山東省巨野煤田梁寶寺井田水文地質(zhì)條件及充水因素分析

劉松良

(山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊，山東 泰安 271000)

梁寶寺井田位于巨野煤田東北部，屬黃河沖積平原，為全隱蔽井田。該井田處于東西兩側(cè)邊界大斷層所形成的地塹構(gòu)造內(nèi)，邊界斷層F1、F13落差均大于700m，區(qū)外下盤奧灰抬起，使得區(qū)內(nèi)煤系地層中含水層與區(qū)外奧灰對接，形成東、西部補給邊界；北部以F24斷層為界，落差1000m，區(qū)內(nèi)地層下降、區(qū)外上升，煤層賦存深度大于1500m，煤系含水層接受補給條件差；南部以奧灰隱伏露頭為界，形成南部補給邊界。

1 含(隔)水層

井田內(nèi)，與煤層開采有關(guān)的含水層段主要有6個，從上至下依次是Q+N砂礫層，石盒子群砂巖、3煤頂、底板砂巖，太原組三灰，十下灰及奧陶紀石灰?guī)r。其中3煤層頂、底板砂巖和太原組三灰為開采上組煤的直接充水含水層；十下灰及奧陶紀石灰?guī)r為開采下組煤的直接充水含水層。

1.1 新生界含(隔)水層

(1)第四系砂礫層孔隙含水層

第四系廣布全區(qū)，與下伏新近系呈不整合接觸，厚度94.90～146.30m，平均116.85m。

據(jù)取心資料，含水砂層以中、細砂為主，局部有粉砂和粗砂。砂層比較松散，透水性較好。由于該區(qū)地勢低平，自然水力坡度很小，地下水的排泄以蒸發(fā)為主，造成鹽分積累，局部形成了礦化度較高的咸水，呈水化學分帶現(xiàn)象，據(jù)該區(qū)民井調(diào)查，淺層水位標高+34.31～+43.73，單井水量10～40m3/h，礦化度多大于1.0g/L[注]①山東省煤炭勘察研究院，單松煒等,山東省巨野煤田梁寶寺井田勘探(精查)地質(zhì)報告,1996年。。

(2)新近系砂礫層孔隙含水層

新近系厚195.23～368.73m，平均280.84m，由粘土類隔水層和砂礫層含水層相間沉積而成。上段含水層主要為中、細砂層，砂層的厚度大且較松散，富含孔隙水。下段以厚層粘土為主，據(jù)L16-3號孔抽水試驗資料，抽水段砂層累厚9.57m，單位涌水量0.3831L/s·m，富水性中等，水質(zhì)類型為SO2--Ca2+·Mg2+型，礦化度3.556g/L，水質(zhì)較差。

該區(qū)第四系、新近系內(nèi)的粘土層分布廣泛，厚度穩(wěn)定，隔水性能良好，且大都與含水的砂層交互沉積，從而使得各砂層間在垂向上的水力聯(lián)系較差。新近系底部普遍沉積有一層含礫粘土，局部塊段有粘土質(zhì)砂礫層不整合于基巖上。由于這些粘土隔水層隔水性能較好，使得第四系、新近系含水層對基巖含水層補給能力差，在垂向上無水力聯(lián)系。

1.2 石盒子群含(隔)水層

該地層內(nèi)含水層巖性主要為中、細砂巖，局部有粗砂巖和含礫砂巖，砂巖中的裂隙比較發(fā)育。區(qū)內(nèi)有78個鉆孔穿過，10個鉆孔漏水，漏水孔率12.8%。據(jù)L7-3號鉆孔抽水試驗資料，單位涌水量0.0031～0.0141L/s·m，富水性弱，水質(zhì)類型為SO2--(K++Na+)型，礦化度4.097g/L。該段含水層遠離煤層，一般均位于采煤裂隙帶之上，正常情況下對采煤沒有影響。

該地層雜色泥巖和粉砂巖厚度大、隔水性能良好，使基巖含水層垂向補給微弱，進一步阻隔了上部含水層對煤系含水層的補給。

1.3 直接充水含水層

(1)3煤層頂、底板砂巖裂隙含水層

圖1 3砂漏水鉆孔示意圖

(2)三灰含水層

(3)十下灰?guī)r溶裂隙含水層

(4)中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層

區(qū)內(nèi)共有23個鉆孔揭露奧灰，揭露厚度7.24～57.06m。淺灰至棕灰色，呈厚層狀，裂隙較發(fā)育，局部巖心破碎或發(fā)育有小溶洞，有的被方解石充填或半充填。8個鉆孔漏水，漏水孔率34.8%，漏水孔大多分布在井田西南部(圖2)。除L16-3號鉆孔奧灰漏水孔標高在-900m以深外，其余所有奧灰漏水孔標高均淺于-850m。因此推斷，奧灰在大于-850m時，富水性變?nèi)?，幾乎不漏水。?jù)動態(tài)觀測，奧灰年水位變化幅度4m左右，水位開始上升時間在7月份以后，所以奧灰的水位變化與大氣降水關(guān)系較為密切。奧灰水的補給區(qū)是嘉祥灰?guī)r出露區(qū)，補給區(qū)距井田東南端約10km，井田周圍無奧灰水天然排泄點。

圖2 奧灰漏水鉆孔示意圖

該區(qū)17煤層至奧灰的正常間距38.32～50.12m,平均43.08m。主要有泥巖、砂巖和薄層灰?guī)r組成，為奧灰強含水層的壓蓋隔水層。因其厚度較小，不足以抵抗奧灰水的強大壓力，采下組煤時有造成底鼓突水的危險，故奧灰是開采下組煤的直接充水含水層。

2 斷層導水性

井田內(nèi)斷層極為發(fā)育，東、西、北3個邊界均為落差大于100m的大斷層組成，經(jīng)過多次勘探和物探證實，井田內(nèi)共有斷層300多條，其中落差大于30m的斷層47條，除東部、西部、北部3個大斷層接受區(qū)外含水層補給外，絕大部分斷層均不導水。

斷層導水性包括兩個方面：一是斷層兩盤含水層地下水是否通過斷層帶發(fā)生水平補給；二是斷層同一盤含水層中的地下水能否通過斷層帶或附近裂隙帶發(fā)生垂直補給。決定斷層是否導水的主要因素是斷層的力學性質(zhì)、斷層兩盤含水層接觸關(guān)系及斷層帶充填物的膠結(jié)程度。據(jù)礦井的實際生產(chǎn)資料表明，隔水層中的斷層不導水，斷層兩側(cè)含水層與含水層相對接時才具有導水性。井田內(nèi)共有78個鉆孔，其中多個鉆孔穿過斷層帶，經(jīng)觀察穿過斷層的鉆孔1號井檢3號斷層帶抽水時，單位涌水量q僅為0.0031L/s·m，斷層帶含水性弱。斷層帶的巖層較破碎，含泥質(zhì)且大多被破碎的原巖物質(zhì)所充填，鉆孔穿過時均未發(fā)現(xiàn)沖洗液漏失或明顯消耗現(xiàn)象，這些都說明該斷層帶本身的含水性較弱，導水性較差。

F10斷層為井田內(nèi)主要斷層之一，為調(diào)查其水文地質(zhì)特征，施工了L4-11號鉆孔進行斷層帶單孔抽水試驗，其單位涌水量為0.0022L/s·m，說明其含水性弱，導水性較差。另又在L4-11號鉆孔以北約160m，F(xiàn)10斷層的上盤施工L4-12號鉆孔，組成群孔抽水，進一步調(diào)查該斷層的導水性。主孔L4-12抽三灰水，觀測孔L4-11觀測奧灰水位的變化情況。據(jù)抽水試驗結(jié)果，主孔降深37.37m，水量18.00m3/h，抽水延續(xù)時間72h，在此期間未發(fā)現(xiàn)觀測孔的水位下降，另據(jù)主孔水位恢復曲線表明，末段曲線明顯反映出受隔水邊界的影響，說明F10斷層在該試驗段部位屬含水微弱的阻水斷層。

斷層的導水性和富水性是很不均一的，即使是同一斷層的不同部位或地段，也往往存在較大差異，不可一概而論。由于井田內(nèi)小斷層密集，使得巖石的完整性在水平方向上和垂直方向上都不連續(xù)，局部產(chǎn)生裂隙溶溝，構(gòu)成局部富水地段，對井下生產(chǎn)造成一定的威脅。

沿著西部邊界斷層F13，-850m以淺，奧灰漏水孔多，區(qū)外奧灰對區(qū)內(nèi)奧灰有一定補給。

梁寶寺1號井在井下施工中，西翼回風巷揭露F65斷層前，頂板有淋水，水量10m3/h，揭露斷層時淋水減小，出水點集中在斷層帶，水量56m3/h，經(jīng)物探證實，斷層落差13m，后出水點減小為6m3/h，3煤頂板砂巖水沿斷層帶集中出水，3228聯(lián)絡(luò)巷2005年8月24日20時，遇DF-32斷層時，3層煤底板砂巖水沿裂隙出水，穩(wěn)定出水量23m3/h[注]山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊，王紅梅等，山東省巨野煤田梁寶寺井田補充勘探報告，2006年。。因此生產(chǎn)中，對斷層密集區(qū)，應(yīng)先做一定的探放水試驗，采取防范措施，保證生產(chǎn)安全。

3 充水因素分析

一般來講，決定礦床充水條件好壞的根本原因取決于充水水源的規(guī)模和充水途徑的導水性能[1]。該區(qū)開采上組煤時的主要水源為3煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水和太原組三灰水，它們接受補給的能力均較差；開采下組煤的主要充水水源為太原組十下灰水和奧灰水，其中尤以奧灰水對下組煤的開采威脅最大。礦井主要的充水途徑為斷裂帶、接觸帶、采空區(qū)上方冒落裂隙帶及底板被破壞導致的裂隙帶等[2]。

斷裂帶、接觸帶是地下水進入礦井的重要途徑之一，它們在礦井充水中具有特殊的重要意義。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料表明，礦井突水事故大多與它們有關(guān)，因為構(gòu)造斷裂與接觸帶地段，巖層破碎、裂隙、巖溶相對其他地段發(fā)育，導致巖層透水性增強，常常成為地下水的匯集帶和強徑流帶，含水豐富[3]。因此在生產(chǎn)過程中接近或觸及這些地段時，礦井涌水量往往會突然增大，有時甚至造成突水淹井事故。生產(chǎn)實踐資料證明，在斷層密集地段、斷層交叉處或斷層尖滅處，往往巖層支離破碎，大大降低了隔水層的抗張強度，因此極易發(fā)生突然涌水。該井田構(gòu)造較復雜，小斷層、小褶曲發(fā)育，將是影響未來礦井涌水的重要因素。

采空區(qū)上方冒落裂隙帶是地下水進入礦井的又一重要途徑[4]。采空區(qū)上方巖層因其下部采空失去平衡，引起巖層破壞和斷裂，使得原有的裂隙擴張、延伸，若向上觸及含水層時，亦會造成礦井涌水量的增大。

底板突破導致地下水涌入礦井，在該區(qū)亦存在這種途徑。開采下組煤時，奧灰水由于強大的水壓力向上沖破煤層至奧灰頂界面之間的壓蓋隔水層而涌入礦井[5]。奧灰水能否底鼓受多種因素制約：奧灰?guī)r溶發(fā)育程度和奧灰水壓力的大小、奧灰壓蓋隔水層的厚度、巖性組合關(guān)系、抗張強度、地質(zhì)構(gòu)造及采煤方法等。該區(qū)煤系基底含水層奧灰在井田南部埋藏較淺，巖溶裂隙發(fā)育，富水性強，水量大，水壓高，對下組煤的開采威脅極大。該區(qū)下組煤兩層可采煤層16，17煤層，它們至奧灰頂界面的正常間距見表1。從表中可以看出，下組煤層至奧灰的間距偏小，又因奧灰含水豐富，水壓亦大，致使開采下組煤的難度增大，生產(chǎn)過程中應(yīng)采取有效的防治措施，加強防范，以策安全。

表1 下組煤至奧灰間距

4 結(jié)語

該區(qū)上組煤的直接充水含水層為3煤層頂、底板砂巖和太原組三灰。3砂裂隙含水層的單位涌水量為0.0011(2號井副檢孔)～0.0252(L4-5)L/s·m，富水性弱—中等。主要接受露頭區(qū)第四系補給，補給條件有限。三灰?guī)r溶裂隙含水層的單位涌水量0.0008(2號井副檢孔)～0.1338(L4-12孔)L/s·m，富水性弱—中等，主要接受露頭區(qū)第四系補給，補給條件有限，上述兩組含水層的含水性及補給條件均一般，故該區(qū)上組煤的水文地質(zhì)類型為裂隙、巖溶類簡單—中等類型。下組煤的直接充水含水層為太原組十下灰和奧灰。十下灰的單位涌水量0.0378(L4-9孔)L/s·m，主要接受露頭區(qū)第四系補給，補給條件有限，富水性較弱，奧灰含水層富水性不均一，深部奧灰?guī)r溶不發(fā)育，富水性弱，但奧灰含水層在淺部及露頭和構(gòu)造發(fā)育地段富水性強。單位涌水量為0.0028(L06-5孔)～1.7084(L4-11孔)L/s·m，富水性較弱—強。奧灰具有富水性不均一的特點，局部補給較充沛，富水性強，采下組煤時有底鼓水的威脅，故下組煤的水文地質(zhì)類型為巖溶裂隙類中等至復雜型。

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