门克庆井田水文地质条件分析

李春旭

（中煤能源集团公司 华盛一公司，河北 邯郸 056004）

1 矿井概况

门克庆煤矿位处鄂尔多斯高原的东北部，陕北黄土高原的北缘，毛乌素沙地的东北边缘地带，属高原沙漠地貌景观。区内全被第四系风积砂所覆盖，总地势东北高，西南低，地形较为平坦、宽缓，地形高差不大，一般仅为10m左右；区内地表水系不发育，无水库、湖泊等地表水体；区内降水量偏小，年最低降水量150.2mm，最高降水量432.2mm；蒸发量较大，多年平均蒸发量为2316mm。先期开采煤层为2、号3号煤，开拓方式为立井单水平开拓。

2 井田水文地质条件

2.1 井田含水层概述

门克庆井田地处鄂尔多斯台向斜盆地裂隙地下水系统的东北部，东胜隆起区的中东部。据区域资料分析，该系统分布范围很广，推测其北界以盆地边缘为界，为地下水补给边界；南界地势低，为排泄边界；东部与西部分别以盆地边缘为界，推测为相对阻水边界。

井田内除第四系松散岩类孔隙潜水含水层外，其下伏基岩为白垩系志丹群和侏罗系安定组、直罗组、延安组裂隙承压水含水层。各组裂隙含水层的承压水头较高。

1）白垩系志丹群孔隙、裂隙承压水含水层，隐伏于第四系松散层之下含水层以中粗粒砂岩为主，因属河流相堆积，结构较为疏松，孔隙、裂隙相对发育，加之地层埋藏较浅，使得含水层的补、蓄条件相对良好，赋存较丰富的裂隙承压水。据抽水试验，含水层厚度27.43～99.31m，平均 51.80m，单位涌水量为 0.1786～0.5661L/s·m，富水性中等。

2）侏罗系安定组裂隙承压水含水层

该含水层隐伏于白垩系志丹群之下，平均埋深390.41m，属中深埋区。地层分布较为连续、稳定，是由一套砂质泥岩、泥岩、粉砂岩与中细粒砂岩等互层组成。其中，含水层是以其碎屑岩中的细粒砂岩及局部所夹薄层中粒砂岩为主，砂质结构，块状构造，矿物成分以石英长石为主，含量约占80%左右，次为泥质。安定组是以泥质岩即隔水层为主，含水层约占地层总厚度的33.58%左右，在含水层段局部岩石较为破碎，一般较为完整，因岩石颗粒较细，结构致密，泥质成份偏高，因此裂隙发育程度一般较差，且多泥砂质充填，胶结程度较好，裂隙的开启程度相对不佳，连通性不好，从总体上看，反映为弱含水层的发育特征。

从地层组合结构看，为砂岩与泥质岩相互叠置的互层结构，这种地层结构组合，在垂向上或水平上限制了地下水的补给作用，加之砂岩难溶成分含量高，盐溶化作用微弱，泥质偏高及裂隙不甚发育等原因，地下水的补给来源有限，径流条件较为滞缓，水交替作用不强，加之该组地层及其含水层的累计厚度相对较薄等原因，使得安定组含水层的富水性相比上覆志丹群含水层有所变弱。

安定组裂隙含水层系侏罗系延安组上段（J2y3）2#煤开采矿井间接充水含水层。由于含水层粒度较小，多以细粒或局部中粒砂岩为主，裂隙发育程度相对较差，且含水层累计厚度相对较薄，以及地下水补给条件及其径流条件等限制，使得安定组含水层的发育程度和富水性相比其上覆裂隙水含水层明显变差。但从矿井防治水角度出发，可有效地抑制上覆志丹群孔隙、裂隙水的下渗越流补给作用。由此分析认为，安定组含水层富水性弱，对减小2#煤组开采顶板涌水及矿井防治水是有利的。

3）侏罗系安定组至2#煤顶裂隙承压水含水层，其顶界埋深在326.50～460.95m，属深埋区。地层分别由侏罗系中统安定组（J2a）、直罗组（J2z）和中统延安组上段（J2y3）一套砂质泥岩、泥岩、粉砂岩、细粒砂岩、中粒砂岩及粗粒砂岩所组成，地层分布连续、稳定。其中，主要含水层是以直罗组及延安组上段中粒砂岩和粗粒砂岩为主，砂质结构，块状构造，矿物成分以长石石英为主，含少量泥质或微含泥质。据统计，此段地层累计间距为216.32～328.33m，平均为276.17m；含水层出水段累计厚度为35.27～110.25m，平均为78.60m，含水层厚度约占地层总厚度的28.46%左右。

据钻孔岩心鉴定及结合钻探施工情况分析，含水层（出水段）岩石结构一般较松散，因岩石破碎采取率偏低，孔壁掉块也时有发生；从总体情况看，砂岩裂隙较为发育。据不完全统计，裂隙率在1.5～3.2%左右，开启程度大部良好，部分较差，多为砂泥质半充填，部分全充填，连通性一般良好。由于砂岩裂隙的发育，为裂隙地下水补给、赋存和聚集创造了一定条件。单位涌水量0.0608～0.2068L/s.m，渗透系数0.0717～0.3062m/d，富水性一般中等，局部富水性弱。

2.2 含水层与隔水层分布规律及特征

门克庆井田白垩系志丹群及其下伏侏罗系各组（段）皆为泥质岩隔水层与砂岩含水层在垂向上呈相互叠置的组合结构。其中，隔水层是以泥岩、砂质泥岩及粉砂岩为主，隔水层的累计厚度约占地层总厚度的35.23%～51.19%左右，加之细粒砂岩也占一定的比例，且具有一定的隔水性能。据分析，隔水层的粘土及细颗粒成分较高，一般情况下，隔水性能及抗阻水能力良好。

2.3 裂隙承压水补径排条件

裂隙含水层地下水的补给来源，除白垩系志丹群在区外局部裸露区直接接受大气降水入渗及上覆第四系孔隙水的入渗越流补给外，均以侧向径流补给为主，在垂向上其上覆裂隙水的越流补给量甚微。其径流方向与区域裂隙水的水动力条件密切相关，并遵循了区域裂隙水的运动方向，即由北向南径流。其排泄方式是以侧向径流为主，即沿地势下跌方向由北向南流出区外，补给邻区含水层中地下水。此外，矿井排水、人工凿井取水也是排泄方式之一。

3 矿井充水因素分析

门克庆井田矿井充水水源主要来自地下水。其中，延安组2#煤层顶板直接充水水源主要来自延安组、直罗组及安定组中粗粒砂岩水，富水性相对较好，一般可达中等，局部较弱，存在顶板透水的可能性，是矿井主要充水含水层；2#煤底板直接充水水源主要来自2#煤至3#煤顶中、粗粒砂岩水，富水性弱，对煤层开采影响不大；延安组3#煤层顶板直接充水水源主要来自2#煤至3#煤含水层之间中细粒砂岩水，富水性弱，但含水层之间具有一定的水力联系，对煤层开采会产生一定影响；3#煤底板直接充水水源主要来自3#煤至6#煤含水层之间中粗砂岩水，富水性弱，对3#煤开采不会造成较大影响；6#煤层顶、底板直接充水水源分别来自3#煤至6#煤含水层之间中粗砂岩水，以及三叠系碎屑岩承压水，富水性均很弱，在没有采空区及老窑的情况下，不会对6#煤开采造成较大影响。

另据调查，井田及周边目前尚无老空区及生产煤矿及小煤窑的分布。

4 对矿井开采受水害影响程度分析

据已取得的勘探试验资料分析，侏罗系各时代含水层富水性弱-中等；各裂隙承压水含水层之间的水力联系一般较弱；据多孔及群孔抽水试验，观测孔水位动态瞬时影响速率缓慢，水位降深较小，且水位恢复缓慢；据裂隙承压水含水层水化学分析资料表明，其中阳离子成分均以Na+离子含量为主，说明含水层之间在垂向上水力联系微弱，仅在区外含水层发生较弱的倾向水力联系，同时表现出地下水动力条件为弱径流型的水文地质特征。

综合上述分析认为，井田范围内各煤层开采时，发生重大突水或淹井事故可能性小，经过疏水降压，将疏排水措施落实到位，是能够确保矿井安全生产的。

5 矿井充水条件分析

5.1 矿井充水水源

由于勘探区范围内未见大型河流、湖泊，且煤层埋藏较深，煤层采掘导致的采动裂隙预测不会波及地表，河流及沟溪相距煤层较远，且有厚层的泥质岩层相隔，无通道相连，故地表水及大气降水对煤层开采基本没有影响。矿井充水水源主要来自地下水。

2#煤顶板直接充水水源主要来自安定组至2#煤顶板间中、粗粒砂岩水，含水层（出水段）累计厚度35.27～110.25m。含水层以中、粗粒砂岩为主，侏罗系含水层富水性一般中等，局部弱富水，单位涌水量为0.0608～0.2068L/s·m。2#煤顶板直接充水含水层富水性相对较好，渗透性相对较强，存在顶板透水的可能性，是矿井主要充水含水层。

顶板间接充水水源主要来自白垩系志丹群中、粗砂岩裂隙水，含水层（出水段）累计厚度 27.43～99.31m，单位涌水量 0.2020～0.6452L/s·m，为中等富水。志丹群含水层底部与2#煤顶板之间间距216.32～328.33m，隔水层累计厚度61.18～178.43m，平均134.94m。隔水层累计厚度约占地层总厚度的49.00%左右。另据分析，志丹群与下伏基岩侏罗系含水层水力联系微弱，因此认为，志丹群间接充水含水水源不会对矿井生产造成较大影响。

第四系风积砂孔隙潜水，也同为2#煤顶板间接充水水源，且含水层富水性极强。第四系底板与2#煤顶板之间间距为591.40～644.43m。其间有志丹群及J2a至2#煤的厚层泥质岩作为隔水层，加之第四系与K1zh含水层之间水力联系微弱，因此不会对2#煤开采造成影响。

5.2 矿井充水途径

上述地下水充水水源能否进入矿井，主要取决于开采煤层及围岩的埋藏条件，以及孔隙、裂隙的发育、连通程度等。特别是在带压开采的情况下，白垩系及侏罗系砂岩裂隙水能否造成矿井重大突水和淹井事故，主要取决于是否存在地质构造破坏，沟通了含水层之间的水力联系等。

（1）导水断层或构造破碎带充水通道

根据已有资料及本次勘探资料，井田构造属简单类型。其构造形态总体为一向西倾斜的单斜构造，未发现断层和陷落柱构造。

（2）人工裂隙充水通道

门克庆井田目前尚未开采，设计拟矿井采用立井开拓方式，采空区采用顶板全部垮落法管理。在今后矿井开采过程中，由于采煤造成岩层或地面塌陷，形成采动裂隙通道，从而破坏了煤层顶、底板隔水层的稳定性，沟通了上覆及下伏含水层中地下水进入矿井的天然屏障，使得地下水、地表水或上部煤层采空区积水，以及塌陷区的大气降水进入矿井。同时在采掘过程中，在底部含水层的水头压力及矿山压力共同作用下，可能突破底板隔水层形成人工采动裂隙通道，导致底板水涌入矿井。

（3）封闭不佳钻孔导水通道

历史上封闭不佳的废弃钻孔往往形成下伏或上覆含水层的导水通道。为防止钻孔突水，应分析判定封孔质量；对查出的封闭不良钻孔，应建立台帐，并根据不同情况，在与采掘工作面相遇前，采取扫封孔、井下探水或留设防水煤柱等方法避免封闭不良钻孔而引发突水。

6 结语

门克庆矿主要充水水源为顶板砂岩裂隙水，虽然直接充水含水层的富水性中等到弱，但白垩系间接充水含水层的富水性相对较好，煤层开采的冒落裂隙带高度是否能发育到白垩系至关重要。随着开拓范围的扩大，采空区增多，多种水害类型显现。为了确保矿井安全，必须从根本上消除和治理威胁安全生产的各类隐患，实施煤矿水害的防治措施，开展矿井防治水工作，必须加强矿区水文地质条件和防治水分析研究。