吉寧煤礦奧灰水突水危險性分析

李紅飛 史振鋒

摘要：為了保障煤礦安全生產，分析研究井田奧灰水水文地質條件及峰峰組上部巖層隔水性能，對評價帶壓開采意義重大。本文以河東煤田南部吉寧井田奧灰水文地質勘探工程為基礎，依托奧灰水文補充勘探成果資料，分析了井田10號煤層底板奧陶系灰巖水突水影響因素，預測奧灰突水量，并評價了奧灰水突水危險性。經勘探工程評價后，解放了受奧灰水威脅的10號煤層資源量2811萬噸，對煤炭資源開發利用有重要意義。

關鍵詞：奧灰水；相對隔水層；突水系數

Risk analysis of Water inrush on ordovician limestone groundwater in jining coal mine

LI Hong-fei1， Shi Zhen-feng2

1. Beijing Dadi High-tech Geological Co.， Ltd， Beijing 100040 2. Shanxi Huajin Jining Coal Industry Co.， Ltd.， Xiangning 042100， Shanxi， China

Abstract： In order to ensure the safe production of coal mines， the analysis and research on the hydro-geological conditions of the ash water in the well field and the water barrier performance of the upper rock layers of the Fengfeng Formation are of great significance for the evaluation of pressured mining. Based on the Austrian ash hydrogeological exploration project in the Jining Minefield in the south of the Hedong Coalfield， this paper analyzes the influence factors of Ordovician limestone water inrush from the floor of No. 10 coal seam， and predicts the amount of ash ash outburst. The risk of water inrush from Austrian grey water was evaluated. After the evaluation of the exploration project， the resources of No. 10 coal seam threatened by Austrian gray water were 28.11 million tons， which is of great significance to the development and utilization of coal resources.

Key words： Ordovician limestone groundwater； Relative aquifuge； Water inrush coefficient

1.引言

吉寧井田位于河東煤田南緣，區內煤系地層主要為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，太原組主要可采煤層為10號煤層，山西組主要可采煤層為2號煤層。煤系地層基底為奧陶系碳酸鹽巖地層，該地層地下水位較高，巖溶裂隙發育不均一性造成該區地下水富水性不均一，區內10號煤層開采受奧陶系碳酸鹽巖承壓水影響較大。井田內10號煤層資源儲量5785萬噸，受奧灰水嚴重威脅區域壓覆的10號煤層資源儲量約3694萬噸，嚴重制約了10號煤層開采計劃，因此分析研究奧陶系灰巖水文地質條件對煤層帶壓開采至關重要，對解放受奧灰水承壓威脅的煤炭資源意義重大。

2.地質概況

吉寧井田位于河東煤田南緣，呂梁山隆起之南翼。受北東向構造帶影響，井田總體為走向北東、傾向北西的單斜構造，在單斜基礎上發育有次一級寬緩的褶曲構造。井田內發育17條落差大于5m的正斷層，暫未發現巖溶陷落柱和巖漿巖侵入現象。沉積主要地層有奧陶系上馬家溝組和峰峰組、石炭系本溪組和太原組、二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組、第四系。主要可采煤層有2、10號煤層。

3.水文地質概況

本區為禹門口泉域巖溶水系統，該系統位于呂梁山南端龍子祠泉域西南，出露層位為寒武、奧陶系灰巖，巖溶地下水徑流除受地形地貌、地層巖性和含水巖組的埋藏條件影響外，還受地質構造嚴格控制，總體上，泉域巖溶地下水自東北向西南徑流，徑流方向與地層大致相反，是典型的“單斜逆置型”巖溶水系統模式。吉寧井田位于禹門口巖溶系統徑流區，井田巖溶水的賦存運移規律主要受禹門口區域巖溶水系統的制約。

井田內煤層底板充水水源為奧陶系灰巖含水層水，其富水性弱-中等，但水位埋藏較深，承壓水頭壓力較高，可達3.5Mpa，嚴重威脅10號煤層安全開采。

4.突水因素分析

煤層帶壓開采突水危險性相關因素有含水層富水性、構造特征、隔水層特征及隔水底板承受的水壓。隔水層厚度和奧灰水壓共同作用，影響煤層底板發生非直通式突水，導水構造可影響煤層底板發生直通式突水，而含水層富水性是突水量的表征。

4.1含水層富水性

吉寧井田底板奧陶系峰峰組含水層巖性主要為石灰巖、巖溶裂隙不發育，單位涌水量0.0006L/s.m～0.00617L/s.m，滲透系數為0.0013m/d～0.069m/d，為弱富水性，上馬家溝組含水層巖性主要為石灰巖、角礫灰巖、豹皮灰巖，巖溶裂隙較峰峰組發育，單位涌水量為0.00067L/s.m～0.5117L/s.m，滲透系數為0.00046m/d～3.2892m/d，為弱-中等富水性，富水性中等區域主要位于井田西北部。

4.2隔水底板承受的水壓

隔水底板承受的水壓是奧灰水頭高度作用在隔水底板的壓力，井田內10號煤層底板帶壓高度為80m～350m，隔水底板承受奧灰水壓為0.99Mpa～3.81Mpa，總體上由井田東南向西南增大。

4.3構造特征

吉寧井田斷層較發育，暫未揭露陷落柱或巖漿巖侵入。斷層均為正斷層，落差5m～90m，傾角大多在70°，井下揭露斷層時均未發現導水跡象。

4.4隔水層特征

4.4.1煤底板至奧陶系頂隔水層

10號煤層底板隔水層巖性以泥巖、粉、細砂巖、砂質泥巖及本溪組鋁土質泥巖為主，厚度6.63m～34.9m，平均18.38m，泥巖抗壓強度9.77Mpa～15.2Mpa，抗拉強度0.41Mpa～1.34Mpa，砂巖抗壓強度13.0Mpa～98.5Mpa，抗拉強度1.06Mpa～3.8Mpa，局部地段鋁土質泥巖因含黃鐵礦豐富抗壓強度可達88.2Mpa，抗拉強度可達6.0Mpa。泥巖類柔性巖石具有良好的隔水性能，而砂巖類巖石具有較好的抗壓和抗拉性能，煤層底板隔水層為泥巖、砂質泥巖、砂巖互層沉積，可有效阻隔奧灰水。

4.4.2峰峰組頂部相對隔水層

據鉆孔巖芯特征、鉆孔涌水情況、擴散測井、水文地質試驗及鉆孔簡易水文特征綜合分析峰峰組頂部存在相對隔水層，厚度為7.45m～27.2m，平均為14.61m。其依據有四個方面：

①峰峰組頂部巖芯較完整，巖性以致密、堅硬的灰巖為主，隱晶質結構，溶孔裂隙不發育，局部有被方解石或泥質充填的小裂隙（照片1、照片2分別為JN-S1、JN-S2孔峰峰組上部巖芯攝影），巖石抗壓強度27.8Mpa～84.8Mpa，具備阻水抗壓性能。

②勘探階段28個鉆孔在進入峰峰組后泥漿消耗量正常，一般為0.01m3/h～0.08m3/h，局部地段0.1m3/h～0.4m3/h，無較大量漏水情況；補勘時井下JN-S3鉆孔在揭露峰峰組26.48m時開始有涌水跡象，JN-S4鉆孔在揭露峰峰組36m時開始涌水，可說明峰峰組上部幾乎不含水，可視為相對隔水層。

③補勘時施工的JN-S1、JN-S2孔對奧灰地層進行擴散測井，經投鹽后所測得5條曲線與投鹽前所測得靜態曲線對比，峰峰組上部井液電阻率無明顯變化段，說明此層段無明顯含水層。

④《礦區水文地質工程地質勘探規范》（GB12719-91），一般將鉆孔單位涌水量小于0.001L/s.m的巖層可視為隔水層，據水文鉆孔對峰峰組抽水試驗，單位涌水量0.0006L/s.m～ 0.00617L/s.m，滲透系數0.0013m/d～0.062m/d，可說明峰峰組地層滲透系較差，富水性極弱，可視為隔水層。

5.奧灰水突水量預測

礦井在掘進或回采時遇導水斷裂或陷落柱后，可發生單點直通突水或隔水巖層承受水壓大于臨界水壓時發生底板突水，可將巷道穿過的近似垂直斷裂或陷落柱視為垂直含水層的水平井，巷道寬度概化水平井半徑，采用承壓水穩定流裘布依公式估算奧灰水突水量。

6.突水危險性評價

突水危險性評價指標為底板受構造破壞的地段不大于0.06MPa/m，隔水層完整無斷裂構造破壞的地段不大于0.1MPa/m。

10號煤層底板相對突水系數為0.03MPa/m～0.14MPa/m，在Ts≤0.06MPa/m區（圖中青色區域）、0.06

通過本次勘探評價后，井田內突水系數大于0.1MPa/m的區域壓覆10號煤層資源量883萬噸，解放受奧灰水威脅的資源量2811萬噸。

7.結語

本文通過對吉寧井田奧灰水突水危險相關因素分析，奧灰含水層富水性總體上為弱-中等，煤層底板隔水巖層交互沉積對阻隔奧灰水極為有利，同時峰峰組上部相對隔水巖層的存在，大大增加了隔水層厚度，有效降低了奧灰水突水幾率，雖然井田斷層較發育，但斷層多為不導水斷層，總體上10煤層帶壓開采是可行的。需要注意的是，由于奧灰含水層巖溶發育不均一性，在今后生產過程中要加強對底板水的探查，同時對導水構造的探查研究要予以重視。

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