480m，生產(chǎn)礦井有潘集一、二、三礦、張集、謝橋礦和新集一、二、三礦均屬大型、特大型煤礦。

對(duì)潘集三個(gè)礦井的九個(gè)采區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采掘標(biāo)高為－330～－650m，在礦井開(kāi)拓過(guò)程中，有大小出水點(diǎn)共計(jì)36處，主要為13、11煤層的頂?shù)装迳皫r裂隙出水次數(shù)最多，出水量一般較大。最大值為73～84.9m3/h，其次是8、4煤層頂?shù)装迳皫r，4煤層底板砂巖出水量最大高達(dá)169m3/h，歷經(jīng)6a多才趨于疏干。斷層帶出水量較小，最大為8.5 m3/h。

潘一、二、三礦歷年平均涌水量為59.87～275.80m3/h。礦井水量變化曲線如圖2所示。謝橋煤礦1996－2005年煤系地層涌水量年平均為69.98～164.90m3/h。

圖2 礦井歷年平均涌水量曲線圖

2.2 礦井充水因素分析

經(jīng)過(guò)分析，楊村礦井的充水水源一般由三部分組成。

2.2.1 新生界松散層孔隙水

楊村井田內(nèi)“四含”直接上覆于煤系之上，天然條件下，“四含”水可能通過(guò)煤系的基巖風(fēng)化帶進(jìn)行垂直滲透補(bǔ)給。補(bǔ)給量可能與“四含”及基巖風(fēng)化帶巖性、滲透性有關(guān)。

2.2.2 煤系內(nèi)砂巖裂隙水

楊村礦煤系內(nèi)裂隙水是礦坑的直接充水水源，但井田內(nèi)的砂巖裂隙不發(fā)育，分布不穩(wěn)定，富水性差異大，抽水試驗(yàn)及生產(chǎn)礦井出水量的變化趨勢(shì)和特點(diǎn)，都顯示該含水層的含水性弱，以靜儲(chǔ)存量為主，補(bǔ)給差。但在局部發(fā)育地段，在井巷掘進(jìn)中靜儲(chǔ)存量水有可能會(huì)瞬時(shí)突水，產(chǎn)生危害，應(yīng)引起足夠重視。

2.2.3 巖溶水

井田內(nèi)的1煤層底板至“一灰”平均距離為14.241m，水頭壓力9.400MPa，在1煤底板，自然狀態(tài)下無(wú)水源可補(bǔ)給礦坑。但1煤層開(kāi)采時(shí)，由于開(kāi)采深度較大、水頭較高，底部隔水層將可因超過(guò)極限強(qiáng)度而破裂，產(chǎn)生底鼓，造成灰?guī)r水突水，尤其在斷層被切割處，1煤與灰?guī)r間距縮小或與灰?guī)r對(duì)口，導(dǎo)致灰?guī)r水突入礦坑。

通過(guò)對(duì)礦井的主要充水因素進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論。礦井充水水源由三部分組成，煤系砂巖水是礦坑直接充水水源；確定了開(kāi)采13－1～4－1煤層為裂隙充水礦床；開(kāi)采1煤時(shí)為底板進(jìn)水巖溶裂隙充水礦床。通過(guò)以上結(jié)論，可為確保楊村煤礦安全、高效開(kāi)采，提供技術(shù)支撐和理論指導(dǎo)［4－5］。

［1］ 陳善成，姚多喜，李小龍，等.基于灰色理論與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)組合模型的礦井涌水量預(yù)測(cè)［J］.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，（4）：25－27.

［2］ XiaoLong Li，DuoXi Yao，JinXiang Yang.Study of Bedrock Weathering Zone Features in Suntuan Coal Mine［J］.Communications in Computer and Information Science，2011，（6）.330－336.

［3］ XiaoLong Li，DuoXi Yao，JinXiang Yang.Evaluation on watery of 4th aquifer in Suntuan［J］.Advanced Materials Research，2011，（8）.

［4］ 李小龍，姚多喜.錢(qián)營(yíng)孜礦3212工作面“四含”防水煤柱留設(shè)尺寸分析［C］//中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)礦井地質(zhì)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2009年學(xué)術(shù)論壇文集，2009，（8）：105－111.

［5］ 許繼影，姚多喜，陳善成，等.袁店煤礦101采區(qū)灰?guī)r水綜合防治技術(shù)［J］.煤炭技術(shù)，2011，（2）：95－98.

TD163

B

1671－4733（2012）01－0005－04

10.3969/j.issn.1671－4733.2012.01.002

2012－01－27

張自祥（1958－），男，安徽肥西人，高級(jí)工程師，從事地質(zhì)軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用及科研管理工作，電話：13215608625。