高 午

(陜西省紅石巖煤礦，陜西 延安 727307)

0 前言

陜西省紅石巖煤礦位于黃陵縣店頭鎮(zhèn)南川河西岸的曹家峪村。該礦井建于1968年，經(jīng)過兩次改擴(kuò)建,現(xiàn)生產(chǎn)能力達(dá)120萬t/a。主采煤層為侏羅系延安組2#煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單，厚度0.8～4.2m,平均2.53m,煤層傾角3～5°,構(gòu)造簡單,無沖擊地壓。礦井地質(zhì)條件中等,水文地質(zhì)條件為極復(fù)雜型。2016年平均礦井涌水量315m3/h。

1 涌水過程及出水點(diǎn)基本情況

1.1 涌水過程

經(jīng)調(diào)查當(dāng)班生產(chǎn)人員，2016年6月16日8:00進(jìn)工作面時,斷層及其附近正常，底板沒有底鼓，巷道兩幫斷層破碎帶沒有出水跡象，11:40斷層下盤突然底鼓，隨后很快向出噴水，最大出水量約60m3/h,水頭比底板高約20cm，水頭上氣流中H2S體積分?jǐn)?shù)0.02%，CH4體積分?jǐn)?shù)0.31%。之后馬上撤出工作面人員，立即架起7.5kW的潛水泵(理論排水量20m3/h)開始排水，因泵能力較小，水流到距軌巷±320m處，水位快速上漲。

14:00，一臺22kW的潛水泵(理論排水量50m3/h)開始排水，水位基本穩(wěn)定，氣流中H2S體積分?jǐn)?shù)降到0.012%,水量約50m3/h。15:36，氣流中H2S體積分?jǐn)?shù)下降至0.008 4%，CH4含量0.2%，出水量變小,積水區(qū)水位下降。21:00, 氣流中H2S體積分?jǐn)?shù)0.006%，CH4體積分?jǐn)?shù)0.06%，出水量繼續(xù)變小,積水區(qū)水位下降,22kW的潛水泵停止抽水。23:00, 氣流中H2S體積分?jǐn)?shù)0.004 5%，出水量仍在變小,積水區(qū)水位繼續(xù)下降，7.5kW泵間斷性抽水，抽30min的水需停10min，以后出水量仍逐漸減少，H2S氣體也逐漸下降。從16號的11：40—17號的7:30，異常涌水量約600m3。

1.2 出水點(diǎn)基本情況

出水點(diǎn)位于12409回風(fēng)順槽，距南翼軌道巷640m，距掘進(jìn)正頭約60m。出水點(diǎn)位于順槽底板斷層的下盤，兩處均靠近順槽兩幫，當(dāng)日17:00檢查時，出水水頭高于順槽煤層底板2～3cm，順槽頂和兩幫均未發(fā)現(xiàn)有出水跡象(圖1)。

出水點(diǎn)高程為912.51m，兩側(cè)均為實(shí)體煤，煤厚約3m，其南東150m已掘成的12409運(yùn)輸順槽，170m是12408采空區(qū)。采空區(qū)內(nèi)有積水，其泄水孔水位高程約為900.98m。

出水點(diǎn)對應(yīng)地面基本上位于曹家峪溝下，此段滲漏水量不大，在12407采空區(qū)上方斷流，目前，溝內(nèi)流水量約為30m3/h。經(jīng)陜西工程勘察研究院水土檢測中心對曹家峪溝水樣化驗(yàn)，水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型，屬淡水(表1)。

2 地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 自然地理

紅石巖煤礦所在的黃陵礦區(qū)位于華北板塊區(qū)鄂爾多斯斷陷盆地的東南緣,地處鄂爾多斯盆地次級構(gòu)造單元之陜北斜坡與渭北隆起的過度地帶。礦區(qū)內(nèi)主要的兩個構(gòu)造為南峪口背斜和芋園―秋林子向斜。

表1 水質(zhì)分析成果

礦區(qū)地處陜北黃土高原南部的低中山丘陵地帶，區(qū)內(nèi)山巒起伏,溝壑縱橫,梁川遍布,坡陡谷深,地形復(fù)雜,表現(xiàn)為典型的侵蝕地貌,全井田整體呈北西高，南東低之態(tài)勢；井田及周邊常年流水的河流有沮水河和南川河，沮水河位于井田北側(cè)，南川河位于井田東南側(cè)；井田內(nèi)有秋林子溝、曹家峪溝和西房溝三條近東西向沖擊溝(圖2)。本區(qū)屬暖溫帶大陸半干旱季風(fēng)型氣候，晝夜溫差大，春季比較干旱。

圖2 紅石巖井田及周邊水系Figure 2 Water systems in Hongshiyan minefield and periphery

2.2 地層及煤層

井田內(nèi)地層由老至新依次為：三疊系延長群，侏羅系延安組、直羅組，第四系。延安組是區(qū)內(nèi)主要含煤地層。

延安組共揭露煤層3層，分別為1-1、1-2和2號煤層。其中2號煤層為唯一可采煤層，其它煤層均不可采。

2號煤層位于延安組下部，平均厚度2.53m,屬中厚煤層,最大埋深330.67m,最小埋深24.65m,一般埋深約240m，屬較穩(wěn)定煤層。

2號煤層部分區(qū)域有偽頂，厚度0.4～0.8m,為砂質(zhì)泥巖;直接頂板主要以粉砂巖和細(xì)砂巖為主，厚3.5～38m,一般20m,屬中等穩(wěn)定-穩(wěn)定類；老頂以細(xì)粒砂巖為主，屬中等穩(wěn)定不易冒落頂板。底板多為炭質(zhì)泥巖和鋁質(zhì)泥巖，也有根土巖,厚度0.5～2.0m,遇水易膨脹;其下為三疊系砂巖,致密堅硬。

2.3 構(gòu)造

2.3.1 斷層

12409回順揭露的斷層為正斷層，距南翼軌道巷640m，距掘進(jìn)正頭約60m，產(chǎn)狀340°∠45～65°，落差2.1～2.7m。

2.3.2 褶曲

南峪口背斜:在井田西部,軸向北東延長10km左右,軸部延安組缺失或變薄。

芋園-秋林子向斜:軸向北東,由芋園井田過秋林子溝,從本井田南部邊緣經(jīng)過,延長10km以上,褶曲幅度50m左右,兩翼傾角約2°。

南峪口秋林子背斜:為南峪口背斜之次級構(gòu)造,軸向南東，褶曲幅度60m，最大傾角2°30′。

羅家峪向斜：在曹家峪溝內(nèi)，中心沉降較邊部深，似盆地，軸向北西(圖3)。

圖3 礦區(qū)構(gòu)造綱要圖Figure 3 Structural outline map of mine area

南吳莊背斜：在井田的西南角，軸向北西，褶曲幅度小于30m，東翼傾角1°30′，西翼2°。

2.4 含(隔)水層

2.4.1 含水層

根據(jù)含水層的巖性及其組合形式，將區(qū)內(nèi)含水層分為：第四系孔隙潛水含水層；直羅組下段砂巖裂隙含水層；延安組中部砂巖裂隙含水層；延長群砂巖裂隙含水層。其中與主采煤層相關(guān)的含水層主要有：

1)直羅組下段砂巖裂隙含水層。據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)：直羅組砂巖層厚度81.86m，水位埋深35.95m,水位標(biāo)高+1 010.61m, 單位涌水量平均為q=0.000 984L/(s·m)，滲透系數(shù)K=0.002 725m/d，為裂隙水，弱富水性，礦化度2 178mg/L，pH值為8.32,水化學(xué)類型為SO4-Na·Ca型。

2)延安組中部砂巖裂隙含水層。該層厚度5.99～36.50m,為中、細(xì)粒砂巖,分選性差―中等，孔隙式鐵泥質(zhì)膠結(jié)。據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)：水位埋深65.83m,水位標(biāo)高+980.55m,單位涌水量平均為q=0.002 611L/(s·m)，滲透系數(shù)K=0.000 267m/d，為砂巖裂隙承壓水，弱富水性，礦化度9177mg/L，pH值為7.94,水化學(xué)類型為SO4·Cl-Na型。

2.4.2 隔水層

1)延安組上部隔水層。以深灰色、灰黑泥巖為主，厚度大，分布穩(wěn)定，是直羅組下段與煤系含水層的穩(wěn)定隔水層。

2)延安組下部隔水層。主要以泥巖為主，為相對隔水層。

2.5 斷層導(dǎo)水性

根據(jù)斷層在12409回順揭露情況，破碎帶有20cm左右的斷層角礫巖。煤層的偽底為厚約0.48m的炭質(zhì)泥巖,之下的直接底為1.85m厚層狀泥巖, 再下為延長群的中細(xì)粒砂巖,地層發(fā)生斷裂,產(chǎn)生2.1～2.7m 落差后,中細(xì)粒砂巖的對應(yīng)位置為炭質(zhì)泥巖和厚層狀泥巖,相當(dāng)于一盤脆性巖層與另一盤的柔性巖層接觸,具有微弱的透水性,在脆性巖層一盤,裂隙發(fā)育,地下水匯集;煤層之上的地層,在斷層面兩側(cè),有脆-脆接觸、脆-柔接觸和柔-柔接觸。脆-脆接觸的，斷層破碎帶含水；脆-柔接觸的，有少許水；柔-柔接觸的不含水或含水甚微，形成相對的隔水層。受采動影響，隔水層有可能成為透水層。

3 異常出水分析

3.1 地表水

12409回順斷層破碎帶出水點(diǎn)，位于曹家峪溝南坡下，地面上目前沒有裂縫，沒有滲漏水處；只是位于12407采空區(qū)上方的溝里有斷流現(xiàn)象；對應(yīng)到地面，其西部約400m處有一個水塘，但水塘水未發(fā)現(xiàn)滲漏；曹家峪溝的水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，水化學(xué)類型HCO3-Ca·Mg型，屬淡水，而12409回風(fēng)順槽異常涌水點(diǎn)的水化學(xué)類型Cl·HCO3-Na，屬咸水，水質(zhì)相差較大，說明不是地表水的可能性較大。

3.2 采空區(qū)水

12408采空區(qū)水位為+900.979m,低于涌水點(diǎn)水位+912.5m，兩處水質(zhì)化驗(yàn)存在較大差異，12408采空區(qū)水化學(xué)類型為SO4-Na型，而12409回順出水點(diǎn)水為Cl·HCO3-Na，雖都屬咸水，但相差較大；12408運(yùn)順探槽未見出水，物探結(jié)果證明12409回順進(jìn)去方向左側(cè)無明顯低阻異常，出水量快速衰減，說明斜穿12407、12408到12409工作面的斷層為非導(dǎo)水?dāng)鄬?，這說明12408采空區(qū)水不是12409回風(fēng)順槽異常涌水的水源。

3.3 煤層頂?shù)装搴畬?/h3>

區(qū)內(nèi)煤層頂?shù)装寰鶠槿鹾畬?滲透系數(shù)很小,在沒有離層蓄積的情況下,難以形成突然大量來水,況且12409回順異常出水點(diǎn)由底板破裂帶涌出,斷層破碎帶在順槽的頂板和兩幫上未出現(xiàn)淋水和滲漏水,說明異常涌水點(diǎn)的水源并非來自煤層頂板含水層。

底板延長群砂巖裂隙含水層。該層砂巖含水層在井田東部和北部局部出露。據(jù)車村附近的南川河鉆孔觀測結(jié)果，該孔單位涌水量0.135 L/(s·m)；而石牛溝的水1號孔觀測水量為零。河谷中，風(fēng)化裂隙發(fā)育好，補(bǔ)給充分，富水性較好，含水量大；遠(yuǎn)離河谷的區(qū)域，風(fēng)化裂隙發(fā)育差，補(bǔ)給條件差，富水性弱，含水量小或無。延長群砂巖裂隙含水層,在異常涌水點(diǎn)附近為深埋區(qū),富水性弱或不含水,滲透系數(shù)低,且在煤層與其之間存在大于1m的隔水層,難以形成突然大量來水,構(gòu)成12409回順異常涌水水源的可能性不大。

3.4 四采區(qū)水倉水

四采區(qū)水倉口高程900.709m,水倉深5.0m,容積300m3,而12409回順出水點(diǎn)的底板高程912.510m，比出水點(diǎn)低，況且水倉水也不會滿倉，即就滿倉，也不會流到出水點(diǎn)，更不會存在水倉漏水導(dǎo)致出水點(diǎn)出水，因此說四采區(qū)水倉水不會導(dǎo)致12409回順涌水點(diǎn)出水。

3.5 封閉不良鉆孔水

距12409回順出水點(diǎn)最近的鉆孔約70m，位于出水點(diǎn)北西側(cè)，工作面綜合機(jī)械化掘進(jìn)，采動影響較小，不會對鉆孔產(chǎn)生影響，因此說封閉不良鉆孔水造成出水點(diǎn)出水的可能性不大。

3.6 斷層水

經(jīng)分析,12409回順出水點(diǎn)斷層是一個張扭性斷層,部分呈閉全狀態(tài),部分呈張開狀態(tài)。在張開區(qū)域，會形成儲水空間。從水樣分析看，12409回風(fēng)順槽異常涌水點(diǎn)的水化學(xué)類型Cl·HCO3-Na，屬咸水，直羅組下段砂巖裂隙含水層的水化學(xué)類型為SO4-Na·Ca型，微咸水，延安組中部砂巖裂隙含水層水化學(xué)類型為SO4·Cl-Na型，屬咸水。水質(zhì)相差較大，說明在12409回風(fēng)順槽處的斷層與直羅組下段砂巖裂隙含水層、延安組中部砂巖裂隙含水層不連通或連通性很差，異常涌出的水不是直羅組下段砂巖裂隙含水層水和延安組中部砂巖裂隙含水層水，而是在漫長的地質(zhì)歷史時期形成的水。由于水量有限，當(dāng)其被揭露時，水會快速釋放，因缺乏動儲量而呈快速衰減，這與12409回順異常出水快速衰減相一致。

4 涌水機(jī)理

在12409回順及其右?guī)蛡?cè)一定范圍內(nèi)賦存有壓力不大的斷層水,在12409回順掘進(jìn)揭露初期,巷道煤層底板處于穩(wěn)定閉合狀態(tài),煤層底板的泥巖對其下部的斷層起到了隔水作用。揭露后巖層的固有狀態(tài)被破壞，由于巷道的卸荷和泥巖的吸水膨脹使煤層底板破裂，形成導(dǎo)水通道，從而使斷層水與12409回順導(dǎo)通造成底板涌水。

5 結(jié)論與建議

1)分布在12409回順異常涌水點(diǎn)周圍的采空區(qū)積水、四采區(qū)水倉水、地表水、含水層水、封閉不良鉆孔水均不具備造成12409回順異常涌水的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，只有斷層水具備異常涌水的條件。

2) 在12410工作面及后續(xù)工作面掘進(jìn)過程中,要嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探”的原則，加強(qiáng)地質(zhì)和水文地質(zhì)觀測，確保安全生產(chǎn)。

3)井田邊界的小煤窯較多,除車村二礦還生產(chǎn)外,其它的都已關(guān)閉,井田內(nèi)的三條溝斷流水從整體上說,應(yīng)該是全部進(jìn)到紅石巖煤礦井下,在加大排水能力的情況下,還要繼續(xù)對這三條溝漏水裂縫進(jìn)行治理。