河興梁井田保水采煤方法淺析

王 偉，王少鋒

（陜西煤田地質勘查研究院有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

河興梁井田面積為105.03 km2，南距榆林市40 km，位于榆神礦區(qū)東南部，井田北部紅柳溝與井田南部扎林川均屬于黃河一級支流禿尾河支流。燒變巖層廣布于井田西部（含整個先期開采地段），燒變巖裂隙、孔洞發(fā)育，連通性好，具有較強的富水性[1]，是區(qū)內最重要的含水層，燒變巖含水層對煤層開采的安全及當地的生態(tài)環(huán)境具有至關重要的影響。3-1煤層開采時導水裂隙帶會發(fā)育至燒變巖底板，將會發(fā)生透水事故[2]，同時也會疏干燒變巖含水層破壞井田生態(tài)環(huán)境。維持區(qū)內生產與生態(tài)的平衡十分必要，本文針對區(qū)內如何保水采煤進行分析討論。

1 地質及地形地貌

1.1 井田地質

井田地表絕大部分被新近系、第四系沉積物覆蓋，僅在北部邊界的紅柳溝、南部的扎林川、中沙溝及瓦窯坡北部河溝有基巖出露。根據地表出露及鉆孔揭露，井田地層由老至新依次為：三疊系上統(tǒng)永坪組（T3y），侏羅系下統(tǒng)富縣組（J1f），侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y），新近系上新統(tǒng)保德組（N2b），第四系中更新統(tǒng)離石組（Q2l），上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組（Q3s）、全新統(tǒng)河流沖、洪積層（Q4al+pl）及風積沙（Q4eol）。井田內燒變巖是延安組第四段頂部的2-2煤層全部自燃，并使井田中西部殘留的延安組第五段巖層全部遭受燒灼烘烤而形成的。

1.2 地形地貌

井田位于陜北黃土高原北部，毛烏素沙漠東南緣，為風沙地及黃土梁峁地貌，地形總體西北高、東南低，海拔一般為1010 m～1300 m，最高處位于西南部高家仡佬東部梁峁，海拔1361.9 m，最低處位于東北部前陰灣紅柳溝內，高程1007.5 m，區(qū)內相對高差354.40 m。中部為固定沙組成的風沙灘地，主要表現為：水系網少，地形起伏不大，相對高差小，地表物質組成多為新生界松散沙及沙土；北部的紅柳溝、南部的扎林川為地表水侵蝕作用形成的溝谷。上游窄，下游寬，谷坡呈斜坡形，兩側不對稱，谷底平坦，河床狹窄，河水蜿蜒流淌。兩岸的河漫灘和階地，土地較為肥沃，是區(qū)內主要的農業(yè)耕作區(qū)。

2 燒變巖含水層

燒變巖含水層是區(qū)內保水采煤研究的目的層。燒變巖體剖面由下至上可分為如下三個帶:類熔巖帶、燒變巖帶和烘烤巖帶[3]。類熔巖巖體破碎，巖石呈不規(guī)則狀，具有大量的氣孔、燒變裂隙及爐渣狀構造的孔，裂隙呈不規(guī)則的交錯網狀，含水層主要在此帶，其導水性強，儲水空間開闊，補泄通暢。燒變巖分布于井田先期開采地段內（見圖1），厚度一般約為0.4 m～41.44 m，平均厚度約22.17 m，面積約48.88 km2。在鉆探施工過程中，遇燒變巖的鉆孔大均會發(fā)生不同程度的漏水現象。據水文測井，燒變巖潛水井液電阻率曲線ρ反應很明顯。通過電視窺視測井對燒變巖的完整性、裂隙發(fā)育特征、連通情況、巖體破碎狀況等有了直接了解（進一步驗證了上述分帶），其中類熔巖帶裂隙非常發(fā)育，10 cm以上大裂隙多達4、5處以上（見圖2）。

圖1 井田燒變巖范圍及等厚線圖

圖2 燒變巖層段電視窺視圖

井田內燒變巖區(qū)地下水以泉的形式排泄，其最主要排泄區(qū)位于北部邊界外的香水溝溝腦，是香水溝水庫的補給水源。在此處，燒變巖排泄的泉點有7處，涌水量共約為203.78 L/s。燒變巖底板埋藏在侵蝕基準面以下，形成儲水構造，因而在地形上具有大的似盆狀的匯水范圍靜儲存于燒變巖層段內，形成極強富水區(qū)，估算靜儲存量為944.85×106m3。

3 保水采煤必要性

3-1煤層開采將會使其上部燒變巖含水層的水直接充入開采巷道，引發(fā)生產安全事故；燒變巖水的導通將導致地下水位下降，影響井田內生態(tài)環(huán)境。保水采煤研究是井田范圍內安全生產、生態(tài)及生產生活的需要。

3.1 安全生產需要

通過計算，3-1煤層開采時導水裂隙發(fā)育高度可達到燒變巖底板，燒變巖水將會成為直接充水水源。燒變巖含水層富水性極強～強，徑流速度快，具有良好的補給來源，礦床充水強度大，將會嚴重威脅礦井的正常生產。因此，對井田保水采煤研究、阻止燒變巖水導通至開采煤層十分必要。

3.2 生態(tài)需要

河興梁井田地處我國西北內陸，屬干旱-半干旱氣候，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源貧乏。區(qū)內燒變巖是強富水含水層，它不僅為煤礦的生產建設提供水源，而且為生態(tài)脆弱礦區(qū)生態(tài)環(huán)境改善提供重要基礎的水資源保障。煤層開采導通燒變巖含水層將會使區(qū)內地下水位降低、燒變巖泉水斷流、香水溝水庫庫容減小、紅柳溝河流量減小等一系列生態(tài)環(huán)境問題。因此，研究井田保水采煤也是生態(tài)保障的需要。

3.3 生產生活需要

井田燒變巖水是香水溝水庫的補給源，也是井田北部紅柳溝河的主要補給源。香水溝水庫主要功能是作為陜西有色金屬工業(yè)園和榆林市榆陽區(qū)鹽化有限公司備用的工業(yè)用水水源，同時兼顧著周邊農田灌溉；紅柳河為兩岸人民群眾的農業(yè)灌溉、畜牧業(yè)養(yǎng)殖提供水資源保障。因此，對井田保水采煤研究、保障香水溝水庫及紅柳溝河水源補給十分必要。

4 措施及建議

經生產驗證有效的保水采煤方法有：限高或分層開采技術；減小工作面寬度，抑制導水裂隙充分發(fā)育；條帶充填開采，減小采空空間，降低導水裂隙發(fā)育高度；加框工作面推進速度，減少導水裂隙帶高度；底板隔水層裂隙空間的注漿改造，保持隔水層的隔水穩(wěn)定性[4]。結合井田燒變巖含水層與開采煤層相關聯的特點及其各項功能特征，在井田保水采煤中提出以下建議：

（1）保水煤柱與排水相結合：在開采3-1煤層時應預留相應的保水煤柱及減小工作面寬度，抑制導水裂隙帶的發(fā)育高度，防止燒變巖水導通至開采工作面；人工干預增加燒變巖水的排泄量，減少燒變巖含水層的靜存儲量（排泄至香水溝水庫，最大限度保障區(qū)內生態(tài)環(huán)境及生產生活）。

（2）開采前進行專項水文地質勘查工作：井田的水文地質類型為復雜，燒變巖含水層對下部3-1煤層開采會產生嚴重安全威脅，在建礦前做專門的水文地質勘查工作，查明區(qū)內燒變巖的詳細情況可為煤礦的安全生產及保水采煤研究提供更為真實、科學的數據支撐。

5 結語

井田燒變巖含水層是區(qū)內生產及生態(tài)的重要水資源保障，常規(guī)的煤層開采方式將會疏干燒變巖含水層，煤層的開采與保水具有矛盾性。井田保水采煤方法的研究和分析過程中所提出的兩點建議可為維持區(qū)內生態(tài)與生產平衡、解決兩者的矛盾提供參考。