信湖煤礦八一采區(qū)水文地質(zhì)條件分析

方　園

（安徽煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽宿州234000）

信湖煤礦八一采區(qū)水文地質(zhì)條件分析

方園*

（安徽煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽宿州234000）

處于淮北煤田西南部的信湖煤礦，構(gòu)造類型為中等型，本采區(qū)地層由老至新分別為寒武系，奧陶系，石炭系本溪組、太原組，二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組、石千鋒組，新近系，第四系。在分析了礦井水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)本采區(qū)主采煤層情況，結(jié)合采區(qū)水文地質(zhì)特正進(jìn)行了綜合分析，得出了本采區(qū)的充水水源及通道并進(jìn)行了充水強(qiáng)度分析。盡管該區(qū)含水層富水性較弱不會(huì)對煤層開采造成大的威脅，但在未來的開采工作中仍應(yīng)予以重視，因?yàn)閷?dǎo)水裂縫帶達(dá)到一定高度時(shí)，仍可能產(chǎn)生影響。

水文地質(zhì)；充水因素；導(dǎo)水裂縫帶；信湖煤礦

礦井突水問題一直是各生產(chǎn)、機(jī)研究單位關(guān)心的問題。信湖煤礦屬花溝井田，位于安徽省渦陽縣境內(nèi)，行政區(qū)劃屬渦陽縣，距渦陽縣城約14km。八一采區(qū)位于信湖煤礦中西部，全區(qū)為全隱蔽區(qū)，據(jù)鉆探揭露，地層層序與淮北煤田各勘查區(qū)相同。通過對采區(qū)地質(zhì)環(huán)境的研究，對該水文地質(zhì)特征進(jìn)行總結(jié)，為今后生產(chǎn)提供參考意見。

1　研究區(qū)背景

1.1研究區(qū)概況

信湖煤礦位于淮北煤田的西部，區(qū)內(nèi)總體上為一走向近南北，西傾的單斜構(gòu)造，局部發(fā)育有小型褶曲或波狀起伏，地層傾角6°～22°；14線以北、F1斷層以西地層走向逐漸轉(zhuǎn)為北西。煤系地層被一系列近南北向正斷層切割形成階梯狀構(gòu)造，僅在F9斷層附近的8線和12線出現(xiàn)煤層露頭。東南部有古近系沖積盆地，使下伏地層受到不同程度的剝蝕。見圖1，本區(qū)構(gòu)造總體為中等型。

1.2礦井水文地質(zhì)條件

圖1　信湖煤礦八一采區(qū)構(gòu)造圖

淮北煤田構(gòu)造位置處于華北板塊東南緣，豫淮坳陷帶的東部，徐宿弧形推覆構(gòu)造的中南部。東有固鎮(zhèn)—長豐斷層，南有光武—固鎮(zhèn)斷層隔蚌埠隆起與淮南煤田相望，西以夏邑—固始斷層與太康隆起和周口坳陷為鄰，北以豐沛斷裂為界與豐沛隆起相接。四周大的斷裂構(gòu)造控制了該區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，使其基本上形成為一個(gè)封閉—半封閉的網(wǎng)格狀水文地質(zhì)單元。

本礦井直接充水含水層為主采煤層頂?shù)装迳皫r裂隙含水層，富水性一般弱，間接充水含水層為四含及太灰，四含富水性弱，太灰富水性一般弱—中等，礦井水文地質(zhì)條件為中等。

2　采區(qū)水文地質(zhì)特征

八一采區(qū)位于信湖煤礦中西部，采區(qū)的西側(cè)為北二采區(qū)。北至SDF259、SDF262、SDF264斷層上盤及F9斷層上盤；南至SDF19斷層下盤及19勘查線；西至SDF8斷層下盤及-960m等高線；東至F1、DF19斷層下盤。

采區(qū)為新生界松散層復(fù)蓋下的全隱蔽礦床。地下水含、隔水層可根據(jù)其賦存介質(zhì)特征進(jìn)一步劃分新生界松散層孔隙含、隔水層（組）、二疊系主采煤層砂巖裂隙含、隔水層（段）、太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層（段）和奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層（段）。

2.1新生界松散層含水層水文地質(zhì)特征

本采區(qū)新生界松散層厚454.69～497.45m，平均厚484.68m，其厚度變化受古地形控制。總體上從東南向西北逐漸增厚。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料按其巖性組合特征，自上而下劃分4個(gè)含水層和3個(gè)隔水層。

（1）第一含水層（組）底板深度在28.20～37.80m之間，含水砂層厚度為5～26.70m。全區(qū)發(fā)育且分布穩(wěn)定。區(qū)域水文資料表明，一含分布穩(wěn)定，水質(zhì)較好，富水性較強(qiáng)，開采條件簡單。q=0.534～1.536L/s·m，K= 3.58～8.35m/d，富水性中等—強(qiáng)。礦化度0.299～0.747g/L，全硬度為13.35～23.38德國度，pH值7.5～8.35，氟含量0.4～1.4mg/L，水溫14℃～16℃，水質(zhì)類型為HCO3-K+Na·Mg·Ca型。

（2）第一隔水層（組）底板深度42.45～52.60m，隔水層厚5.85～17.17m。富含鈣質(zhì)及鐵錳結(jié)核。分布穩(wěn)定，隔水性能較好。

（3）第二含水層（組）底板深度77.75～91m，含水層厚度5.5～25.8m。該含水層（組）砂層單層厚度小，變化大，一般砂層不發(fā)育。水位標(biāo)高24.46～28.01m，q= 0.099～0.564L/s·m，K=0.98～4.28m/d，富水性弱—中等。礦化度0.830～1.51g/L，全硬度為16.17～27.15德國度，pH值7.7～8.30，氟含量0.8～1mg/L，水溫15℃～17℃，水質(zhì)類型為HCO3-K+Na·Mg型和SO4·HCO3· Cl-K+Na型。

（4）第二隔水層（組）底板深度98.90～128m，隔水層厚度6.65～25.20m。分布穩(wěn)定，隔水性能較好。

（5）第三含水層（段）底板深度為258～291.10m，含水層厚度74.75～128.75m。頂部一般夾有1～3層細(xì)砂巖（盤），下段砂層較上段薄，含水性比上部差。水位標(biāo)高 22.61m，q=0.232L/s·m，K=1.25m/d，礦化度1.245g/L，全硬度為5.41德國度，pH值8.45，氟含量2.62mg/L，水溫17℃，水質(zhì)屬為HCO3-K+Na型水。

（6）第三隔水層（組）底板深度為436.7～493.25m，隔水層厚115.86～188.35m。該組厚度大，分布穩(wěn)定，隔水性能好，為區(qū)內(nèi)重要隔水層（組）。

（7）第四含水層（組）底板埋深454.69～497.45m，含水層厚度0～21.05m。該含水層（組）直接覆蓋在煤系地層和其它非煤系地層之上，沉積厚度總體較薄。由于受古地形的制約，該含水層厚度變化較大，從東向西逐漸變厚，且成片狀分布，局部缺失，據(jù)本礦鉆孔1孔抽水試驗(yàn)資料：水位標(biāo)高為19.03～26.74m，q91= 0.02031～0.06097L/s·m，K=0.194～1.82308m/d，富水性弱，礦化度3.528g/L，全硬度19.25德國度，水溫26℃，水質(zhì)為Cl·SO4-Na或SO4·Cl-Na型。

2.2二疊系主采煤層間含、隔水層（段）

依據(jù)地層巖性的組合特征和可采煤層的賦存位置，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料，劃分為3個(gè)含水層（段）和4個(gè)隔水層（段）。各含、隔水層水文地質(zhì)特征如下：

（1）1～2煤組隔水層（段）底板埋深539.29～712.05m，其隔水層厚度為31.67～185.40m，裂隙不發(fā)育，隔水性較好。

（2）3煤上下砂巖裂隙含水層（段）底板埋深525.7～787.65m，該段含水層厚度為1.69～30.4m，裂隙發(fā)育程度不均一。據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)資料：水位標(biāo)高為30.73m，q91=0.008225L/s·m，K=0.0188m/d，富水性弱，礦化度3.325g/L，全硬度7.01德國度，水溫20℃，水質(zhì)為Cl·SO4-Na型。

（3）4～5煤組隔水層（段）底板埋深528.60～948.65m，隔水層厚36.2～196.90m，巖性致密、完整，裂隙不發(fā)育。隔水性較好，為本采區(qū)主采煤層上主要隔水層（段）。

（4）6～8煤層砂巖裂隙含水層（段）底板埋深531.90～1005.60m，該含水層段厚1.64～44.46m，裂隙發(fā)育不均。該含水層為本采區(qū)主采煤層直接充水含水層。據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)資料：水位標(biāo)高為28.09～29.32m，q91=0.003989～0.007443L/s·m，K=0.031～0.0324m/d，富水性弱，礦化度2.447～3.788g/L，全硬度5.48～17.93德國度，水溫17℃～20℃，水質(zhì)為Cl·SO4-Na和Cl-Na型。

（5）8煤層下隔水層（段）底板埋深559.81～1018.90m，完全揭露隔水層厚度為9.61～66.57m，全區(qū)發(fā)育，分布穩(wěn)定，巖芯致密完整，隔水性較好，鉆探揭露時(shí)未發(fā)生漏水現(xiàn)象。

（6）11煤層頂?shù)装迳皫r裂隙含水層（段）底板埋深744.35～1026.99m，含水層厚度為8.69～52.29m，裂隙不甚發(fā)育，鉆探揭露時(shí)未發(fā)生漏水現(xiàn)象，據(jù)區(qū)域資料，該含水層富水性弱。

（7）11煤層下至太原組第一層灰?guī)r頂隔水層（段）底板埋深752～1043.85m，巖性致密、完整，裂隙不發(fā)育，隔水性較好。

2.3太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層

采區(qū)揭露灰?guī)r厚度0.46～32.77m，采區(qū)太灰沒有直接影響，但必須指出，太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層的巖溶裂隙發(fā)育和富水性具有不均一性。根據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)資料：水位標(biāo)高為23.03～27.17m，q=0.005429～0.287L/s·m，K=0.0185～1.857m/d，富水性弱—中等，礦化度1.941～4.401g/L，全硬度30.38～33.28德國度，水溫22℃～30℃，水質(zhì)為Cl·HCO3-Na·Mg·Ca、SO4· HCO3-Na·Mg和Cl·SO4-Na型。

采區(qū)太灰沒有直接影響，但必須指出，太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層的巖溶裂隙發(fā)育和富水性具有不均一性。由于本采區(qū)斷層較多，有不少斷層落差較大，造成了部分地帶6～8煤與太灰間距縮短甚至直接“對口”。因本采區(qū)斷層落差大于100m的斷層有4條，其中3條DF19、F1、DF27為采區(qū)邊界正斷層，DF37斷層為采區(qū)內(nèi)落差為0～125m查明斷層。DF37斷層部分地段可能引起太灰與主采煤層間距縮短。本采區(qū)位于DF19、F1正斷層下盤，故在采取范圍內(nèi)無對口情況；采區(qū)位于DF27正斷層上盤，在部分地段可能造成主采煤層與灰?guī)r對口，在煤層開采時(shí)，須對上述地帶高度重視。

2.4各含水層補(bǔ)給徑流排泄條件及水力聯(lián)系

（1）新生界松散層第一含水層：上部屬潛水，下部屬弱承壓水，主要靠大氣降水和地表水體垂直滲透補(bǔ)給，其次為側(cè)向徑流補(bǔ)給，水位隨季節(jié)變化大。主要排泄途徑為蒸發(fā)和人工開采，在一隔薄弱地帶，一含水也可越流補(bǔ)給二含。

（2）新生界松散層第二、三含水層：二者均屬多層結(jié)構(gòu)的承壓孔隙含水層（組），以區(qū)域?qū)娱g徑流為主，其次在二隔薄弱地帶，二含可越流補(bǔ)給三含。二者的排泄方式主要為層間側(cè)向徑流，其次二含和三含上部水也有相當(dāng)部分為人工開采。

（3）新生界松散層第四含水層：四含地下水以區(qū)域?qū)娱g徑流補(bǔ)給為主，四含直接覆蓋在基巖各含水層之上。煤礦開采以后，四含水已通過淺部裂隙帶和采空冒裂帶滲入礦坑，引起四含水位大幅度下降。本礦四含發(fā)育不均，總體上看，四含水平徑流及區(qū)域補(bǔ)給微弱，處于滯緩狀態(tài)。

（4）二疊系主采煤層間砂巖裂隙含水層：主要受區(qū)域?qū)娱g徑流補(bǔ)給，同時(shí)淺部露頭帶接受新生界四含水緩慢滲入補(bǔ)給。總的來說補(bǔ)給水源不足，處于封閉或半封閉的水文地質(zhì)環(huán)境，地下水徑流緩慢。開采條件下，會(huì)受礦井排水影響，其地下水以突水、淋水和涌水的形式向礦井排泄。

（5）太灰?guī)r溶裂隙含水層：太灰水以層間徑流、補(bǔ)給為主，在淺部露頭帶與奧灰、四含水貫通互補(bǔ)。在正常情況下，太原組和奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層（段）地下水與二疊系主采煤層砂巖裂隙含水層（段）之間無水力聯(lián)系。因構(gòu)造影響，它們之間將發(fā)生水力聯(lián)系。

本礦井在11煤開采條件下，太灰水會(huì)部分間接地補(bǔ)給礦坑，以鉆孔放水和11煤底板突水的形式向礦坑排泄，成為礦井排水的一部分被排放到地面。

3　采區(qū)充水因素分析

3.1采區(qū)充水水源

采區(qū)地層中有多個(gè)含水層，但也有多個(gè)相對應(yīng)的隔水層所阻隔，不同的地下水對采區(qū)充水影響有明顯不同。根據(jù)采區(qū)水文地質(zhì)條件分析，采區(qū)充水水源有新生界松散層第四含水層孔隙水、主采煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水和巖溶裂隙水等。

（1）新生界松散層第四含水層：在開采過程中煤層露頭區(qū)在一定范圍內(nèi)與上覆的四含接觸，地下水可沿淺部基巖風(fēng)化帶裂隙、導(dǎo)水裂隙帶裂隙和順煤層下滲進(jìn)入礦井。在留有防水煤柱的情況下，四含水是本采區(qū)淺部煤層開采時(shí)礦井充水的主要補(bǔ)給水源。在本采區(qū)四含發(fā)育不均，富水性弱。

（2）7～8煤頂、底板砂巖裂隙含水層：在掘進(jìn)和工作面回采時(shí)，受采掘破壞或影響的為煤層頂?shù)装迳皫r含水層（段），屬疏干開采的層位，因此，煤層頂、底板砂巖裂隙含水層（段）是礦井充水的直接充水含水層。地下水處于封閉—半封閉環(huán)境，補(bǔ)給條件差，以儲存量為主。

（3）太灰、奧灰石灰?guī)r巖溶裂隙含水層：太灰富水性弱—中等。太灰?guī)r溶裂隙含水層富水性受巖溶裂隙程度控制，差異比較大。當(dāng)井巷工程遇到導(dǎo)水?dāng)鄬踊蛳萋渲鶗r(shí)，使煤層與太灰含水層對口或間距縮短，灰?guī)r水將對礦井產(chǎn)生直接充水。由于灰?guī)r水水壓大，水量豐富，易于造成突水災(zāi)害。因此，太灰水是本采區(qū)煤層開采時(shí)的潛在突水水源。

3.2礦井充水通道

礦井充水的通道主要有：斷層及構(gòu)造裂隙、垮落帶、采動(dòng)導(dǎo)水裂縫帶以及封閉不良鉆孔等。

（1）采動(dòng)垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶。煤層在開采的過程中，會(huì)在工作面底板形成底板破壞帶，在工作面頂板形成垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶，這些采動(dòng)裂隙可能成為導(dǎo)水的通道。依據(jù)《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》，采區(qū)7～8煤層覆巖內(nèi)為中硬巖層，選擇計(jì)算公式如下：

式中：HK——垮落帶最大高度，m；

HL——導(dǎo)水裂縫帶最大高度，m；

∑m——累計(jì)采厚，以煤層厚度計(jì)，m。

按照上述公式，通過本采區(qū)淺部露頭鉆孔計(jì)算了7、81、82煤層開采時(shí)垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度，見表1、表2、表3。

表1　7煤層淺部開采導(dǎo)水裂縫帶及垮落帶高度計(jì)算表

表2　81煤層淺部開采導(dǎo)水裂縫帶及垮落帶高度計(jì)算表

表3　82煤層淺部開采導(dǎo)水裂縫帶及垮落帶高度計(jì)算表

由上表可以看出，當(dāng)淺部煤層開采時(shí)，如過導(dǎo)水裂縫帶高度達(dá)到四含時(shí)，可能會(huì)引發(fā)四含突水，在淺部煤層開采時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的防治措施。

（2）斷層及構(gòu)造裂隙。斷層是構(gòu)造裂隙中最易造成災(zāi)害性事故的進(jìn)水通道，井巷工程穿過較大斷層兩盤裂隙帶時(shí)，斷層裂隙帶水會(huì)進(jìn)入礦井，其水量不大，但在井巷開拓和煤層開采時(shí)破壞了地下水的天然平衡狀態(tài)，使斷層的導(dǎo)水性會(huì)有所改變。根據(jù)鉆探、三維地震資料，采區(qū)內(nèi)查明組合斷層169條，落差大于100m的斷層為4條，50～100m的2條，20～50m的1條，10～20m的2條，0～10m的斷層為158條。當(dāng)斷層落差較大時(shí)，形成太原組石灰?guī)r巖溶裂隙水與主采煤層對口或間距縮小，開采煤層時(shí)有發(fā)生突水的可能性。

（3）封閉不良鉆孔。通過對本采區(qū)鉆孔封閉資料啟封記錄檢查，井下生產(chǎn)過程中遇到或接近鉆孔時(shí)應(yīng)引起注意，對井下施工的探放水孔以及錨索眼孔的封閉止水情況也要引起注意。

4　結(jié)語

通過上述研究，本采區(qū)礦坑的充水強(qiáng)度主要取決于充水水源的補(bǔ)給條件、直接充水含水層的富水程度及冒裂帶發(fā)育高度等因素。

（1）新生界松散層第四含水層（組）。四含q91= 0.02031～0.06097L/s·m，富水性弱。

在主采煤層露頭帶留設(shè)防水煤柱的條件下，四含是開采7～8煤層的礦井充水的主要補(bǔ)給水源，其補(bǔ)給強(qiáng)度不大。

（2）7～8煤層上、下砂巖裂隙含水層（段）。7～8煤間砂巖裂隙含水層（段）由于砂巖裂隙發(fā)育具有不均一性，地下水處于封閉—半封閉環(huán)境，補(bǔ)給條件差，以儲存量為主。據(jù)抽水試驗(yàn)資料，富水性弱。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，此類水源不與其它含水豐富的含水層（組）發(fā)生水力聯(lián)系時(shí)，一般水量不大，易于疏干，對礦井生產(chǎn)不會(huì)構(gòu)成大的水患威脅，即煤層開采時(shí)充水強(qiáng)度較小。

（3）太灰?guī)r溶裂隙水。太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層（段），據(jù)抽水試驗(yàn)資料，富水性弱—強(qiáng)。

太原組石灰?guī)r距主采煤層甚遠(yuǎn)，在正常情況下，太灰和奧灰?guī)r溶裂隙水對開采主采煤層無直接充水影響。但當(dāng)遇到斷層或陷落柱時(shí)，使煤層與灰?guī)r間距縮短時(shí)，可能對礦坑產(chǎn)生直接充水或使巷道產(chǎn)生“底鼓”。

［1］國家煤炭工業(yè)局.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（煤行管字［2000］第81號）［S］.煤炭工業(yè)出版社，2000.

［2］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定［S］.煤炭工業(yè)出版社，2009.

［3］中國地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊［M］.北京：地質(zhì)出版社.

［4］安徽煤田地質(zhì)局勘查研究院.安徽省淮北煤田花溝井田煤炭勘探報(bào)告［R］.2008.

［5］中國煤礦水文地質(zhì)類型劃分與特征分析［R］.2013.

P641.4

A

1004-5716（2016）08-0172-05

2015-08-21

2015-08-27

方園（1986-），女（漢族），安徽蚌埠人，助理工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)技術(shù)工作。