門克慶井田水文地質(zhì)條件分析

李春旭

（中煤能源集團(tuán)公司 華盛一公司，河北 邯鄲 056004）

1 礦井概況

門克慶煤礦位處鄂爾多斯高原的東北部，陜北黃土高原的北緣，毛烏素沙地的東北邊緣地帶，屬高原沙漠地貌景觀。區(qū)內(nèi)全被第四系風(fēng)積砂所覆蓋，總地勢(shì)東北高，西南低，地形較為平坦、寬緩，地形高差不大，一般僅為10m左右；區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，無(wú)水庫(kù)、湖泊等地表水體；區(qū)內(nèi)降水量偏小，年最低降水量150.2mm，最高降水量432.2mm；蒸發(fā)量較大，多年平均蒸發(fā)量為2316mm。先期開采煤層為2、號(hào)3號(hào)煤，開拓方式為立井單水平開拓。

2 井田水文地質(zhì)條件

2.1 井田含水層概述

門克慶井田地處鄂爾多斯臺(tái)向斜盆地裂隙地下水系統(tǒng)的東北部，東勝隆起區(qū)的中東部。據(jù)區(qū)域資料分析，該系統(tǒng)分布范圍很廣，推測(cè)其北界以盆地邊緣為界，為地下水補(bǔ)給邊界；南界地勢(shì)低，為排泄邊界；東部與西部分別以盆地邊緣為界，推測(cè)為相對(duì)阻水邊界。

井田內(nèi)除第四系松散巖類孔隙潛水含水層外，其下伏基巖為白堊系志丹群和侏羅系安定組、直羅組、延安組裂隙承壓水含水層。各組裂隙含水層的承壓水頭較高。

1）白堊系志丹群孔隙、裂隙承壓水含水層，隱伏于第四系松散層之下含水層以中粗粒砂巖為主，因?qū)俸恿飨喽逊e，結(jié)構(gòu)較為疏松，孔隙、裂隙相對(duì)發(fā)育，加之地層埋藏較淺，使得含水層的補(bǔ)、蓄條件相對(duì)良好，賦存較豐富的裂隙承壓水。據(jù)抽水試驗(yàn)，含水層厚度27.43～99.31m，平均 51.80m，單位涌水量為 0.1786～0.5661L/s·m，富水性中等。

2）侏羅系安定組裂隙承壓水含水層

該含水層隱伏于白堊系志丹群之下，平均埋深390.41m，屬中深埋區(qū)。地層分布較為連續(xù)、穩(wěn)定，是由一套砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖與中細(xì)粒砂巖等互層組成。其中，含水層是以其碎屑巖中的細(xì)粒砂巖及局部所夾薄層中粒砂巖為主，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分以石英長(zhǎng)石為主，含量約占80%左右，次為泥質(zhì)。安定組是以泥質(zhì)巖即隔水層為主，含水層約占地層總厚度的33.58%左右，在含水層段局部巖石較為破碎，一般較為完整，因巖石顆粒較細(xì)，結(jié)構(gòu)致密，泥質(zhì)成份偏高，因此裂隙發(fā)育程度一般較差，且多泥砂質(zhì)充填，膠結(jié)程度較好，裂隙的開啟程度相對(duì)不佳，連通性不好，從總體上看，反映為弱含水層的發(fā)育特征。

從地層組合結(jié)構(gòu)看，為砂巖與泥質(zhì)巖相互疊置的互層結(jié)構(gòu)，這種地層結(jié)構(gòu)組合，在垂向上或水平上限制了地下水的補(bǔ)給作用，加之砂巖難溶成分含量高，鹽溶化作用微弱，泥質(zhì)偏高及裂隙不甚發(fā)育等原因，地下水的補(bǔ)給來(lái)源有限，徑流條件較為滯緩，水交替作用不強(qiáng)，加之該組地層及其含水層的累計(jì)厚度相對(duì)較薄等原因，使得安定組含水層的富水性相比上覆志丹群含水層有所變?nèi)酢?/p>

安定組裂隙含水層系侏羅系延安組上段（J2y3）2#煤開采礦井間接充水含水層。由于含水層粒度較小，多以細(xì)粒或局部中粒砂巖為主，裂隙發(fā)育程度相對(duì)較差，且含水層累計(jì)厚度相對(duì)較薄，以及地下水補(bǔ)給條件及其徑流條件等限制，使得安定組含水層的發(fā)育程度和富水性相比其上覆裂隙水含水層明顯變差。但從礦井防治水角度出發(fā)，可有效地抑制上覆志丹群孔隙、裂隙水的下滲越流補(bǔ)給作用。由此分析認(rèn)為，安定組含水層富水性弱，對(duì)減小2#煤組開采頂板涌水及礦井防治水是有利的。

3）侏羅系安定組至2#煤頂裂隙承壓水含水層，其頂界埋深在326.50～460.95m，屬深埋區(qū)。地層分別由侏羅系中統(tǒng)安定組（J2a）、直羅組（J2z）和中統(tǒng)延安組上段（J2y3）一套砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖、中粒砂巖及粗粒砂巖所組成，地層分布連續(xù)、穩(wěn)定。其中，主要含水層是以直羅組及延安組上段中粒砂巖和粗粒砂巖為主，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分以長(zhǎng)石石英為主，含少量泥質(zhì)或微含泥質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此段地層累計(jì)間距為216.32～328.33m，平均為276.17m；含水層出水段累計(jì)厚度為35.27～110.25m，平均為78.60m，含水層厚度約占地層總厚度的28.46%左右。

據(jù)鉆孔巖心鑒定及結(jié)合鉆探施工情況分析，含水層（出水段）巖石結(jié)構(gòu)一般較松散，因巖石破碎采取率偏低，孔壁掉塊也時(shí)有發(fā)生；從總體情況看，砂巖裂隙較為發(fā)育。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，裂隙率在1.5～3.2%左右，開啟程度大部良好，部分較差，多為砂泥質(zhì)半充填，部分全充填，連通性一般良好。由于砂巖裂隙的發(fā)育，為裂隙地下水補(bǔ)給、賦存和聚集創(chuàng)造了一定條件。單位涌水量0.0608～0.2068L/s.m，滲透系數(shù)0.0717～0.3062m/d，富水性一般中等，局部富水性弱。

2.2 含水層與隔水層分布規(guī)律及特征

門克慶井田白堊系志丹群及其下伏侏羅系各組（段）皆為泥質(zhì)巖隔水層與砂巖含水層在垂向上呈相互疊置的組合結(jié)構(gòu)。其中，隔水層是以泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖為主，隔水層的累計(jì)厚度約占地層總厚度的35.23%～51.19%左右，加之細(xì)粒砂巖也占一定的比例，且具有一定的隔水性能。據(jù)分析，隔水層的粘土及細(xì)顆粒成分較高，一般情況下，隔水性能及抗阻水能力良好。

2.3 裂隙承壓水補(bǔ)徑排條件

裂隙含水層地下水的補(bǔ)給來(lái)源，除白堊系志丹群在區(qū)外局部裸露區(qū)直接接受大氣降水入滲及上覆第四系孔隙水的入滲越流補(bǔ)給外，均以側(cè)向徑流補(bǔ)給為主，在垂向上其上覆裂隙水的越流補(bǔ)給量甚微。其徑流方向與區(qū)域裂隙水的水動(dòng)力條件密切相關(guān)，并遵循了區(qū)域裂隙水的運(yùn)動(dòng)方向，即由北向南徑流。其排泄方式是以側(cè)向徑流為主，即沿地勢(shì)下跌方向由北向南流出區(qū)外，補(bǔ)給鄰區(qū)含水層中地下水。此外，礦井排水、人工鑿井取水也是排泄方式之一。

3 礦井充水因素分析

門克慶井田礦井充水水源主要來(lái)自地下水。其中，延安組2#煤層頂板直接充水水源主要來(lái)自延安組、直羅組及安定組中粗粒砂巖水，富水性相對(duì)較好，一般可達(dá)中等，局部較弱，存在頂板透水的可能性，是礦井主要充水含水層；2#煤底板直接充水水源主要來(lái)自2#煤至3#煤頂中、粗粒砂巖水，富水性弱，對(duì)煤層開采影響不大；延安組3#煤層頂板直接充水水源主要來(lái)自2#煤至3#煤含水層之間中細(xì)粒砂巖水，富水性弱，但含水層之間具有一定的水力聯(lián)系，對(duì)煤層開采會(huì)產(chǎn)生一定影響；3#煤底板直接充水水源主要來(lái)自3#煤至6#煤含水層之間中粗砂巖水，富水性弱，對(duì)3#煤開采不會(huì)造成較大影響；6#煤層頂、底板直接充水水源分別來(lái)自3#煤至6#煤含水層之間中粗砂巖水，以及三疊系碎屑巖承壓水，富水性均很弱，在沒(méi)有采空區(qū)及老窯的情況下，不會(huì)對(duì)6#煤開采造成較大影響。

另?yè)?jù)調(diào)查，井田及周邊目前尚無(wú)老空區(qū)及生產(chǎn)煤礦及小煤窯的分布。

4 對(duì)礦井開采受水害影響程度分析

據(jù)已取得的勘探試驗(yàn)資料分析，侏羅系各時(shí)代含水層富水性弱-中等；各裂隙承壓水含水層之間的水力聯(lián)系一般較弱；據(jù)多孔及群孔抽水試驗(yàn)，觀測(cè)孔水位動(dòng)態(tài)瞬時(shí)影響速率緩慢，水位降深較小，且水位恢復(fù)緩慢；據(jù)裂隙承壓水含水層水化學(xué)分析資料表明，其中陽(yáng)離子成分均以Na+離子含量為主，說(shuō)明含水層之間在垂向上水力聯(lián)系微弱，僅在區(qū)外含水層發(fā)生較弱的傾向水力聯(lián)系，同時(shí)表現(xiàn)出地下水動(dòng)力條件為弱徑流型的水文地質(zhì)特征。

綜合上述分析認(rèn)為，井田范圍內(nèi)各煤層開采時(shí)，發(fā)生重大突水或淹井事故可能性小，經(jīng)過(guò)疏水降壓，將疏排水措施落實(shí)到位，是能夠確保礦井安全生產(chǎn)的。

5 礦井充水條件分析

5.1 礦井充水水源

由于勘探區(qū)范圍內(nèi)未見大型河流、湖泊，且煤層埋藏較深，煤層采掘?qū)е碌牟蓜?dòng)裂隙預(yù)測(cè)不會(huì)波及地表，河流及溝溪相距煤層較遠(yuǎn)，且有厚層的泥質(zhì)巖層相隔，無(wú)通道相連，故地表水及大氣降水對(duì)煤層開采基本沒(méi)有影響。礦井充水水源主要來(lái)自地下水。

2#煤頂板直接充水水源主要來(lái)自安定組至2#煤頂板間中、粗粒砂巖水，含水層（出水段）累計(jì)厚度35.27～110.25m。含水層以中、粗粒砂巖為主，侏羅系含水層富水性一般中等，局部弱富水，單位涌水量為0.0608～0.2068L/s·m。2#煤頂板直接充水含水層富水性相對(duì)較好，滲透性相對(duì)較強(qiáng)，存在頂板透水的可能性，是礦井主要充水含水層。

頂板間接充水水源主要來(lái)自白堊系志丹群中、粗砂巖裂隙水，含水層（出水段）累計(jì)厚度 27.43～99.31m，單位涌水量 0.2020～0.6452L/s·m，為中等富水。志丹群含水層底部與2#煤頂板之間間距216.32～328.33m，隔水層累計(jì)厚度61.18～178.43m，平均134.94m。隔水層累計(jì)厚度約占地層總厚度的49.00%左右。另?yè)?jù)分析，志丹群與下伏基巖侏羅系含水層水力聯(lián)系微弱，因此認(rèn)為，志丹群間接充水含水水源不會(huì)對(duì)礦井生產(chǎn)造成較大影響。

第四系風(fēng)積砂孔隙潛水，也同為2#煤頂板間接充水水源，且含水層富水性極強(qiáng)。第四系底板與2#煤頂板之間間距為591.40～644.43m。其間有志丹群及J2a至2#煤的厚層泥質(zhì)巖作為隔水層，加之第四系與K1zh含水層之間水力聯(lián)系微弱，因此不會(huì)對(duì)2#煤開采造成影響。

5.2 礦井充水途徑

上述地下水充水水源能否進(jìn)入礦井，主要取決于開采煤層及圍巖的埋藏條件，以及孔隙、裂隙的發(fā)育、連通程度等。特別是在帶壓開采的情況下，白堊系及侏羅系砂巖裂隙水能否造成礦井重大突水和淹井事故，主要取決于是否存在地質(zhì)構(gòu)造破壞，溝通了含水層之間的水力聯(lián)系等。

（1）導(dǎo)水?dāng)鄬踊驑?gòu)造破碎帶充水通道

根據(jù)已有資料及本次勘探資料，井田構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類型。其構(gòu)造形態(tài)總體為一向西傾斜的單斜構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)斷層和陷落柱構(gòu)造。

（2）人工裂隙充水通道

門克慶井田目前尚未開采，設(shè)計(jì)擬礦井采用立井開拓方式，采空區(qū)采用頂板全部垮落法管理。在今后礦井開采過(guò)程中，由于采煤造成巖層或地面塌陷，形成采動(dòng)裂隙通道，從而破壞了煤層頂、底板隔水層的穩(wěn)定性，溝通了上覆及下伏含水層中地下水進(jìn)入礦井的天然屏障，使得地下水、地表水或上部煤層采空區(qū)積水，以及塌陷區(qū)的大氣降水進(jìn)入礦井。同時(shí)在采掘過(guò)程中，在底部含水層的水頭壓力及礦山壓力共同作用下，可能突破底板隔水層形成人工采動(dòng)裂隙通道，導(dǎo)致底板水涌入礦井。

（3）封閉不佳鉆孔導(dǎo)水通道

歷史上封閉不佳的廢棄鉆孔往往形成下伏或上覆含水層的導(dǎo)水通道。為防止鉆孔突水，應(yīng)分析判定封孔質(zhì)量；對(duì)查出的封閉不良鉆孔，應(yīng)建立臺(tái)帳，并根據(jù)不同情況，在與采掘工作面相遇前，采取掃封孔、井下探水或留設(shè)防水煤柱等方法避免封閉不良鉆孔而引發(fā)突水。

6 結(jié)語(yǔ)

門克慶礦主要充水水源為頂板砂巖裂隙水，雖然直接充水含水層的富水性中等到弱，但白堊系間接充水含水層的富水性相對(duì)較好，煤層開采的冒落裂隙帶高度是否能發(fā)育到白堊系至關(guān)重要。隨著開拓范圍的擴(kuò)大，采空區(qū)增多，多種水害類型顯現(xiàn)。為了確保礦井安全，必須從根本上消除和治理威脅安全生產(chǎn)的各類隱患，實(shí)施煤礦水害的防治措施，開展礦井防治水工作，必須加強(qiáng)礦區(qū)水文地質(zhì)條件和防治水分析研究。