從龐龐塔井田富水性分析礦井充水條件

陳曉楓

摘 要：奧陶系含水層由于范圍廣、富水性較強，長期以來一直是煤礦生產(chǎn)的重要地層。以山西臨縣龐龐塔井田為例，本區(qū)奧灰含水層富水性中等，奧灰水位普遍高于主要可采煤層底板標(biāo)高，底板突水已成為礦井水害防治的重點。因此，從大氣降水、地表水、地下水和老空水等充水水源，以及斷層、陷落柱和頂?shù)装宀蓜悠茐牡确矫娣治隽说V井充水條件，這對煤層開壓、開采具有比較重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：富水性；充水條件；充水水源；底板擾動破壞

中圖分類號：TD745 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.126

龐龐塔煤礦位于山西省臨縣縣城以東城莊鎮(zhèn)程家塔村—木瓜坪鄉(xiāng)楊家崖村—玉坪鄉(xiāng)永豐村一帶，地處呂梁山脈中段西部的中低山丘陵區(qū)，為典型的梁峁?fàn)铧S土丘陵地貌，地形切割劇烈，溝谷多呈“V”字形，植被稀少，水土流失嚴(yán)重，地勢為東高西低。

柳林巖溶水系統(tǒng)位處晉西南呂梁復(fù)背斜的西翼，即呂梁山中段的西部，其東部為中高山和中山地形，一般海拔為1 200～1 500 m，地形陡峭，溝谷發(fā)育，溝谷深切，基巖裸露；西部為低山丘陵地形，塬、梁、峁和溝壑密布，黃土丘陵延綿起伏，地形復(fù)雜，大部被黃土覆蓋，局部基巖裸露；中部為山間盆地（河谷），一般海拔為800～1 000 m，地勢較為平坦，起伏不大，發(fā)育有河床、河漫灘和不對稱階地?？v觀全區(qū)，地勢東高西低，南北高、中部低，由北、東和南三面向三川河谷傾斜?？辈閰^(qū)位于柳林泉域排泄區(qū)東北部的巖溶水徑流—滯留區(qū)。

依據(jù)區(qū)內(nèi)地層發(fā)育狀況及其水文地質(zhì)特征，可將研究區(qū)地下水含水層劃分為奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組，石炭系上統(tǒng)太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組，二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水巖組，二疊系石盒子組砂巖裂隙含水巖組，二疊系石千峰組和三疊系砂巖裂隙含水層組，第三、四系砂礫石孔隙含水巖組。據(jù)區(qū)內(nèi)水文孔抽水實驗分析：上馬家溝組富水性中等；峰峰組富水性不均勻，大體為從弱到強；太原組為弱富水性；山西組為中等富水性；上、下石盒子組由于含水層埋藏深，裂隙不發(fā)育，富水性較弱；第三、四系砂礫石含水巖組富水性大部分為中等，部分較弱。

1 主要水源

礦井充水水源主要有大氣降水、地表水、老空水和地下水。

1.1 大氣降水和地表水

本區(qū)無常年性河流，僅僅在雨季溝谷內(nèi)有流水。在煤層埋藏淺部地段，第四系孔隙水會下滲進入礦井，使礦井涌水量增大。井田東部是煤層埋藏最淺地段，由于已形成大面積的采空區(qū)，地表水極易進入舊采空區(qū)，進而溝通巷道。尤其在雨季的溝通可能性更高。由此可見，大氣降水和地表水是礦井充水水源之一。

1.2 老空積水

井田的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)為一向西傾斜的單斜構(gòu)造，預(yù)測在井田東側(cè)煤層露頭帶或淺埋區(qū)可能分布有眾多歷史遺留的老窯和小煤窯。在煤層開采過程中，歷史遺留的老窯水可能通過巷道進入采區(qū)，因此，老空積水是礦井充水水源之一，開采中需進一步開展老窯水的調(diào)查。

1.3 地下水充水水源

1.3.1 上組煤（5#）充水水源

上組煤頂板直接充水水源主要來自P1s地層砂巖和P1x地層K4砂巖水，間接充水水源主要來自P1x地層K5和P2s地層K6，K7砂巖水，含水層裂隙不發(fā)育，富水性弱。上組煤底板直接充水水源主要來自P1s地層K3砂巖水，裂隙不發(fā)育，弱含水層；上組煤底板間接充水水源主要來自C3t幾層灰?guī)r（L1～L5）含水層地下水。據(jù)抽水試驗，承壓水頭較高，但單位涌水量只有個別>0.1 L/s·m，富水性弱-中等，礦井容易將水疏干。

1.3.2 下組煤（9#）充水水源

下組煤頂板直接充水水源主要來自C3t幾層灰?guī)r（L1～L5）含水層地下水，富水性弱-中等；下組煤底板間接充水水源主要來自中奧陶統(tǒng)O2f和O2s巖溶含水層地下水，構(gòu)成了井田內(nèi)富水性最強的含水結(jié)構(gòu)體，且承壓水頭很高，除井田東部邊界以西的局部地段不帶壓外，井田其他大部為帶壓開采。奧灰?guī)r溶裂隙含水層作為區(qū)域強含水層，卻在構(gòu)造發(fā)育部位有導(dǎo)水構(gòu)造溝通的情況下，礦井開采會受到巖溶水的嚴(yán)重威脅。

2 礦井充水通道

礦井充水通道主要有斷層、陷落柱、頂板采動冒落帶、底板采動破壞和封堵不良鉆孔等。

2.1 斷層、陷落柱

本區(qū)構(gòu)造總體上為一向西緩傾斜的單斜構(gòu)造，井田內(nèi)落差<10 m的斷層較發(fā)育，陷落柱現(xiàn)揭露4個。在這些構(gòu)造發(fā)育地段，底板采動裂隙構(gòu)造裂隙與小斷層疊加復(fù)合為突水通道。陷落柱周邊圍巖因柱體垮塌出現(xiàn)產(chǎn)狀傾斜和牽引裂隙，即底板水涌出通道。根據(jù)現(xiàn)采掘資料，5號煤掘進和煤層附近巷道頂板水泄出通道為裂隙密集帶和小斷層。

2.2 頂板采動冒落帶

根據(jù)《煤礦防治水》中引用的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》中的煤層頂板冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度計算公式，9號煤層導(dǎo)水裂隙帶的最大高度為140 m，大于5與9號煤層間的間距51 m。下組煤回采后，導(dǎo)水裂縫帶會達到上部采空區(qū)，上部的采空積水通過垮落裂縫帶涌入工作面。采空區(qū)積水量對下伏煤層開采造成了嚴(yán)重的影響。如果對上部采空積水疏放不及時，將發(fā)生淹工作面甚至淹采區(qū)的嚴(yán)重后果。5號煤層導(dǎo)水裂隙帶的最大高度為85 m，溝通了山西組和下石盒子組的砂巖裂隙含水層。在煤層淺埋區(qū)，煤層底板標(biāo)高最高為+1 150 m，對應(yīng)的地面標(biāo)高在+1 210 m以上，導(dǎo)水裂隙帶存在導(dǎo)通淺層地表水的可能。同時，5號煤層底板較高處位于井田東舊采空分布區(qū)和東北部煤層露頭區(qū)，應(yīng)防止地表水與小窯水溝通，進而進入井田引發(fā)灌井事件。

2.3 底板采動破壞

在煤層未開采前，水巖處于一定的力學(xué)平衡狀態(tài)，一旦礦體在充分采動后，在隔水層上會形成臨空邊界，并產(chǎn)生應(yīng)力釋放。在礦壓和水壓的作用下，隔水底板巖層必然會受到不同程度的破壞，形成新的破裂面或使原有的閉合裂隙活化。一旦這種破裂面或裂隙溝通底板承壓含水層水時，必然導(dǎo)致底板下承壓水涌入礦井。這種因巷道掘進或礦床開發(fā)擾動而使底板隔水層發(fā)生的形變，進而成為導(dǎo)水通道的過程稱為底板破壞式導(dǎo)水通道。