托克遜縣十二號井田水害隱蔽致災因素分析

吳 員，崔德廣

（1.新疆煤炭綜合勘查院，新疆烏魯木齊830000；2.新疆煤田地質局，新疆烏魯木齊83000）

煤礦隱蔽致災因素較多且具有隱蔽性強的特點,做到提前預防難度較大。近年來出現了較多隱蔽致災的因素及災害,其中水隱蔽致災因素是較常見的一種形式。通過對煤礦水害隱蔽致災因素的分析研究并提出相關建議、以期在后期源頭治理上，及早采取相關措施。

1 井田概況

新疆托克遜縣克布爾堿煤礦區十二號井田位于托克遜縣城西北（方位330°）55km，井田呈不規則的多邊形，東西長約5.26km，南北寬約3.98km，面積約21.195km2。

地層發育由老到新有：中石炭統硅質巖、凝灰硅質巖及凝灰質粉砂巖夾灰巖、三疊系上統小泉溝群湖相碎屑巖、間夾河流相的粗碎屑巖沉積，侏羅系下統八道灣組碎屑沉積巖，含煤2～5層，即1-1、1-2、KB、KB上及4-2 號煤層，可采煤層4 層，為1-1、1-2、KB、4-2 號煤層；三工河組細砂巖，夾粉砂巖及中砂巖；中統西山窯組粗碎屑巖、細碎屑巖和炭質泥巖，含煤6層，編號由下往上分別為5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6 等，頭屯河組礫巖、砂礫巖和粗砂巖、中砂巖、細砂巖互層，第四系全新統礫石、砂土，礫石。

井田南部為克爾堿向斜，北部由次一級的克爾堿小背斜和克爾堿小向斜組成，在井田的中東部則是一條次一級的北東向向斜。發育F1斷層，f57為北東向平推逆斷層，f58為北東向逆斷層，f66為一正斷層，走向北西向。見圖1。

圖1 井田構造圖

2 井田含（隔）水層

井田內的地層由松散巖類、半固結巖類、煤層和沉積碎屑巖類組成，經綜合分析，共劃分了一個透水不含水層，五個含水層及二個隔水層，見表1。

2.1 含水層

井田內的含水層4層。

2.1.1 第四系全新統（Qhal）沖積中等富水性孔隙含水層（H0）

該含水層單位涌水量0.1447L/(m·s)，滲透系數4.7m/d，中等富水性，pH值7.6～7.7，屬HCO3·SO4-Na·Ca型水；中侏羅統頭屯河組（J2t）不含煤承壓裂隙中等富水性含水層（H1），單位涌水量0.1384～0.2221L/(m·s)，滲透系數0.672～0.950m/d，富水性中等。礦化度446mg/L，pH值8.1，屬HCO3·SO4-Na·Ca型水。

2.1.2 中侏羅統西山窯組(J2x)承壓裂隙弱富水性含水層（H2）

該含水層統徑統降單位涌水量0.00366～0.011L/(s·m)，滲透系數0.0038～0.028m/d，富水性弱。水化學類型SO4·Cl-K·Na，Cl·SO4-Na，礦化度5524～9740mg/L。

2.1.3 下侏羅統八道灣組（J1b）承壓裂隙水弱富水性含水層（H3）

該含水層單位涌水量0.0104L/(s·m)，滲透系數0.01899m/d，富水性弱。水化學類型為Cl-K·Na 型水，礦化度3060mg/L。

2.1.4 石炭系中統弱富水性含水系(H4)

主要巖性為灰黑色硅質巖、凝灰硅質巖及凝灰質粉砂巖夾灰巖。上部為凝灰安山巖、凝灰巖、火山角礫巖膨潤土。該地層在井田北部和東部有局部出露，組成該礦區的沉積基底。總體上劃分為弱富水性含水層。

2.2 隔水層

井田范圍內隔水層共2層：下侏羅統三工河組相對隔水層G1，巖性上部為灰色、深灰色粉砂巖、泥巖互層，夾菱鐵礦薄層及中粗砂巖透鏡體，下部為粉砂巖、細砂巖互層，底部含薄層煤或炭質泥巖；三疊統上部隔水層G2，為一套灰綠、黃綠色粉砂巖、細砂巖夾薄層雜色泥巖、灰綠色砂巖、粗砂巖，局部夾似層狀或凸鏡狀泥灰巖。

2.3 不透水層

第四系全新統（Qhpl）洪積透水不含水層（T1），井田內第四系除去H0 含水層之外的部分，以礫卵石為骨架，充填細、粉砂巖，厚度0～40m。因其補給源貧乏，不存在儲水構造而成為透水而非含水層(T1)。

3 充水水源

3.1 大氣降水

井田范圍屬淺切割的侵蝕剝蝕低山丘陵區，干旱—半干旱氣候決定了平均降雨量僅20.3mm，而蒸發量則為5826.2mm，故大氣降水對礦井充水甚微。

3.2 地表水

區內地形西北高，東南低，相對高差約340m。相對最低侵蝕基準面標高約+800m。地表水系發育有井田西界以西0.4km 克爾堿溝，常流量0.12～0.21m3/s；溝底標高+830～+800m。春季融雪期水量較大，最高洪峰出現在7～8 月，最大洪水流量為88.73m3/s。由于井田范圍內之前小煤礦開采所造成的影響，克爾堿溝的地下水通過地下巷道系統由西向東運移，使地表水成為礦井的直接充水水源或間接充水水源。通過測算，側向補給約2000m3/d。

3.3 地下水

井田內含煤地層以上地下水富水性弱至中等，含煤地層含水層基本上是煤層的直接充水含水層，侵蝕基準面以上的煤層頂板砂巖含水層，水量小，富水性弱，平硐開采易于排水。侵蝕基準面以下煤層頂板含水層均為承壓水，富水性弱至中等，易于疏干，對開采造成危害小。

3.4 老空水

3.4.1 采空區

通過物探手段加之鉆孔驗證，確定井田內共4處采空區。CKTX-1 位于東西長約700m，南北寬約200～250m，面積約0.153km2，采空垂深40～150m；CKTX-2東西長約710m，南北寬約75～125m，面積約0.078km2，采空垂深40～90m；CKTX-3 東西長約825m，南北寬約100～200m，面積約0.128km2，采空垂深40～150m；CKTX-4 東西長約750m，南北寬約80～285m，面積約0.162km2，采空垂深40～230m，見圖2。

圖2 采空區綜合成果圖

經估算井田內采空區積水量為832631m3，采空區積水量較大。因此后期防止礦井涌水量增加，同時伴有礦井突水或突固的可能性，建議制定有預防預控措施（預留煤柱，采空區鉆探放水等），對于老窯出水情況應進行實時觀測、記錄，發現異常及時解決，堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，嚴防老窯積水涌入礦井的可能。

3.4.2 火燒區

火燒區呈橢圓形的帶狀分布（圖1），頂板埋深在1.58～6.69m，延深在45～64.8m，向南傾，傾角35°～40°，地表投影面積約0.035km2。驗證鉆孔8-6 煤層頂底板多為粉砂巖、細砂巖，烘烤巖底板33.05m，燃燒的煤層為西山窯組5-2 煤層，5-1 煤層頂底板巖石比較干燥，煤層未見燃燒、熱異常等情況，鉆孔水位埋深29.50m，水位標高755.85m，結合物探成果，井田內煤層火燒區范圍較小，說明火燒區巖層含水性微弱，透水性差。

4 充水通道

井田充水通道主要是煤層開采形成的冒落、冒裂裂隙，其次為原生結構面裂隙，局部為斷層裂隙。

4.1 垮落帶導水裂隙

通過經驗公式經計算，當前主要開采的煤層垮落帶、導水裂隙帶高度計算結果見表2：5-1 煤層垮落帶高度1.36～27.6m，導水裂隙帶最大高度9.89～102.28m；4-2 煤層垮落帶高度1.20～27.72m，導水裂隙帶最大高度9.33～102.71m；KB 煤層垮落帶高度1.24～19.24m，導水裂隙帶最大高度9.47～72.85m；通過測算的導水裂隙帶最大高度經與煤層間距進行比較，可以看出，井田內局部地段下部煤層導水裂隙帶與上層煤層采空區相互溝通，因此在下部煤層的施工和設計過程中，應考慮上部采空老窯積水對礦井生產的危害。

表2 垮落帶、導水裂隙帶高度統計表

4.2 斷層導水性

井田內斷層較多，以壓性逆斷層為主。除井田北部的F1逆斷層斷距大于370m外，其他斷層斷距一般2～66m。井田東部已揭穿f57斜交逆斷層，最大垂直斷距66m，斷層帶含水層厚度18.99m，在157.44～217.51m 試段中，水位高出地表1.15m，抽水降深35.46m，統徑統降單位涌水量0.008716L/(s·m)，滲透系數0.0588m/d，水化學類型SO4·Cl-Na，礦化度4044mg/L。井田北部揭穿的F1斷層，在3.31～46.75m試段中，抽水降深32.43m，統徑統降單位涌水量0.01113L/(s·m)，滲透系數0.02733m/d，水化學類型Cl·SO4-Na，礦化度12793mg/L。表明斷裂帶內承壓水頭較高，富水性及導水性弱。但在煤層開采臨近斷裂時，還應該注意觀測礦坑涌水量的變化，防患于未然。

4.3 不良封閉鉆孔

井田內累計施工140余個探煤鉆孔，一般鉆孔均按要求全孔封閉，盡管現有資料中未發現封閉不良鉆孔，由于施工年代跨度大，封閉質量難以保證。因此封閉不良鉆孔也可能是導水通道。

5 結論

（1）井田范圍內充水水源有地表水、地下水、老空區積水等3類。地表水和第四系潛水含水層等上部含水層水，以及克爾堿溝為礦井的間接充水水源。雨季期間應對煤礦防治水工作進行全面檢查，加強雨季巡查工作，儲備足夠的防洪搶險物資，對檢查出的事故隱患，應當制定措施，防止地表洪水涌入井下造成突水事故。

（2）井田內西山窯組H2的裂隙承壓水及八道灣組H3這些裂隙承壓水雖具有一定的水頭壓力，但在天然狀態下其富水弱—中等弱，易于疏干，為礦井充水的主要水源對煤層開采不會造成大的威脅。

（3）井田內充水通道有頂板垮落帶、導水裂隙帶、底板巖層破壞裂隙、斷層裂隙帶和封閉不良鉆孔等形式，其中以頂板垮落帶、導水裂隙帶為主要充水通道，斷層導水也有一定的危害。

（4）第四系潛水含水層、地表水對礦井生產影響較小；上部H1、H2 砂巖裂隙含水層均為富水性弱—中等的含水層，厚度較薄，不會形成大的突水；老空水含水量較大，在導水構造的影響下，如若與地表水流溝通，或者在開采溝通的情況下，礦井將面臨突水的威脅。在后期開采過程中，側向補給水、老空水將會影響礦井的正常生產，故需采取有針對性的防治水措施。