淺析礦井充水水源

趙志剛

摘 要：針對(duì)紫金煤礦特殊地理位置，分析了該礦的充水水源，為日后井田開(kāi)采提供相關(guān)理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：充水水源；上組煤；下組煤；地表水

礦井充水水源指的是能夠進(jìn)入礦床或井巷的水，它們主要有：大氣降水、地表水、地下水和老窯水。

紫金煤礦一號(hào)井田主要開(kāi)采二疊系山西組2#（上組煤）和石炭系太原組11#煤層（下組煤）。由于紫金一號(hào)井田范圍內(nèi)地表基本覆蓋有一定厚度的新生界黃土、粉質(zhì)粘土及砂質(zhì)粘土，普遍發(fā)育有粘土隔水層，而且煤層埋藏較深，主要河流及溝溪相距煤層較遠(yuǎn)，且有巨厚的泥質(zhì)巖層相隔，故地表水及大氣降水對(duì)煤層開(kāi)采的直接影響相對(duì)較小。紫金一號(hào)井田范圍內(nèi)沒(méi)有小窯及老窯開(kāi)采，僅在北部的暖泉溝煤礦，存在采空區(qū)積水。因此，根據(jù)紫金一號(hào)礦井生產(chǎn)的實(shí)際，礦井充水水源主要來(lái)自地下水。現(xiàn)重點(diǎn)對(duì)其上、下組煤的礦井充水條件初步分析如下。

1 上組煤充水水源

1.1 上組煤頂板充水水源

上組煤（2#煤）頂板直接充水水源主要來(lái)自二疊系山西組幾層中粒砂巖和粗粒砂巖含水層，以及下石盒子組底部K8中粒砂巖含水層（考慮到受采動(dòng)裂隙影響，導(dǎo)水裂隙可能達(dá)到K8砂巖，因此將直接充水水源上推到K8砂巖），含水層累計(jì)厚度3.65～10.10m。由于砂巖含水層難溶成分高，裂隙開(kāi)啟程度差，加之砂巖與泥質(zhì)巖層呈相互疊置結(jié)構(gòu)，所以地下水的補(bǔ)、蓄條件不佳。據(jù)鄰區(qū)李雅莊井田L(fēng)-9、L-21號(hào)孔抽水試驗(yàn)，二疊系砂巖的單位涌水量在0.00047～0.0011L/s.m之間，即上組煤頂板直接充水含水層富水性為弱—極弱，僅表現(xiàn)為以滴水或淋水形式向礦井充水。

上組煤頂板間接充水水源主要來(lái)自二疊系下石盒子組K9砂巖含水層和上盒子組K10、K11、K12等砂巖含水層以及其間所夾的薄層中粗砂巖含水層中地下水。砂巖結(jié)構(gòu)致密、堅(jiān)硬，裂隙開(kāi)啟程度較差，多為泥質(zhì)充填或半充填，一般富水性差，含水微弱。在紫金一號(hào)井田溝谷一帶，地表風(fēng)化裂隙較發(fā)育，在接受大氣降水入滲補(bǔ)給后，可賦存基巖風(fēng)化裂隙潛水。基巖裂隙水的出露高程隨地形起伏而變化，同一地貌單元乃至同一地段，其出露高程相差懸殊，無(wú)統(tǒng)一水位，也無(wú)統(tǒng)一或固定循環(huán)系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，風(fēng)化裂隙泉水的出露高程遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可采煤層圍巖含水層水位高程，由于有巨厚的弱透水層或隔水層相隔，地表基巖風(fēng)化裂隙含水層與其下伏裂隙水含水層的水力聯(lián)系微弱，不會(huì)對(duì)礦井開(kāi)采造成較大影響。

1.2 上組煤底板充水水源

上組煤底板直接充水水源主要來(lái)自山西組K7砂巖水或局部所夾中粗粒砂巖含水層地下水，含水層厚度不大，累計(jì)厚度0.8～5.2m。砂巖含水層裂隙不發(fā)育，開(kāi)啟程度差，且多見(jiàn)泥質(zhì)及碎屑物質(zhì)充填，加之受地下水補(bǔ)給條件的限制，含水層的富水程度屬于弱—極弱。因此上組煤底板直接充水水源一般不會(huì)對(duì)礦井生產(chǎn)造成較大影響。

上組煤底板間接充水水源主要來(lái)自石炭系太原組幾層生物碎屑泥晶灰?guī)r含水層（K2、K3、K4）地下水。由于不同地段各層發(fā)育不全，含水層的累計(jì)厚度10.20～17.30m（K2灰?guī)r部分地段尖滅），巖石致密、堅(jiān)硬，成份以方解石為主，次為生物碎屑及少量泥質(zhì)，巖溶裂隙發(fā)育一般為弱—中等，以溶孔及溶隙為主，且多見(jiàn)方解石脈所充填或半充填。據(jù)太灰含水層抽水試驗(yàn)資料，單位涌水量0.0006～0.05273L/s.m。鑒于上組煤底板有山西組下部及太原組三段（C3t3）弱透水層及隔水層相隔（厚約39.96m），一般情況下上組煤底板間接充水水源對(duì)礦井生產(chǎn)不會(huì)構(gòu)成較大威脅。但在一號(hào)井田斷層構(gòu)造及陷落柱發(fā)育地帶，太灰含水層承壓水是構(gòu)成本井田上組煤安全生產(chǎn)的主要充水因素之一。

2 下組煤充水水源

2.1 下組煤頂板充水水源

下組煤頂板直接充水水源同為上組煤底板間接充水水源，即石炭系太原組（K4～K2）灰?guī)r含水層中的地下水。據(jù)已有資料，由于該井田斷裂構(gòu)造發(fā)育，其巖溶裂隙發(fā)育程度及含水層的富水性由北向南逐漸增強(qiáng)，但不均一。據(jù)太灰含水層抽水試驗(yàn)資料，單位涌水量0.0006～0.05273L/s.m，表明太灰含水層富水性屬極弱—弱，一般情況下不會(huì)對(duì)下組煤開(kāi)采造成威脅，但在構(gòu)造發(fā)育地段，太灰含水層仍是下組煤礦井防治水不可忽視的充水水源。

下組煤頂板間接充水水源同為上組煤底板直接充水水源，即太原組三段（C3t3）和山西組底部K7砂巖及局部所夾中、粗粒砂巖水。含水層的富水程度弱。因此下組煤頂板間接充水水源不會(huì)對(duì)礦井生產(chǎn)造成較大影響。

2.2 下組煤底板充水水源

下組煤底板直接充水水源主要來(lái)自太原組一段和本溪組所夾薄層灰?guī)r或中、粗粒砂巖水。據(jù)鉆探數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，下組煤（11# 煤）底板至本溪組底界地層間距為21.96～33.33m，平均26.24m，隔水層累計(jì)厚度8.66～21.22m，平均15.68m。由本次鉆探及測(cè)井資料得知，此段砂巖裂隙不發(fā)育，且多砂泥質(zhì)充填或半充填；灰?guī)r厚度很薄，泥質(zhì)含量較高，巖溶裂隙不發(fā)育，溶蝕現(xiàn)象不明顯。鉆進(jìn)時(shí)鉆井液消耗量甚微，均表明此段含水層富水性很弱。據(jù)此分析認(rèn)為，在無(wú)地質(zhì)構(gòu)造破壞及溝通的情況下，下組底板直接充水水源不會(huì)對(duì)礦井生產(chǎn)造成較大影響。

下組煤底板間接充水水源是來(lái)自下伏中奧陶統(tǒng)巖溶水，奧灰含水層構(gòu)成了本區(qū)富水性最強(qiáng)的含水巖系。據(jù)ZK1-ZK7鉆孔抽水試驗(yàn)資料，峰峰組單位涌水量為0.0058～0.4816L/s·m，自然水位標(biāo)高480.64～520.87m。奧灰峰峰組（O2f）的巖溶裂隙發(fā)育程度相對(duì)略差，加之質(zhì)純灰?guī)r的累計(jì)厚度較小，含水層地下水的補(bǔ)、蓄條件及富水性相對(duì)較弱。而上馬家溝組（O2s）巖溶裂隙較發(fā)育，含水層厚度大，且連續(xù)、穩(wěn)定，巖溶水補(bǔ)給來(lái)源充沛，傳導(dǎo)快，富水性最強(qiáng)。初步分析認(rèn)為，在無(wú)有構(gòu)造裂隙溝通的情況下，奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水正常情況下對(duì)礦床開(kāi)采沒(méi)有直接影響。但是因奧灰是井田富水性最強(qiáng)的巖溶裂隙含水層，且井田內(nèi)巖溶陷落柱、NE—NNE向的正斷層比較發(fā)育，奧灰水有可能通過(guò)導(dǎo)水陷落柱、斷層等裂隙密集帶和薄弱帶等地質(zhì)異常體或封閉質(zhì)量不佳的鉆孔突入礦井，造成礦井突水乃至重大淹井事故，而且不易被疏干，成為煤層底板發(fā)生突水的最重要的水源。

3 地表水充水水源

井田地處低山丘陵地帶，地表徑流條件良好。紫金一號(hào)井田共有季節(jié)性河流3條（分別為位于東部的桃溝河、東南部的陶村河和中南部的十里溝河），溝谷3條（分別為位于東部的石盆溝、中部的蘆溝和北部的郝家鋪溝），均為汾河的支流溝谷。在雨季接受降水補(bǔ)給后形成規(guī)模不等的洪流匯集溝谷，但雨后不久便很快排泄殆盡。開(kāi)采煤層上覆有一定厚度的不透水層或弱透水層相隔，因此地表水不會(huì)對(duì)煤層開(kāi)采產(chǎn)生較大影響。但一旦開(kāi)采2#煤層形成貫通到地表的地裂縫，就可能導(dǎo)致溝谷洪流順裂隙灌入地下，對(duì)礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)紫金煤礦充水水源的分析，了解了該礦充水水源的特征，在今后的煤礦開(kāi)采中具有一定的參考價(jià)值。