二疊系煤層上覆砂巖裂隙含水層水賦存規(guī)律及防治技術(shù)探究

摘 要：鄉(xiāng)寧縣位于山西省南部，行政區(qū)劃屬臨汾市，境內(nèi)煤炭資源豐富，境內(nèi)含煤區(qū)整體位于河?xùn)|煤田鄉(xiāng)寧國家規(guī)劃礦區(qū)的南部，二疊系主要可采煤層有1號、2號、3號煤層，開采期間的礦井充水因素除地表水和構(gòu)造對開采充水的影響外，開采期間的直接充水含水層下石盒子組K8砂巖含水層是影響1號、2號、3號煤層開采的主要自然因素。探究礦井1號、2號、3號煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水的賦存規(guī)律及開采期間的防治技術(shù)，對治理礦井水害、保證礦井安全生產(chǎn)、改善礦井生產(chǎn)條件、提高生產(chǎn)效率有著重要的促進意義。

關(guān)鍵詞：二疊系煤層上覆;砂巖裂隙含水層;賦存規(guī)律及防治技術(shù)

裕豐礦位于鄉(xiāng)寧縣南部，處于河?xùn)|煤田鄉(xiāng)寧國家規(guī)劃礦區(qū)的東南部，井田內(nèi)二疊系下統(tǒng)山西組2上、2下煤層開采期間直接充水含水層下石盒子組K8砂巖含水層是影響其開采的直接且主要充水因素。K8砂巖含水層為2上、2下煤層的頂板，根據(jù)生產(chǎn)期間實際揭露情況，采掘期間K8砂巖含水層對礦井充水的影響較明顯，局部地段伴有明顯的頂板滴水、淋水，伴有頂板離層現(xiàn)象，對礦井正常采掘進度、支護條件、施工安全造成了一定困難。探究礦井2上、2下煤層上覆K8砂巖裂隙水的賦存規(guī)律及開采期間的防治技術(shù)，促進礦井安全生產(chǎn)、改善礦井生產(chǎn)條件、提高生產(chǎn)效率，是礦井地質(zhì)災(zāi)害防治工作的重要任務(wù)。

1 地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

裕豐礦井田總體為軸向北北東，兩翼傾角較陡的背向斜構(gòu)造;地層傾角一般2-30°，構(gòu)造發(fā)育地段地層傾角高達60°。井田內(nèi)褶曲、斷層較為發(fā)育，發(fā)育有陷落柱。井田內(nèi)主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，山西組含煤4-6層，其中2上、2下為井田內(nèi)全區(qū)穩(wěn)定可采大部可采煤層。2上、2下煤層開采期間的主要充水因素有地表水、構(gòu)造對礦井充水的影響及煤層上覆K8砂巖裂隙含水層。煤層上覆K8砂巖裂隙含水層是2上、2下煤層開采期間的直接、主要充水水源，會造成開采期間局部地段涌水量增大，對2上、2下煤層開采有一定影響。

2 二疊系煤層上覆砂巖裂隙含水層水賦存規(guī)律探究

裕豐礦三采區(qū)開拓大巷位臨S1向斜西北側(cè)施工，一、二采區(qū)位于該向斜兩側(cè)。一采區(qū)總體為一單斜構(gòu)造，西北邊緣與S2向斜斜交，一采區(qū)2014年開采至今，現(xiàn)回采工作面為一采區(qū)最后一個工作面，位于一采區(qū)單斜中上部地段。二采區(qū)總體為背斜（S3）構(gòu)造，背斜西北一翼發(fā)育有次一級向斜構(gòu)造，二采區(qū)2016年開采至今。

2.1 構(gòu)造與煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水賦存規(guī)律的關(guān)系

一采區(qū)設(shè)計三個區(qū)段，自下而上分別為區(qū)段一、區(qū)段二、區(qū)段三。首采面位于采區(qū)區(qū)段一，工作面開采期間涌水量3-12m3/h（不含疏放老空水量）。采區(qū)內(nèi)工作面開采期間自下而上涌水量呈明顯遞減趨勢，至最上部工作面，開采期間涌水量1-4m3/h（不含疏放老空水量）。區(qū)段一首采工作面開采時設(shè)置有K8砂巖裂隙水疏放孔，鉆孔單孔疏放水量達5m3/h，至工作面回采結(jié)束，最后一個鉆孔單孔涌水量0.3m3/h。采區(qū)開采期間，區(qū)段一內(nèi)工作面遇向斜、背斜、斷層、陷落柱時，均有明顯的滴、淋水現(xiàn)象，而區(qū)段二、區(qū)段三內(nèi)工作面遇向斜、背斜、斷層、陷落柱時，滴、淋水現(xiàn)象明顯減少，大部分情況下沒有滴水現(xiàn)象。通過分析總體構(gòu)造形態(tài)及開采期間的水文地質(zhì)工作，可見向斜構(gòu)造發(fā)育地段K8砂巖裂隙水賦存量相對較大，斷層、陷落柱附近的裂隙帶對K8砂巖裂隙水有明顯的疏放作用。

2.2 地層形態(tài)與煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水賦存規(guī)律的關(guān)系

工作面回采后的采空區(qū)內(nèi)老空水補給水源主要為K8砂巖裂隙水。一采區(qū)工作面內(nèi)均有開展探放老空水工作。區(qū)段一疏放老空水量累計約81000m3;區(qū)段二疏放水量累計約2400m3，現(xiàn)預(yù)計區(qū)段內(nèi)有6600m3積水;區(qū)段三疏放老空水量僅約400m3，現(xiàn)預(yù)計區(qū)段內(nèi)無積水。通過結(jié)合地質(zhì)條件綜合分析，K8砂巖裂隙水受地層形態(tài)影響，有高處向低處的同層水量補給關(guān)系，向斜兩翼尤為明顯。

2.3 層厚與煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水賦存規(guī)律的關(guān)系

二采區(qū)設(shè)計有三個區(qū)段，自東向西分別為區(qū)段一、區(qū)段二、區(qū)段三。區(qū)段三為采區(qū)標高最低處。區(qū)段三南部施工的K8砂巖裂隙水疏放鉆孔單孔涌水量最高達3m3/h，疏放三個月后基本停止出水，累計疏放水量約4300m3。S2向斜處的K8砂巖裂隙水疏放鉆孔單孔涌水量最高達4.53m3/h，至回采時涌水量0.2m3/h，水量較大分析與構(gòu)造形態(tài)有關(guān)。區(qū)段一南側(cè)的K8砂巖層厚達10m，為一、二采區(qū)K8砂巖層厚最大地段，通過綜合分析區(qū)段一南部的水文地質(zhì)資料，對比一采區(qū)的觀測資料，可見K8砂巖裂隙水的賦存量與層厚存在關(guān)系。同等地質(zhì)條件下，K8砂巖層厚越大，K8砂巖裂隙水賦存量越大。

2.4 采掘活動與煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水賦存規(guī)律的關(guān)系

部分巷道掘進期間的頂板滴、淋水現(xiàn)象時常與掘進施工保持著“追趕姿勢”。地質(zhì)條件相似的地段，在迎頭向后的一定距離內(nèi)，始終伴有頂板滴、淋水現(xiàn)象，嚴重影響施工安全及效率。在構(gòu)造發(fā)育地段，頂板的滴、淋水現(xiàn)象尤為明顯，且局部伴有明顯的頂板離層及礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象。2上煤層已回采的地段，2下煤層采掘期間，頂板滴、淋水量要相對于上層煤未采地段的涌水量明顯較小。通過綜合分析采掘期間的水文地質(zhì)觀測資料，可見采掘活動對K8砂巖裂隙含水層水起到一定的疏放作用，同時，K8砂巖裂隙含水層水的下滲對薄層泥巖發(fā)育地段的煤層頂板有著明顯的軟化、離層作用，影響巷道的支護強度。

2.5 其他關(guān)系因素

煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水賦存規(guī)律還與地表水的補給條件、上層含水層的補給條件、含水層的地表出露條件等有一定關(guān)系。

3 煤層上覆砂巖裂隙含水層防治技術(shù)探究

礦井生產(chǎn)期間，對煤層上覆砂巖裂隙含水層水的賦存規(guī)律進行了驗證，采用鉆探、物探以及采掘工程等對裂隙水的防治技術(shù)進行了大量的探索，在物探富水異常區(qū)、褶曲等地段效果顯著，防治技術(shù)手段概括如下：

①礦井在采掘前以及采掘過程中，應(yīng)通過鉆探、物探手段查明煤層上覆K8砂巖裂隙含水層富水情況，結(jié)合地質(zhì)資料綜合分析各個采掘地段煤層上覆K8砂巖裂隙水的賦存條件，必要時采取鉆探手段提前對煤層上覆K8砂巖裂隙水施工穿層鉆孔進行疏放，并留有足夠的超前疏放時間。構(gòu)造發(fā)育地段、淋水較大地段，同時應(yīng)加強支護及頂板觀測、管理工作，確保人員及施工安全;

②礦井應(yīng)扎實開展隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素普查工作。根據(jù)煤層上覆K8砂巖裂隙含水層富水情況，結(jié)合地質(zhì)條件，地測部門及時提出地質(zhì)、水害各類預(yù)報，對頂板裂隙水可能造成的安全問題及時提出問題及建議。

綜上所述，對于老生常談的煤層上覆砂巖裂隙含水層水富水不均勻、影響生產(chǎn)等問題，我們應(yīng)該結(jié)合采掘工程、礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件綜合分析，加強探查，查清影響施工安全、施工效率的裂隙水問題，積極采用鉆探等技術(shù)手段超前疏放煤層上覆裂隙含水層水，著手于保證施工安全、提高工作效率、改善支護條件等而不斷探索研究，確保水害治理完全，礦井安全、高效生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]山西保利裕豐煤業(yè)有限公司兼并重組整合礦井地質(zhì)報告[R].山西保利裕豐煤業(yè)有限公司，2011（1）.

作者簡介：

陳少東（1991- ），男，陜西渭南人，本科，研究方向：地質(zhì)工程。