貴州省煤田水文地質(zhì)條件影響因素淺析
——以貴州省上二疊統(tǒng)含煤地層為例

曹細(xì)如

（貴州省煤田地質(zhì)局，貴州貴陽550008）

貴州省煤炭資源豐富，分布廣泛，全省89個(gè)縣（市）中，有76 個(gè)蘊(yùn)藏煤炭，含煤面積約 7.8×104km2，占全省面積44%。貴州省成煤時(shí)代及對應(yīng)含煤地層有：下寒武統(tǒng)牛蹄塘組，下石炭統(tǒng)祥擺組，中二疊統(tǒng)梁山組，上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M、吳家坪組、宣威組（汪家寨組），上三疊統(tǒng)火把沖組、把南組和二橋組，古近系上壩組，新近系翁哨組，第四系窯上組、松坡組和南屯組等地層。據(jù)2011年《貴州省煤炭資源潛力評(píng)價(jià)》預(yù)測煤炭資源總量約2588×108t（埋深2000m 以淺），位列全國第5 位。貴州省煤炭資源主要成煤時(shí)代為上二疊統(tǒng)，約占全省煤炭資源總量的99%；含煤地層包括龍?zhí)督M、吳家坪組、宣威組（汪家寨組）。近年來隨著國家實(shí)施“西電東送”、“西部大開發(fā)”等戰(zhàn)略布局，貴州省的煤礦建設(shè)規(guī)模達(dá)到歷史新高。根據(jù)煤炭資源賦存及煤田分布情況，主要分布在上二疊統(tǒng)含煤地層的煤田有六盤水煤田、織納煤田、黔北煤田、興義煤田、貴陽煤田等，而黔東北、黔東南、黔南等煤田相對貧乏。本文主要針對上二疊統(tǒng)含煤地層煤田水文地質(zhì)條件及其影響因素進(jìn)行分析探討，以便在煤礦生產(chǎn)中對煤礦防治水有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 貴州省煤田劃分及含煤地層巖相特征

1.1 貴州省上二疊統(tǒng)含煤地層賦煤分布特征及煤田劃分

貴州省上二疊統(tǒng)含煤地層的含煤性最好，為主要含煤地層，也是目前工業(yè)開發(fā)的主要含煤層位（目前大約有1000對生產(chǎn)礦井）。上二疊統(tǒng)的煤層分布廣泛，發(fā)育完好，大致在桐梓—遵義—安順—興義連線以西，為省內(nèi)的富煤區(qū)，該線以東則為省內(nèi)的少煤區(qū)或缺煤區(qū)。據(jù)2011 年《貴州省煤炭資源潛力評(píng)價(jià)》資料，根據(jù)巖性、巖相、古生物化石、含煤性等特征，可劃分為3個(gè)大相區(qū)、9個(gè)煤田，即陸相區(qū)為黔西北煤田；海陸過渡相區(qū)有六盤水煤田、織納煤田、黔北煤田、興義煤田；海相區(qū)有貴陽煤田、黔東北煤田、黔東南煤田、黔南煤田（見圖1）。

1.2 上二疊統(tǒng)含煤巖系巖相變化特征

各煤田含煤巖系沉積環(huán)境有海相沉積、海陸交互相沉積、陸相沉積等。含煤層位巖性變化大，巖性主要有陸源碎屑巖、火山碎屑巖、化學(xué)巖以及可燃有機(jī)巖等巖相大類。其中陸源碎屑巖中有砂巖類、泥巖類等，而砂巖類有含礫砂巖（礫狀砂巖）、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖等；泥巖類有泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、鋁土質(zhì)泥巖等；化學(xué)巖類有石灰?guī)r、白云巖、硅質(zhì)灰?guī)r等；可燃有機(jī)巖類有炭質(zhì)泥巖和煤；火山碎屑巖類有火山角礫巖、凝灰?guī)r等。

含煤地層巖相組合是沉積相變化的主要指示，通過巖相組合在橫向上展布和縱向上演化，各種巖相組合代表了不同的沉積環(huán)境變化。一般情況下，海相沉積區(qū)的含煤地層（上二疊統(tǒng)吳家坪組）巖性組合主要由厚層石灰?guī)r和薄層泥灰?guī)r及煤組成。海陸過渡相沉積區(qū)的含煤地層（上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M）巖性組合由中—厚層狀細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、灰?guī)r和煤層呈互層狀交替組合；陸相沉積區(qū)的含煤地層（上二疊統(tǒng)宣威組）巖性組合由細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)、煤等組合。

2 煤田礦井充水影響因素分析

2.1 貴州省煤田自然地理?xiàng)l件概況

貴州省煤田地理位置處于我國西南部，為云貴高原的一部分，以山體為主，無平原；氣候主要屬于亞熱帶溫暖濕潤季風(fēng)性氣候區(qū)、降水充沛，多年平均降雨量在1100mm 以上。各煤田所處地形主要為低山至中山地形，其中以低中山至中山地形為主；地貌形態(tài)以侵蝕、剝蝕、溶蝕等成因?yàn)橹?，其中又以喀斯特地貌形態(tài)分布廣泛。

2.2 同類型礦井所處不同位置對礦井涌水量的影響

據(jù)調(diào)查，礦井所處的自然地理?xiàng)l件不同其礦井充水條件相差較大。如：有的處在地表分水嶺附近，有的處在徑流帶上，有的處在排泄區(qū)附近；有的處于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，有的處于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下等；另由于大氣降水的差別、地表水體發(fā)育程度等也是影響礦井涌水量補(bǔ)給量大小及穩(wěn)定程度的主要因素。又如：同是以巖溶充水的礦井，由于所處的自然地理?xiàng)l件不同及處于水文地質(zhì)單元的不同位置，礦井水文地質(zhì)特征也不一樣，甚至差異很大；同是以裂隙充水為主的礦井，位于河谷地段附近與位于分水嶺及斜坡地帶，其充水條件大不相同。前者水量一般較大，補(bǔ)給較充沛，甚至可能發(fā)生地表水或泥砂潰入井巷的危險(xiǎn)。后者由于地形有利于地表水及地下水的排泄，補(bǔ)給差，一般礦井水量微弱。礦井涌水量隨季節(jié)性變化明顯，通常雨季水量大，旱季水量小，差別往往為幾倍至幾十倍。由于地表水或地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，因此礦井涌水量動(dòng)態(tài)變化基本上與降水量動(dòng)態(tài)變化及地表水的動(dòng)態(tài)變化相一致。一般開采深度愈淺，上述關(guān)系愈顯著，變化幅度也愈大。隨著開采深度的增加，降水及地表水動(dòng)態(tài)對礦井水的影響逐漸減弱，礦井涌水量的變化幅度也逐漸減小。

2.3 不同地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的影響

貴州省含煤地層以上二疊統(tǒng)含煤地層的含煤性最好，各煤礦礦井水文地質(zhì)條件與煤田成煤時(shí)的古地理?xiàng)l件、沉積環(huán)境及所處的大地構(gòu)造背景，成煤后的地質(zhì)歷史、煤田的構(gòu)造形態(tài)、煤層的頂?shù)装鍑鷰r的巖性各不相同，因而煤田礦井的水文地質(zhì)條件亦表現(xiàn)為多種多樣，各不相同的特點(diǎn)。

從煤礦礦井充水的主要含水層的含水介質(zhì)及充水特征分析知，貴州省煤礦礦井主要有以巖溶水充水為主的礦井及以裂隙水充水為主的礦井，以及二者都有的混合型充水礦井。

依據(jù)煤礦所處的含水構(gòu)造分析，礦權(quán)位置有位于背斜或向斜含水構(gòu)造單元的各部位（軸部、兩翼、轉(zhuǎn)折端）的井田，有位于區(qū)域性的深大斷裂帶或大斷層帶附近的井田，有位于封閉的斷塊或地壘、地塹中的井田，還有位于含水推覆構(gòu)造之下的井田。因此，礦井所處的不同地質(zhì)構(gòu)造部位直接影響礦井水文地質(zhì)條件。

2.4 不同類型地下水進(jìn)水方式對礦井充水的影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，依據(jù)各煤田煤層賦存地質(zhì)圍巖的含水性知，礦井地下水類型主要有巖溶水和裂隙水兩種。依據(jù)礦井充水部位及特征分析，有以頂板進(jìn)水為主，有以底板進(jìn)水為主，有以頂?shù)装宥歼M(jìn)水的；而導(dǎo)水通道主要有斷層破碎帶及煤層開采后形成的冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶等；其中對礦井生產(chǎn)安全造成主要危害的是巖溶地下水，以頂?shù)装暹M(jìn)水的巖溶水是威脅煤礦安全最突出的水文地質(zhì)問題。

貴州省碳酸鹽巖分布廣泛，碳酸鹽巖與煤礦的關(guān)系非常密切，有的構(gòu)成含煤地層的沉積基底，有的構(gòu)成含煤地層的蓋層，有的直接位于煤層底板之下或頂板之上，有的則夾于各煤層之間，個(gè)別煤田由于多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，使得含煤地層與灰?guī)r地層多次疊置呈“互層”狀，或由于斷層錯(cuò)動(dòng)使煤層與灰?guī)r強(qiáng)含水層直接對接。這些碳酸鹽巖地層大都巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，含水豐富，富水性強(qiáng)，煤層開采時(shí)成為礦井充水的主要水源，嚴(yán)重威脅著煤礦的生產(chǎn)安全。

在貴州省直接或間接以巖溶水充水為主的煤礦礦井較多，其中，以黔南、黔東南、黔北、黔東北及貴陽等煤田的二疊系吳家坪組、長興組、茅口組等巖溶含水層地下水最為嚴(yán)重、最為復(fù)雜。

在黔南、黔東南、黔北、黔東北及貴陽等煤田，由于煤層底板的鋁土質(zhì)泥巖隔水層厚度小，一般約2m 左右，有的地段直接與茅口組高壓巖溶強(qiáng)含水層接觸，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，含水豐富，煤層開采時(shí)高壓巖溶水往往突破采區(qū)或巷道的底板，或通過斷層或巖溶陷落柱等導(dǎo)水通道大量涌入礦井，使礦井淹沒，其突水量可高達(dá)上萬至幾萬立方米每小時(shí)。因此不僅對礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，而且使得大量的煤炭資源難以開發(fā)。

2.5 老空水的影響

貴州省的煤炭資源豐富，采礦歷史悠久。因此，在賦煤區(qū)淺部存在大量的小窯、老窯及小煤礦老空區(qū)。大多數(shù)老空區(qū)存在積水，目前由于國家制止亂采行為，小煤窯已經(jīng)全部由當(dāng)?shù)卣畯?qiáng)制關(guān)閉。但目前有大量的老空水未查清楚，存在嚴(yán)重的安全隱患。煤礦生產(chǎn)中往往通過采掘破壞及冒落帶、斷層等溝通老空水，導(dǎo)致透水事故發(fā)生。特別在六盤水煤田、織納煤田、黔西北煤田、興義煤田等，這些煤田的含煤地層主要為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，主要充水水源為基巖裂隙水，一般礦井涌水量相對較小，不構(gòu)成直接危害；但一旦在采掘過程中揭穿或溝通上覆老空區(qū)積水，則釀成透水或突水事故。老空水亦是威脅煤礦安全相對突出的水文地質(zhì)問題。

3 貴州省煤田礦井水文地質(zhì)類型及復(fù)雜程度探討

貴州省煤礦礦井水文地質(zhì)類型多屬于大氣降水補(bǔ)給為主的裂隙或巖溶充水礦床，水文地質(zhì)條件簡單—復(fù)雜。其復(fù)雜程度與地層巖性富水性、構(gòu)造、地形地貌、地表水、老空水等因素有關(guān)，其中巖層的富水性起主導(dǎo)作用。煤田水文地質(zhì)勘探工作是查明勘查區(qū)（井田）的水文地質(zhì)條件并為礦井防治水設(shè)計(jì)提供水文地質(zhì)依據(jù)。據(jù)礦井充水的實(shí)際情況知，礦井水文地質(zhì)類型主要有裂隙充水礦床、巖溶充水礦床及混合充水礦床。

根據(jù)全省煤田分區(qū)及各區(qū)含煤地層的巖性組合特征知，結(jié)合含煤地層上覆及下伏地層的巖性組合關(guān)系分析，煤田水文地質(zhì)條件具有明顯的區(qū)域特征，其中，貴陽、黔東北、黔南、黔東南等海相沉積煤田的晚二疊世吳家坪組含煤地層，煤層頂?shù)装鍘r性為灰?guī)r，含煤地層被夾在下伏茅口灰?guī)r與上覆長興組灰?guī)r之間，既有頂板水的威脅，又有底板水的威脅，水文地質(zhì)條件一般比較復(fù)雜。礦井涌水量一般幾百立方米每小時(shí)，最大達(dá)幾千立方米每小時(shí)；而黔西北陸相區(qū)晚二疊世宣威組含煤地層及黔北、六盤水、織納、興義等海陸過渡相區(qū)晚二疊世龍?zhí)督M含煤地層，由于含煤地層巖性本身以碎屑巖為主，中夾數(shù)層薄—中厚層灰?guī)r，含煤地層上覆有較厚的下三疊統(tǒng)的夜郎組或飛仙關(guān)組碎屑巖地層及下伏有厚達(dá)數(shù)十米至數(shù)百米的峨眉山玄武巖地層隔水層，故正常情況下這些地區(qū)的煤田水文地質(zhì)條件一般以頂板直接進(jìn)水為主的裂隙充水礦床，水文地質(zhì)條件一般簡單—中等，礦井涌水量一般均較?。恢挥型ㄟ^斷層錯(cuò)動(dòng)，使煤層與上覆或下伏灰?guī)r含水層溝通接觸時(shí)，才導(dǎo)致巖溶充水問題。

總之，由于礦井充水水文地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，其水文地質(zhì)類型往往不是單一的，而是幾種類型的結(jié)合體，劃分礦井水文地質(zhì)類型應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。

4 結(jié)論

經(jīng)過對貴州省煤田所處沉積環(huán)境分析可以得出在海陸過渡相至陸相沉積區(qū)域，即大致在桐梓—遵義—貴陽—安順—關(guān)嶺—安龍連線以西的煤田，煤礦床主要是以頂板巖溶裂隙水充水為主，水文地質(zhì)條件一般為簡單至中等；而在海相沉積區(qū)，即在桐梓—遵義—貴陽—安順—關(guān)嶺—安龍連線以東的煤田，煤礦床是以頂?shù)装鍘r溶充水為主，水文地質(zhì)條件為復(fù)雜。而影響煤田礦井水文地質(zhì)條件的因素有礦井自然地理?xiàng)l件、巖層含水層的富水性、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖層裂隙及巖溶的發(fā)育程度、地質(zhì)構(gòu)造、老空水以及地表水發(fā)育程度等多種影響因素決定。因此，總結(jié)分析各煤田礦井充水水文地質(zhì)條件及其影響因素對今后礦井水文地質(zhì)工作及其防治水害有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)作用。