顾桥矿北一采区深部充水因素分析

李中祥

摘 要：文章通过对矿区深部水文地质条件研究与矿井充水因素的分析，明晰了矿井北一深部采区开采的直接水源是可采煤层顶板冒落带、裂隙带和底板扰动带的砂岩裂隙水，以及充水通道、充水强度对开采充水的影响。

关键词：水文地质条件；采区深部；充水因素分析

中图分类号：TD8 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）21-0192-02

引言

顾桥矿位于淮南煤田基岩水文地质分区的中区单元。以石灰岩为主的岩溶裂隙含水层裸露区，受大气降水补给，地下水以垂直运动为主。除局部松散层中、下部含水层直接覆盖含煤地层而存在补给关系外，其余大都具储存量消耗型特征，煤系地下水基本处于停滞状态。本文通过分析充水水源、充水通道及充水强度因素，从而为矿井深部建设及防治水提供了水文地质依据。

1 北一采区深部充水水源及分析

矿井北一深部采区开采的主要充水水源有新生界砂层孔隙水、煤系砂岩裂隙水、太原组灰岩岩溶水和老空水。

1.1 新生界砂层孔隙水对开采充水影响

钻探揭露补勘区新生界厚度317.5～386.0m，基岩面起伏不大；新生界下部中新统（N11）含砾砂层孔隙含水层（组）直接覆盖在煤系基岩上，据《顾桥矿矿井地质报告》单位涌水量为0.524～1.935L/s.m，砂层孔隙水可间接渗入补给煤系和灰岩，在天窗区对煤系砂岩裂隙含水层（组）作垂直补给，是矿井充水主要补给来源，补给量受基岩风化带渗透性控制。矿井北一深部采区主采煤层距上覆新生界砂层孔隙含水层（组）较远，开采时导水裂隙带发育高度达不到松散含水层（组）。因此新生界砂层孔隙含水层（组）水对开采充水无直接影响。

1.2 煤系砂岩裂隙水对开采充水影响

1.2.1 基岩风氧化带发育情况及对开采充水的影响

钻探揭露风氧化带厚度26～59.5m，岩性一般以砂岩、泥岩交互沉积为主。见基岩风氧化带发育特征表，基岩风氧化带岩性一般主要以砂岩、泥岩交互沉积为主。虽岩石裂隙发育，岩芯破碎，但砂质泥岩、泥岩层致密、有一定的发育厚度，阻隔了上覆新生界砂层孔隙含水层（组）水的渗透补给。

1.2.2 基岩砂岩裂隙水对开采充水的影响

煤系砂岩裂隙水是矿井北一采区深部煤层开采直接充水水源。裂隙水一般分布于一层或数层泥岩、砂质泥岩和粉砂岩间，正常情况下彼此间无水力联系，但与断层和裂隙导通时才可能发生水力联系，接收上覆松散层含水层（组）的渗流补给。采掘空间形成“三带”范围内的砂岩裂隙含水层（组）水会直接向矿坑充水，是矿井北一采区深部煤层开采的主要水害。煤系砂岩层一般裂隙不发育，分布不稳定，富水性差异较大。

本区11-2煤层导水裂隙平均高度约50m，在导水裂隙带内砂岩厚19.7～41.55米，平均厚28.08m，岩性局部为厚层状中粗砂岩，裂隙发育，富水性好，是11-2煤层采掘工作面的直接充水水源。

本区13-1煤层导水裂隙带平均高度约80m，在导水裂隙带内砂岩厚6.55～46.81m，平均16.64m，岩性局部为厚层状中粗砂岩，裂隙发育，富水性好，是13-1煤层采掘工作面的直接充水水源。

正常情况下，砂岩裂隙含水层（组）水对煤层开采威胁并不严重。对矿井历次抽水试验、矿井投产以来采掘出（突）水情况和矿区生产矿井出水点水量变化趋势分析，都表明煤系砂岩裂隙含水层含水性弱，补给水源贫乏，以储存量为主的特点，矿井北一采区深部大中断层较发育，煤系岩相变化大。在断层附近，各含水层的富水性将大大增强。由于断层的存在，上、下盘砂岩含水层可能因错动对接而发生直接或间接的充水影响，因此本区回采时，需留设足够的断层防水煤柱。

在局部坚硬砂岩裂隙发育区段和因断层切割的构造裂隙发育区段，特别是13-1、11-2、8、6-2、4-2、1煤层顶板砂岩直覆区段富水性较强，导水性较好，一旦井巷工程施工接近或煤层开采时，可能瞬间出水，造成危害或影响安全生产环境。

1.2.3 太原组灰岩岩溶裂隙水对开采充水影响

矿井北一采区深部太原组第一层灰巖距1煤层底板间距10～19m，平均间距16m，灰岩水对第一开采水平（-850m）的水头压力约为8.1MPa，对二水平（-1000m）的灰岩水水头压力约10.3MPa。在自然状态下，无水流补给矿井，当开采1煤层时失去水力均衡作用的条件，1煤层底板因超过强度极限而破裂，引起底鼓，导致灰岩水突入矿井。尤其是断层切割煤系地层使主采煤层与灰岩间距变小，或使煤层与灰岩直接对口，高水头灰岩水则通过断层带导水通道或直接突入矿井，对1煤层开采构成威胁。灰岩岩溶裂隙水富水强、补给丰富，成为北一深部采区1煤层开采的水害隐患。故1煤层开采前，必须对灰岩岩溶裂隙水进行疏水降压。

本区开采的11-2、13-1煤层距下伏太原组灰岩、奥陶系灰岩较远，不受下伏灰岩水的直接影响。

2 北一采区深部充水通道及分析

北一采区深部煤层开采充水通道主要有原生节理和裂隙、断层、采煤冒落及导水裂隙带、封闭不良钻孔等。

2.1 原生节理和裂隙导水

煤系砂岩裂隙水是矿井北一采区深部煤层开采直接充水水源。钻探表明，补勘区内砂岩节理、裂隙较发育，且具非均一性，富水性差异较大。这些裂隙沟通上覆、下伏含水层（组）与煤层的水力联系，构成充水通道。

北一采区深部主采13-1、11-2、8、6-2、1煤层存在或大面积存在老顶砂岩直覆、直顶砂粘岩较薄而老顶砂岩巨厚的情况。此类砂岩顶板裂隙发育，富水性强，砂岩裂隙水主要通过砂岩层原生裂隙、构造裂隙及开采覆岩破坏形成的裂隙等充入井巷和工作面，造成出（突）水。

2.2 断层导水

北一采区深部大中型正断层较发育，且断层交错切割。断层带一般被泥质岩和粉、细砂岩碎块充填胶结，断层及周边裂隙本身就可能含水，成为相对富水区；同时也能导通各个含水层向采掘空间充水，构成向矿井充水的水源和通道，一般断层可能造成采掘空间出现淋水和小股涌水，但出水量衰减快，易疏干。

2.3 采煤冒落及导水裂隙带导水

北一采区深部各主采煤层大面积开采时，可导致发育大量的冒落裂隙和导水裂隙，这些裂隙也是沟通含水层（组）与煤层的良好通道，但开采埋藏深，留设了足够的防水煤柱，导水裂隙带一般不波及上覆新生界含水层，但今后开采B组煤需防范导水裂隙带沟通上覆煤层采空区，若不超前进行探放，上覆煤层老空水可通过导水裂隙带充入工作面。

3 北一采区深部充水强度分析

矿井北一采区深部主采煤层埋深较深，开采时导水裂隙带发育高度达不到松散含水层（组）。因此新生界砂层孔隙含水层（组）水对开采充水无直接影响。

煤系砂岩裂隙含水层（组）正常情况下与上覆松散层含水层（组）无水力联系，只有在断层和裂隙导通的情况下才接受上覆松散层含水层（组）的渗流補给。

煤系砂岩裂隙水可通过裂隙或断层导水，煤系砂岩含水层（组）富水性弱，补给水源极有限，具存储消耗性特征，充水强度一般。但主采13-1、11-2、8、6-2、4-2、1煤层顶板局部砂岩裂隙发育区段，富水性强，充水强度较强。

太原组灰岩岩溶含水层（组）富水性中等～强。灰岩水主要通过断层或封闭不良钻孔导水。补勘区钻孔未发现断层破碎带漏水，其主要表明以泥质岩类充填的断层破碎带起阻水作用。但当断层切割1煤层及太原组灰岩时，地下水力均衡失去平衡，其抗压强度比正常岩层小，高压含水层（组）水将通过断层破碎带突入矿井，且充水强度较强。

4 采区深部充水因素综述

顾桥矿北一采区深部矿坑充水，上与松散层、基岩风化带含水层无直接关系，下与太灰岩溶裂隙水不发生直接联系，但灰岩岩溶裂隙水富水强、补给丰富，1煤层底板可能在失去水力均衡作用的条件下，因超过强度极限而破裂，引起底鼓，导致灰岩水突入矿井，成为北一深部采区1煤层开采的水害隐患。如果南、北两翼边界断层留设有足够的防水煤柱，则煤系砂岩裂隙水是矿井北一采区深部煤层唯一充水水源。由于煤系地层中各层位砂岩含水层之间没有直接联系，所以，矿坑充水的直接水源只能是可采煤层顶板冒落带、裂隙带和底板扰动带的砂岩裂隙水，且煤系砂岩裂隙水及太原组灰岩岩溶含水层（组）富水性较强。

参考文献：

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[3]李德忠，赖达金.工作面顶板砂岩裂隙水综合防治技术[J].煤炭科学技术，2004（03）.