譚海亮

摘要：唐家會(huì)礦區(qū)位于鄂爾多斯高原東北部，準(zhǔn)格爾煤田中部，區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富。由于水文地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造比較發(fā)育，給礦區(qū)安全生產(chǎn)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)對(duì)礦區(qū)的水文地質(zhì)條件分析，認(rèn)為礦井主要充水水源為大氣降水、第四系孔隙水、白堊系保安群孔隙裂隙水、石炭一二疊系砂巖裂隙水、奧陶系巖溶裂隙水。地下水補(bǔ)給來(lái)源以大氣降雨滲入為主，地表水滲漏補(bǔ)給為輔。充水通道主要為斷層、陷落柱以及導(dǎo)水裂縫帶、煤層底板礦壓破壞帶和封閉不良鉆孔。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)條件；礦井充水條件；充水水源；充水通道

1.礦區(qū)概況

唐家會(huì)礦區(qū)位于鄂爾多斯高原東北部，準(zhǔn)格爾煤田中部，井田為一不規(guī)則多邊形，南北最長(zhǎng)約8.5km，東西最寬約5.10km，面積約28.52km²。其中石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組為主要含煤地層，主采煤層為6號(hào)煤層。地形總體為北高南低，一般海拔標(biāo)高為1220m～1300m，屬于典型的黃土高原地貌。

2.地質(zhì)概況

井田內(nèi)大部被第四系覆蓋，但在溝谷兩側(cè)及溝掌，亦有基巖出露，根據(jù)地形地質(zhì)填圖成果及鉆孔揭露和巖煤層對(duì)比結(jié)果，井田地層由老至新有：奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組、石千峰組、白堊系下統(tǒng)保安群、新近系上新統(tǒng)、第四系。

井田位于窯溝背斜的西翼，地層走向NNE，傾向NWW，為傾角<10°，一般為5°左右的單斜構(gòu)造。在井田北部首采區(qū)發(fā)育有次一級(jí)的波狀起伏，波幅最大30m，走向基本呈東西向稍偏南。利用地震模型正驗(yàn)、多重地震性屬性綜合分析得出井田內(nèi)褶皺及斷層較為發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜。

3.水文地質(zhì)條件

3.1主要含水層

根據(jù)含水層的巖性特征和儲(chǔ)水空間的性質(zhì)，單元內(nèi)自上而下可劃分為以下四大含水層：即第四系松散層潛水含水層；白堊系下統(tǒng)保安群孔隙、裂隙含水層；石炭系～二疊系砂巖裂隙含水層；奧陶系中統(tǒng)馬家溝組巖溶裂隙含水層。

3.2地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

唐家會(huì)井田位于寒武系—奧陶系碳酸鹽巖巖溶含水層系統(tǒng)天橋泉域的西北部，是一個(gè)完整獨(dú)立封閉全排型的水文地質(zhì)單元。井田位于東部黃河西岸3km～6km的泥沙充填帶以西，構(gòu)造裂隙、溶蝕裂隙發(fā)育，徑流通道較為暢通，龍口水庫(kù)和萬(wàn)家寨水庫(kù)建成后水位抬升近8m，說(shuō)明區(qū)內(nèi)巖溶地下水有利于接受黃河地表水的滲漏補(bǔ)給。因此，本區(qū)地下水補(bǔ)給來(lái)源以大氣降雨滲入為主，地表水滲漏補(bǔ)給為輔。

唐家會(huì)井田位于窯溝→龍王溝→黑岱溝南至榆樹(shù)灣強(qiáng)徑流帶中，該徑流帶地下水流向自北東向南西，自北向南，水力坡度0.04‰～10‰左右，在龍口、河畔、天橋等處以泉群的形式排泄。

4.礦井充水條件分析

礦井充水因素是指煤礦開(kāi)采過(guò)程中，各種來(lái)源的水通過(guò)不同的方式和途徑進(jìn)入礦井的過(guò)程，其特征由充水水源、充水通道和充水強(qiáng)度等因素所決定。

4.1充水水源

4.1.1頂板充水水源

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，唐家會(huì)煤礦6煤導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度為114.19m～624.00m，6煤距4煤28.05m～71.93m，距K8砂巖55.84m～133.96m，距白堊系底板202.60m～487.03m，距第四系底板378.85m～523.05m，在一盤(pán)區(qū)、二盤(pán)區(qū)西部、中部和南部部分地段導(dǎo)水裂縫帶高度發(fā)育到白堊系、第四系甚至地表，其他地段導(dǎo)水裂縫帶高度發(fā)育到白堊系與4煤之間。因此，一盤(pán)區(qū)、二盤(pán)區(qū)西部、中部和南部6煤頂板直接充水水源為大氣降水、第四系孔隙水、白堊系保安群孔隙裂隙水和二疊系砂巖裂隙水；其他地段直接充水水源為二疊系砂巖裂隙水，間接充水水源為白堊系保安群孔隙裂隙水、第四系孔隙水和大氣降水。

4.1.2底板充水水源

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，6煤底板標(biāo)高+748.02m～+802.58m，奧灰水水位標(biāo)高+869.5m～+871.5m，井田內(nèi)6煤均位于奧灰水位以下，屬帶壓開(kāi)采。煤層底板隔水層厚度一般為33.69m～88.79m，承受的水壓值為1.166MPa～1.930MPa，突水系數(shù)為0.020MPa/m～0.043MPa/m。因此，奧灰水為6煤底板間接充水水源，一般以斷層破碎帶導(dǎo)通奧灰水為主，如2014年5月28日井筒掘進(jìn)揭露斷層時(shí)發(fā)生突水，初期突水量達(dá)500m³/h，突水水源為奧灰水。

4.1.3采空區(qū)積水

根據(jù)調(diào)查資料，唐家會(huì)煤礦內(nèi)沒(méi)有老窯分布。但是隨著生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，工作面接近礦區(qū)邊界時(shí)，煤礦要隨時(shí)調(diào)查周邊礦井的生產(chǎn)情況，防止其破壞保護(hù)煤柱或越界開(kāi)采，防止周邊老窯水對(duì)本礦井產(chǎn)生突水影響。

4.2充水通道

4.2.1斷層

根據(jù)現(xiàn)有勘探資料，一盤(pán)區(qū)、二盤(pán)區(qū)內(nèi)主要有井下揭露的40余條斷層、三維地震精細(xì)解釋的90條斷層。一盤(pán)區(qū)、二盤(pán)區(qū)中西部DF2斷層組和中東部DF11斷層組含導(dǎo)水性強(qiáng)。

井下探放水鉆孔資料顯示，正常地段探放水鉆孔的涌水量較小，而接近DF11斷層時(shí)，探放水鉆孔的涌水量明顯增大，最大可達(dá)100m³/h。水質(zhì)分析表明，距DF11斷層越近，Cl^-、Na⁺含量及礦化度含量越高，接近奧灰水水質(zhì)特征，這充分說(shuō)明斷層導(dǎo)通了6煤底板奧灰水。

因此，斷層破碎帶可成為上部白堊系志丹群孔隙裂隙水及底板奧灰水的充水通道，對(duì)礦井開(kāi)采影響較大。

4.2.2陷落柱

根據(jù)以往資料，唐家會(huì)煤礦發(fā)育疑似陷落柱X1，物探顯示陷落柱在煤層附近及奧灰地層低阻異常區(qū)明顯，具有一定的含水性，可成為礦井的充水通道。因此，建議在煤層回采過(guò)程中應(yīng)對(duì)陷落柱進(jìn)行防治水工作。

4.2.3頂板導(dǎo)水裂縫帶

6煤頂板導(dǎo)水裂縫帶最大高度在114.19m～624.00m。一盤(pán)區(qū)、二盤(pán)區(qū)西部、中部和南部的部分地段溝通了第四系孔隙水、白堊系保安群孔隙裂隙水、二疊系砂巖裂隙水，其他地段溝通了二疊系砂巖裂隙水。

因此，一盤(pán)區(qū)、二盤(pán)區(qū)西部、中部和南部的部分地段第四系孔隙水、白堊系志丹群孔隙裂隙水、二疊系砂巖裂隙水通過(guò)導(dǎo)水裂縫帶進(jìn)入礦井，其他地段二疊系砂巖裂隙水通過(guò)導(dǎo)水裂縫帶進(jìn)入礦井。

4.2.4底板礦壓破壞帶

筆者采用以下底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度的計(jì)算公式，計(jì)算了6煤底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶。

計(jì)算公式：

h1=0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579

式中：H—開(kāi)采深度。選用各鉆孔的統(tǒng)計(jì)資料；α—煤層傾角。煤層傾角一般地段為5°左右；L—工作面斜長(zhǎng)。工作面斜長(zhǎng)為240m。

根據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，得出6煤底板礦壓擾動(dòng)破壞深度為25.88m～27.27m。由于6煤底板隔水層厚度為33.69m～88.79m，有效隔水層厚度則為7.15m～62.24m。

正常地段開(kāi)采6煤時(shí)，突水系數(shù)小于0.06MPa，奧灰水將不會(huì)通過(guò)采動(dòng)裂隙進(jìn)入礦井；但由于構(gòu)造部位有效隔水層厚度變薄，突水系數(shù)增大，且?jiàn)W灰水與上部砂巖含水層存在一定的水力聯(lián)系，構(gòu)造地段可能通過(guò)采動(dòng)裂隙增大斷層帶的破壞程度，對(duì)煤層開(kāi)采產(chǎn)生奧灰水突水威脅。

4.2.5封閉不良鉆孔

礦區(qū)內(nèi)不同時(shí)期施工鉆孔較多，鉆孔封閉質(zhì)量參差不齊，部分鉆孔由鉆孔底部至最上可采煤層頂板以上50m和孔口以下20m共2段用水泥砂漿封閉，其余地段用稠泥漿灌注。這些鉆孔由于后期采動(dòng)影響，尤其是冒落式采煤的影響，下段封堵區(qū)段有可能處于冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶之中，失去阻水性能，鉆孔即將會(huì)與上部含水層、破碎帶相溝通，形成導(dǎo)水通道，積水在動(dòng)壓和靜壓的作用下造成采區(qū)上面舊采跡、含水層中存在的積水潰入井下，釀成水災(zāi)事故。

由于封閉不良鉆孔在垂向上串通了多個(gè)含水層，所以一旦發(fā)生該類(lèi)導(dǎo)水通道的突水事故，不僅突水初期水量大，而且有比較穩(wěn)定的補(bǔ)給量。井田內(nèi)及周邊有50個(gè)揭露灰?guī)r鉆孔，白堊系孔隙裂隙水及奧灰水富水性強(qiáng)地段的鉆孔應(yīng)引起高度重視。

4.3礦井充水強(qiáng)度

4.3.1地表水充水強(qiáng)度

由于井田內(nèi)溝谷發(fā)育，地表水季節(jié)性很強(qiáng)，旱季一般無(wú)水，在雨季大雨過(guò)后會(huì)形成短暫的洪水，很快就會(huì)變成溪流，對(duì)礦床充水可造成一定的影響。井田內(nèi)部分地段6煤導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育至第四系及地表，在地面易產(chǎn)生塌陷。煤層的開(kāi)采增加了礦井接受地表水補(bǔ)給的通道，大氣降水經(jīng)地面塌陷、地表裂縫直接泄入礦井。

4.3.2頂板含水層充水強(qiáng)度

①第四系孔隙水

6煤頂板與第四系底板距離在378.85m～523.05m，導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度114.19m～624.00m，第四系孔隙水部分地段為6煤直接充水含水層。第四系孔隙含水層富水性一般較弱，局部富水性中等。根據(jù)唐家會(huì)水井調(diào)查資料，涌水量為0.18L/s～29.63L/s。由于導(dǎo)水裂縫帶部分地段發(fā)育到第四系孔隙含水層，在構(gòu)造地段或?qū)芽p帶造成導(dǎo)水通道的前提下，第四系孔隙水對(duì)6煤的開(kāi)采有一定的影響。

②白堊系保安群孔隙裂隙水

白堊系保安群孔隙裂隙水為6煤間接充水水源。雖然白堊系含水層富水性弱～中等，但由于6煤距白堊系保安群沙礫巖202.60m～487.03m，部分地段含水層在導(dǎo)水裂縫帶范圍內(nèi)，對(duì)礦井充水影響較大。在斷層帶及富水性相對(duì)較好地段，煤層開(kāi)采時(shí)礦井涌水量會(huì)增大。

③二疊系砂巖裂隙水

二疊系砂巖裂隙水為6煤直接充水含水層，由二疊系石千峰組、上石盒子組、下石盒子組和山西組砂巖組成。二疊系砂巖裂隙地下水的補(bǔ)給區(qū)位于井田外圍基巖裸露地帶，以及井田內(nèi)溝谷基巖露頭地段。因砂巖裂隙水匯水面積有限，補(bǔ)給條件差，含水層總體富水性弱，對(duì)礦井充水影響不大。在斷層帶、含水層厚度較大、富水性相對(duì)較好地段，煤層開(kāi)采時(shí)礦井涌水量會(huì)增大。

4.3.3底板含水層充水強(qiáng)度

根據(jù)以往水文孔奧灰抽水試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，盡管奧灰水富水性弱～強(qiáng)，但奧灰水突水系數(shù)為0.020MPa/m～0.043MPa/m，正常地段回采6煤時(shí)底板突水危險(xiǎn)性較小，但由于斷層、陷落柱造成隔水層厚度變薄，增大了突水系數(shù)，且?jiàn)W灰水與上部砂巖含水層在構(gòu)造部位有一定的水力聯(lián)系。因此，采動(dòng)裂隙可增大斷層的破壞程度，在構(gòu)造地段奧灰水對(duì)煤層開(kāi)采可造成突水威脅。

另?yè)?jù)礦方提供的資料，2014年5月28日井筒掘進(jìn)揭露斷層時(shí)發(fā)生突水，初期突水量達(dá)500m³/h，水質(zhì)分析表明為斷層破碎帶導(dǎo)通的奧灰水。

5.結(jié)論

經(jīng)分析研究礦區(qū)6煤主要的充水水源有大氣降水、第四系孔隙水、白堊系保安群孔隙裂隙水、石炭～二疊系砂巖裂隙水、奧陶系巖溶裂隙水；地下水補(bǔ)給來(lái)源以大氣降雨滲入為主，地表水滲漏補(bǔ)給為輔；充水通道主要為斷層、陷落柱以及導(dǎo)水裂縫帶、煤層底板礦壓破壞帶和封閉不良鉆孔。

白堊系孔隙、裂隙含水層富水性弱～中等，且部分地段已被6煤導(dǎo)水裂縫帶溝通，對(duì)煤層開(kāi)采有一定影響；區(qū)內(nèi)6煤底板均位于奧灰水位以下，屬帶壓開(kāi)采區(qū)；6煤開(kāi)采發(fā)生頂板突水和底板突水的可能性較大。