安康煤礦礦井水文地質特征及充水因素分析

[摘要]通過收集區(qū)域和安康煤礦勘探所取得的水文地質資料綜合分析，認為安康煤礦礦井水文地質條件為復雜，屬于以頂、底板直接巖溶充水礦床，地下水對礦山的開采水害的主要充水水源，對礦井的安全生產影響較大，查明礦區(qū)的水文地質特征，可以極大地降低或者避免今后礦井生產過程中因地下水所產生的安全隱患，為今后安康煤礦的礦井水害防治的防治工作提供水文地質方面的基礎依據。

[關鍵詞]含水性；富水性；充水水源；充水因素；水文地質特征

1.概況

仁懷市茅壩鎮(zhèn)安康煤礦區(qū)域上處于長崗向斜西端北翼，為單斜構造。礦區(qū)位于遵義市仁懷市的南西部約30km處，行政區(qū)劃隸屬仁懷市茅壩鎮(zhèn)和五馬鎮(zhèn)管轄范圍，距離茅壩鎮(zhèn)（鎮(zhèn)政府）3km。礦區(qū)邊界距208省道運距約為3.50km，交通較為便利。

2.礦區(qū)地質特征

2.1礦區(qū)地層

礦區(qū)范圍內及周邊出露的地層，按照從老地層到新地層的排序有：二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）、三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y）及三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（T1m）。各地層地質特征詳見表1：

從礦區(qū)地表出露及鉆孔揭露的情況來看，區(qū)內地層屬于海陸交互相沉積，地層巖性主要由碳酸鹽巖和碎屑巖構成，其中二龍?zhí)督M（P3l）、夜郎組沙堡灣段（T1y1）及夜郎組九級灘段（T1y3）地層巖性為碎屑巖，茅口組（P2m）、長興組（P3c）、夜郎組玉龍山段（T1y2）及茅草鋪組（T1m）為碳酸鹽巖，地層巖性不同富水性亦不相同，碎屑巖含基巖裂隙水富水性弱，碳酸鹽巖含巖溶水富水性中等至強。碳酸鹽巖及碎屑巖中的地下水均接受大氣降水和地表水的補給。

2.2礦區(qū)構造

礦區(qū)區(qū)域構造上位于長崗向斜北翼，為單斜構造。地層走向NW至SE，傾向SW，傾角為10°～27°，平均為17°?？碧竭^程中查明的斷層共有3條，為F1、F2及F3，F(xiàn)3位于在礦區(qū)北西部外圍，為一正斷層；F2發(fā)育于礦區(qū)中部，為一逆斷層；F1斷層發(fā)育于601號孔附近，為正斷層。此外在701號孔發(fā)現(xiàn)有一條隱伏正斷層F701。各斷層具體特征詳見表2。

這些斷層在一定程度上破壞了地層的完整性、連續(xù)性，降低了巖石的力學強度，塑性巖石中斷層破碎帶含水性和導水性不強，剛性巖石中斷層破碎帶有一定含水性和導水性，可能連通含煤地層上部的中強含水層或地表水，加之未來礦床開采中，人工采礦裂隙大量出現(xiàn)，改變了斷層帶附近應力場和地下水的天然流場，地表水、地下水更可能沿斷裂帶進入礦井。因此在未來采礦過程中，應注意斷層破碎帶會對礦井充水的影響，以便安全生產。

3.礦區(qū)可采煤層及其特征

本次勘探可采煤層共4層，編號為5、7、12、13號煤層，可采煤層中5、7、12號煤層為全區(qū)可采，13號煤層為大部可采。各可采煤層發(fā)育特征詳見表3。

4.礦區(qū)各含水層水文地質特征

礦區(qū)內及周邊出露的地層從老地層到新地層為：二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）、三疊系下統(tǒng)夜郎組沙堡灣段（T1y1）、三疊系下統(tǒng)夜郎組玉龍山段（T1y2）、三疊系下統(tǒng)夜郎組九級灘段（T1y3）、三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（T1m）及第四系（Q）。其中茅口組（P2m）、長興組（P3c）、夜郎組玉龍山段（T1y2）及茅草鋪組（T1m）為碳酸鹽巖類，屬巖溶裂隙水含水層，富水性中等至強；二龍?zhí)督M（P3l）、夜郎組沙堡灣段（T1y1）及夜郎組九級灘段（T1y3）地層巖性為陸源碎屑巖，含基巖裂隙水，富水性弱；第四系為松散巖類，含孔隙水，富水性弱。各含水層水文地質特征詳見表4：

5.礦區(qū)充水因素分析

5.1礦井充水水源

5.1.1地表水

安康煤礦主要地表水體為流經礦區(qū)北東部的五馬河及其支流（如圖1），據調查其流量為2.71～5.14m/s。其余均為季節(jié)性沖溝，所有地表水體流量均受大氣降水補給，季節(jié)性控制明顯，大多在雨季時增大，旱季時減小甚至干涸。五馬河位于煤系地層之上，故龍?zhí)督M地層及老窯采空區(qū)將接受五馬河地表水的補給。

目前礦井的開采未影響到五馬河及其支流中的地表水，在今后隨礦井開采面積及深度的擴大，可能會導致地面塌陷、沉降以及產生裂縫，由此造成地面沖溝及河流中的地表水進入礦井造成水害。今后在開采沖溝、河流以及煤層淺埋地段時，要留設足夠的保護煤柱，防水害發(fā)生。

5.1.2地下水

（1）上覆地層碳酸鹽巖巖溶含水

（2）統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）碎屑巖基巖裂隙水含水

龍?zhí)督M地層為礦區(qū)的含礦層，含基巖裂隙水，地下水水量隨降雨量的變化而變化，雨季水量大，枯水季水量較小，富水性弱，在斷層帶附近，水量會相對較大，為礦井今后的直接充水水源，但水量有限。根據《貴州加益煤業(yè)集團有限公司仁懷市茅壩鎮(zhèn)安康煤礦（預留）資源儲量核實及勘探報告》所收集的安康煤礦近一個水文年的礦井抽排水資料顯示，礦井的年平均涌水量60.92m3/d，枯水期最小涌水量為36.80m3/d，雨季最大涌水量為116.66m3/d。最大涌水量為正常涌水量的1.91倍，在礦井抽排水工作正常的情況下，對礦井的安全生產影響不大。

（3）下伏茅口組（P2m）碳酸鹽巖巖溶含水

煤系地層下伏的二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）主要為灰?guī)r，局部地段巖溶裂隙及管道較為發(fā)育，并且厚度較大，約為110～370m，該地層含裂隙溶洞水，富水性強。根據勘探資料顯示礦區(qū)范圍及周邊的茅口組（P2m）巖溶含水層與頂部13號煤層間厚度為0.00～10.06m，平均為5.16m?，F(xiàn)根據勘探成果資料評價礦區(qū)底部12及13號煤層受底部茅口組（P2m）巖溶含水層突水可能性。為簡化計算，本次采用突水系數(shù)計算公式進行反推，公式為Ts=P/M，從而得M=P/Ts：上述公式中M為茅口組與可采煤層間的隔水層厚度（m）、P為底板隔水層需要承受的水壓力值（MPa），根據勘探過程中所取得的P2m含水層的水位標高為+546.415m，在先期開采水平+300m處的水頭高度為246.415m，其承受的水頭壓力為2.46415MPa）、Ts-突水系數(shù)（MPa/m）（本次分別取構造破壞地段及正常地段的一般常見突水系數(shù)值進行估算，即Ts分別不大于0.06、0.10MPa/m），從而得標高+300m開采水平處M=2.46415/0.06～2.46415/0.10≈40～25m，從而得在正常地段的情況下的先期開采水平處的安全隔水層厚度為25m，在構造破壞地段的情況下先期開采水平處的安全隔水層的厚度至少應為40m。根據勘探資料顯示礦區(qū)范圍內的13號煤層距離底部二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）巖溶含水層頂部的平均間距為5.06m、12號煤層的底板距離底部二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）的間距平均間距離為18.06m，均小于最低安全隔水厚度25m，故在未來礦井開采情況下，含煤地層底部的二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）中的地下水會對礦井產生充水，從而成為12、13號煤層的直接充水水源。

5.1.3老窯及老采空區(qū)積水

安康煤礦老窯主要分布井田北部煤系地層淺部，均為民用開采，開采方法簡單，主要沿地層傾向手掘采煤?？拥廓M窄而不規(guī)則，開采一般長度為幾十米，多則百余米。而且多無支護，由于年限已久加之受人為破壞嚴重現(xiàn)很多已經垮塌，積水情況不明。老采空區(qū)主要分布于礦區(qū)范圍內的原安康煤礦、新興聯(lián)發(fā)煤礦和金正陽煤礦老礦井，其中原安康煤礦礦井抽排水工作正常，各采面無明顯積水。新興聯(lián)發(fā)煤礦及金正陽煤礦關閉年限已久且未進行正常的抽排水，采空區(qū)存在大量積水新興聯(lián)發(fā)及金正陽煤礦亦處于關閉狀態(tài)，且未進行正常的抽排水工作，根據采空區(qū)面積對采空區(qū)采積水量估算如下：估算公式為V=C.A.M/cosα，式中C為積水系數(shù)（本次取0.30），A為淹沒采空區(qū)水平投影面積（金正陽煤礦及新興聯(lián)發(fā)煤礦各開采煤層通陰影面積），M為已采煤層厚度（7號煤層平均厚度3.48m、12號煤層平均厚度1.71m），α為煤層傾角（7號煤層傾角取15°、12號煤層傾角取17°）。估算出金正陽煤礦目前7號煤采空區(qū)采積水量為V=0.30×236522×3.48/cos15=254734m3，12號煤采空區(qū)采積水量為V=0.30×143350×1.71/cos17=76549m3；估算出新興聯(lián)發(fā)煤礦7號煤采空區(qū)采積水量為V=0.30×84960×3.48/cos15=91502m3。這些老窯及老采空區(qū)積水是今后安康煤礦礦井充水的主要的水源之一，也將是今后礦井充水的主要威脅，對礦井的安全生產影響較大。

綜上所述，安康煤礦礦井今后的充水水源主要有上覆各含水層的地下水間接充水及長興組（P3c）溶洞裂隙水、龍?zhí)督M（P3l）基巖裂隙水、老采空區(qū)和老窯積水、地表水及底板茅口組（P2m）裂隙溶洞水。此外，由于大氣降水為區(qū)內層地下水、地表水的主要補給來源，故安康煤礦今后礦井的涌水量也將隨大氣降水的變化而變化，雨季涌水量較大，枯水季涌水量較小。如果礦井的采空造成塌陷影響到地面，大氣降雨則會通過所產生的地面裂縫進入到礦井，從而使之成為礦井的直接充水水源，威脅礦井的安全生產。

5.2礦井充水通道

5.2.1巖石節(jié)理裂隙

由于礦區(qū)的含礦層二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）地層的巖性主要為陸源碎屑巖，其巖石硬度相對較低巖，大部分為中硬巖。受風化作用的影響在地表附近的巖石風化節(jié)理、裂隙較發(fā)育。風化形成的節(jié)理、裂隙將會成為向礦井充水的通道。

5.2.2斷層破碎帶

斷層破碎帶一般具有含水性較多及導水作用，龍?zhí)督M的基巖裂隙水含水層與上覆長興組（P3c）、三夜郎組玉龍山段（T1y2）及茅草鋪組（T1m）地層中的巖溶水形成水力聯(lián)系，從而對礦井的安全生產造成威脅，因此在未來礦井開采過程中，要時刻注意斷層破碎帶會對礦井充水所帶來的影響，以便安全生產。

5.2.3巖溶通道

主要為發(fā)育于區(qū)內的碳酸鹽巖類之中的巖溶裂隙及管道，在局部頂、底較薄及構造薄弱地段，可成為礦井不可忽視充水的通道。

5.2.4人為采礦冒落裂隙

今后伴隨安康煤礦開采面積、開采深度及開采煤層數(shù)量的增大，礦井將會在一定程度上影響至地面，從而形成地裂縫、塌陷等不良地質現(xiàn)象。從而導致礦體的上覆地層中地下水、地表沖溝及河流中的地表水與礦井相連通，成為礦井的主要充水通道。

5.2.5人為底板突水裂隙

本區(qū)底板突水裂隙主要由茅口組巖溶含水層的承壓水對礦床底板的導升破壞與礦山壓力對礦床底板的擾動破壞產生，兩者對礦床底板的破壞厚度之和為底板突水裂隙的厚度或高度。在底板存在茅口組高壓巖溶水的情況下，底板突水裂就成為下伏茅口組高壓巖溶水向礦井突水或充水的通道。

5.2.6老窯采空區(qū)或巷道

據調查發(fā)現(xiàn)礦區(qū)范圍內及周邊目前存在有大面積的老采空區(qū)及老窯，并且這些老采空區(qū)及老窯存在有大量的積水的情況，今后礦井開采煤層至老采空區(qū)及老窯附近時，若不進行及時的“探”“放”水工作，那么老采空區(qū)及老窯的廢棄巷道將會成為礦井的主要充水通道。

6.結語

通過本次的綜合分析研究認為，安康煤礦今后礦井的充水水源主要為老窯、采空區(qū)積水和頂板及底板碳酸鹽巖巖溶水。對于礦井煤層頂、底板巖溶水及老窯、采空區(qū)積水要加強超前“探”“放”水工作，查明積水區(qū)位置及水量情況，做好超前“探”“放”水工作，以確保礦井開采安全進行。

[參考文獻]

[1]《貴州省仁懷市長崗向斜勘查區(qū)煤炭資源儲量核查報告》

[2]1/20萬遵義幅區(qū)域水文地質圖

[3]《煤炭勘查有關規(guī)程規(guī)范匯編》

[4]《礦區(qū)水文地質工程地質勘探規(guī)范（GB12719-1991）》

[5]《貴州加益煤業(yè)集團有限公司仁懷市茅壩鎮(zhèn)安康煤礦（預留）資源儲量核實及勘探報告》