顧橋礦北一采區(qū)深部充水因素分析

李中祥

摘 要：文章通過(guò)對(duì)礦區(qū)深部水文地質(zhì)條件研究與礦井充水因素的分析，明晰了礦井北一深部采區(qū)開采的直接水源是可采煤層頂板冒落帶、裂隙帶和底板擾動(dòng)帶的砂巖裂隙水，以及充水通道、充水強(qiáng)度對(duì)開采充水的影響。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)條件；采區(qū)深部；充水因素分析

中圖分類號(hào)：TD8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）21-0192-02

引言

顧橋礦位于淮南煤田基巖水文地質(zhì)分區(qū)的中區(qū)單元。以石灰?guī)r為主的巖溶裂隙含水層裸露區(qū)，受大氣降水補(bǔ)給，地下水以垂直運(yùn)動(dòng)為主。除局部松散層中、下部含水層直接覆蓋含煤地層而存在補(bǔ)給關(guān)系外，其余大都具儲(chǔ)存量消耗型特征，煤系地下水基本處于停滯狀態(tài)。本文通過(guò)分析充水水源、充水通道及充水強(qiáng)度因素，從而為礦井深部建設(shè)及防治水提供了水文地質(zhì)依據(jù)。

1 北一采區(qū)深部充水水源及分析

礦井北一深部采區(qū)開采的主要充水水源有新生界砂層孔隙水、煤系砂巖裂隙水、太原組灰?guī)r巖溶水和老空水。

1.1 新生界砂層孔隙水對(duì)開采充水影響

鉆探揭露補(bǔ)勘區(qū)新生界厚度317.5～386.0m，基巖面起伏不大；新生界下部中新統(tǒng)（N11）含礫砂層孔隙含水層（組）直接覆蓋在煤系基巖上，據(jù)《顧橋礦礦井地質(zhì)報(bào)告》單位涌水量為0.524～1.935L/s.m，砂層孔隙水可間接滲入補(bǔ)給煤系和灰?guī)r，在天窗區(qū)對(duì)煤系砂巖裂隙含水層（組）作垂直補(bǔ)給，是礦井充水主要補(bǔ)給來(lái)源，補(bǔ)給量受基巖風(fēng)化帶滲透性控制。礦井北一深部采區(qū)主采煤層距上覆新生界砂層孔隙含水層（組）較遠(yuǎn)，開采時(shí)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度達(dá)不到松散含水層（組）。因此新生界砂層孔隙含水層（組）水對(duì)開采充水無(wú)直接影響。

1.2 煤系砂巖裂隙水對(duì)開采充水影響

1.2.1 基巖風(fēng)氧化帶發(fā)育情況及對(duì)開采充水的影響

鉆探揭露風(fēng)氧化帶厚度26～59.5m，巖性一般以砂巖、泥巖交互沉積為主。見(jiàn)基巖風(fēng)氧化帶發(fā)育特征表，基巖風(fēng)氧化帶巖性一般主要以砂巖、泥巖交互沉積為主。雖巖石裂隙發(fā)育，巖芯破碎，但砂質(zhì)泥巖、泥巖層致密、有一定的發(fā)育厚度，阻隔了上覆新生界砂層孔隙含水層（組）水的滲透補(bǔ)給。

1.2.2 基巖砂巖裂隙水對(duì)開采充水的影響

煤系砂巖裂隙水是礦井北一采區(qū)深部煤層開采直接充水水源。裂隙水一般分布于一層或數(shù)層泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖間，正常情況下彼此間無(wú)水力聯(lián)系，但與斷層和裂隙導(dǎo)通時(shí)才可能發(fā)生水力聯(lián)系，接收上覆松散層含水層（組）的滲流補(bǔ)給。采掘空間形成“三帶”范圍內(nèi)的砂巖裂隙含水層（組）水會(huì)直接向礦坑充水，是礦井北一采區(qū)深部煤層開采的主要水害。煤系砂巖層一般裂隙不發(fā)育，分布不穩(wěn)定，富水性差異較大。

本區(qū)11-2煤層導(dǎo)水裂隙平均高度約50m，在導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)砂巖厚19.7～41.55米，平均厚28.08m，巖性局部為厚層狀中粗砂巖，裂隙發(fā)育，富水性好，是11-2煤層采掘工作面的直接充水水源。

本區(qū)13-1煤層導(dǎo)水裂隙帶平均高度約80m，在導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)砂巖厚6.55～46.81m，平均16.64m，巖性局部為厚層狀中粗砂巖，裂隙發(fā)育，富水性好，是13-1煤層采掘工作面的直接充水水源。

正常情況下，砂巖裂隙含水層（組）水對(duì)煤層開采威脅并不嚴(yán)重。對(duì)礦井歷次抽水試驗(yàn)、礦井投產(chǎn)以來(lái)采掘出（突）水情況和礦區(qū)生產(chǎn)礦井出水點(diǎn)水量變化趨勢(shì)分析，都表明煤系砂巖裂隙含水層含水性弱，補(bǔ)給水源貧乏，以儲(chǔ)存量為主的特點(diǎn)，礦井北一采區(qū)深部大中斷層較發(fā)育，煤系巖相變化大。在斷層附近，各含水層的富水性將大大增強(qiáng)。由于斷層的存在，上、下盤砂巖含水層可能因錯(cuò)動(dòng)對(duì)接而發(fā)生直接或間接的充水影響，因此本區(qū)回采時(shí)，需留設(shè)足夠的斷層防水煤柱。

在局部堅(jiān)硬砂巖裂隙發(fā)育區(qū)段和因斷層切割的構(gòu)造裂隙發(fā)育區(qū)段，特別是13-1、11-2、8、6-2、4-2、1煤層頂板砂巖直覆區(qū)段富水性較強(qiáng)，導(dǎo)水性較好，一旦井巷工程施工接近或煤層開采時(shí)，可能瞬間出水，造成危害或影響安全生產(chǎn)環(huán)境。

1.2.3 太原組灰?guī)r巖溶裂隙水對(duì)開采充水影響

礦井北一采區(qū)深部太原組第一層灰?guī)r距1煤層底板間距10～19m，平均間距16m，灰?guī)r水對(duì)第一開采水平（-850m）的水頭壓力約為8.1MPa，對(duì)二水平（-1000m）的灰?guī)r水水頭壓力約10.3MPa。在自然狀態(tài)下，無(wú)水流補(bǔ)給礦井，當(dāng)開采1煤層時(shí)失去水力均衡作用的條件，1煤層底板因超過(guò)強(qiáng)度極限而破裂，引起底鼓，導(dǎo)致灰?guī)r水突入礦井。尤其是斷層切割煤系地層使主采煤層與灰?guī)r間距變小，或使煤層與灰?guī)r直接對(duì)口，高水頭灰?guī)r水則通過(guò)斷層帶導(dǎo)水通道或直接突入礦井，對(duì)1煤層開采構(gòu)成威脅。灰?guī)r巖溶裂隙水富水強(qiáng)、補(bǔ)給豐富，成為北一深部采區(qū)1煤層開采的水害隱患。故1煤層開采前，必須對(duì)灰?guī)r巖溶裂隙水進(jìn)行疏水降壓。

本區(qū)開采的11-2、13-1煤層距下伏太原組灰?guī)r、奧陶系灰?guī)r較遠(yuǎn)，不受下伏灰?guī)r水的直接影響。

2 北一采區(qū)深部充水通道及分析

北一采區(qū)深部煤層開采充水通道主要有原生節(jié)理和裂隙、斷層、采煤冒落及導(dǎo)水裂隙帶、封閉不良鉆孔等。

2.1 原生節(jié)理和裂隙導(dǎo)水

煤系砂巖裂隙水是礦井北一采區(qū)深部煤層開采直接充水水源。鉆探表明，補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)砂巖節(jié)理、裂隙較發(fā)育，且具非均一性，富水性差異較大。這些裂隙溝通上覆、下伏含水層（組）與煤層的水力聯(lián)系，構(gòu)成充水通道。

北一采區(qū)深部主采13-1、11-2、8、6-2、1煤層存在或大面積存在老頂砂巖直覆、直頂砂粘巖較薄而老頂砂巖巨厚的情況。此類砂巖頂板裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，砂巖裂隙水主要通過(guò)砂巖層原生裂隙、構(gòu)造裂隙及開采覆巖破壞形成的裂隙等充入井巷和工作面，造成出（突）水。

2.2 斷層導(dǎo)水

北一采區(qū)深部大中型正斷層較發(fā)育，且斷層交錯(cuò)切割。斷層帶一般被泥質(zhì)巖和粉、細(xì)砂巖碎塊充填膠結(jié)，斷層及周邊裂隙本身就可能含水，成為相對(duì)富水區(qū)；同時(shí)也能導(dǎo)通各個(gè)含水層向采掘空間充水，構(gòu)成向礦井充水的水源和通道，一般斷層可能造成采掘空間出現(xiàn)淋水和小股涌水，但出水量衰減快，易疏干。

2.3 采煤冒落及導(dǎo)水裂隙帶導(dǎo)水

北一采區(qū)深部各主采煤層大面積開采時(shí)，可導(dǎo)致發(fā)育大量的冒落裂隙和導(dǎo)水裂隙，這些裂隙也是溝通含水層（組）與煤層的良好通道，但開采埋藏深，留設(shè)了足夠的防水煤柱，導(dǎo)水裂隙帶一般不波及上覆新生界含水層，但今后開采B組煤需防范導(dǎo)水裂隙帶溝通上覆煤層采空區(qū)，若不超前進(jìn)行探放，上覆煤層老空水可通過(guò)導(dǎo)水裂隙帶充入工作面。

3 北一采區(qū)深部充水強(qiáng)度分析

礦井北一采區(qū)深部主采煤層埋深較深，開采時(shí)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度達(dá)不到松散含水層（組）。因此新生界砂層孔隙含水層（組）水對(duì)開采充水無(wú)直接影響。

煤系砂巖裂隙含水層（組）正常情況下與上覆松散層含水層（組）無(wú)水力聯(lián)系，只有在斷層和裂隙導(dǎo)通的情況下才接受上覆松散層含水層（組）的滲流補(bǔ)給。

煤系砂巖裂隙水可通過(guò)裂隙或斷層導(dǎo)水，煤系砂巖含水層（組）富水性弱，補(bǔ)給水源極有限，具存儲(chǔ)消耗性特征，充水強(qiáng)度一般。但主采13-1、11-2、8、6-2、4-2、1煤層頂板局部砂巖裂隙發(fā)育區(qū)段，富水性強(qiáng)，充水強(qiáng)度較強(qiáng)。

太原組灰?guī)r巖溶含水層（組）富水性中等～強(qiáng)。灰?guī)r水主要通過(guò)斷層或封閉不良鉆孔導(dǎo)水。補(bǔ)勘區(qū)鉆孔未發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶漏水，其主要表明以泥質(zhì)巖類充填的斷層破碎帶起阻水作用。但當(dāng)斷層切割1煤層及太原組灰?guī)r時(shí)，地下水力均衡失去平衡，其抗壓強(qiáng)度比正常巖層小，高壓含水層（組）水將通過(guò)斷層破碎帶突入礦井，且充水強(qiáng)度較強(qiáng)。

4 采區(qū)深部充水因素綜述

顧橋礦北一采區(qū)深部礦坑充水，上與松散層、基巖風(fēng)化帶含水層無(wú)直接關(guān)系，下與太灰?guī)r溶裂隙水不發(fā)生直接聯(lián)系，但灰?guī)r巖溶裂隙水富水強(qiáng)、補(bǔ)給豐富，1煤層底板可能在失去水力均衡作用的條件下，因超過(guò)強(qiáng)度極限而破裂，引起底鼓，導(dǎo)致灰?guī)r水突入礦井，成為北一深部采區(qū)1煤層開采的水害隱患。如果南、北兩翼邊界斷層留設(shè)有足夠的防水煤柱，則煤系砂巖裂隙水是礦井北一采區(qū)深部煤層唯一充水水源。由于煤系地層中各層位砂巖含水層之間沒(méi)有直接聯(lián)系，所以，礦坑充水的直接水源只能是可采煤層頂板冒落帶、裂隙帶和底板擾動(dòng)帶的砂巖裂隙水，且煤系砂巖裂隙水及太原組灰?guī)r巖溶含水層（組）富水性較強(qiáng)。

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