崔原萍

(貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘察研究院，貴州 貴陽(yáng) 550000)

1 概況

金沙縣開(kāi)發(fā)煤礦位于貴州省北西部，礦區(qū)面積為2.68 km2，總體為一寬緩的向斜構(gòu)造，地層傾角一般5°～10°，地質(zhì)概況見(jiàn)圖1。區(qū)內(nèi)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)，含可采煤層4層，自上而下編號(hào)為5、9、13、15煤層，煤層埋藏標(biāo)高為+1 680～+1 400 m(圖1)。

圖1 地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 礦區(qū)地形地貌

礦區(qū)地處烏江水系偏巖河上游支流頭道河，位于官田向斜水文地質(zhì)單元中的補(bǔ)給區(qū)，區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)位于礦區(qū)北西部火草坡，海拔1 702.3 m，最低點(diǎn)位于礦區(qū)北東側(cè)巖洞灣子旁的溪溝，海拔1 430 m，最大相對(duì)高差272.3 m，礦區(qū)內(nèi)地勢(shì)總體為南西高北東低。區(qū)內(nèi)地表水不發(fā)育，北東部見(jiàn)一常流水小溪，流量8 L/s，河床標(biāo)高約1 430 m，為當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面。

3 地層富水性

地層富水性受氣候、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖性等諸多因素影響，其中巖性對(duì)地層的富水性起主導(dǎo)作用。根據(jù)勘查資料，對(duì)區(qū)內(nèi)各地層富水性(見(jiàn)圖2)分述如下。

3.1 第四系(Q)松散層

主要由坡積、殘積粘土、亞粘土、沖積物等松散沉積物組成，零星分布各地層之上，鉆孔揭露厚度1～8 m，出露于陡坎前緣、坡腳、溝谷、洼地河漫灘等地。其特征是孔隙度相對(duì)大，結(jié)構(gòu)松散，透水性良好，滲透速度快，主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，含水性受季節(jié)變化影響較大。該層含孔隙水，滲透性較好，富水性弱，與下伏地層有直接水力聯(lián)系，屬弱含水層。

3.2 三疊系下統(tǒng)夜郎組玉龍山段(T1y2)

出露于礦區(qū)西部，巖性主要為為薄至中厚層狀灰?guī)r，下部以薄至中厚層狀灰?guī)r為主，層厚157.44～198.17 m，地表見(jiàn)溶洞，溶蝕裂隙，易于大氣降水的入滲。調(diào)查泉點(diǎn)1個(gè)，流量為8.6～21.2 L/s，平均水量12.5 L/s，水質(zhì)類(lèi)型為HCO3·SO4-Ca·Na型水。該層含巖溶裂隙及巖溶管道水，富水性強(qiáng)。

3.3 三疊系下統(tǒng)夜郎組沙堡灣段(T1y1)

呈不規(guī)則條帶出露于礦區(qū)西部，出露面積最小。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，巖性為薄層狀泥巖、鈣質(zhì)泥巖等，厚約10 m。調(diào)查無(wú)泉點(diǎn)出露。該層含少量碎屑巖裂隙水，富水性極弱，為相對(duì)隔水層。

3.4 二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組(P3c)

呈不規(guī)則條帶出露于礦區(qū)西部，巖性主要為為灰色、深灰及灰黑色薄至中厚層灰?guī)r夾泥灰?guī)r，局部含燧石團(tuán)塊灰?guī)r。厚度30.95～36.25 m，揭露的兩個(gè)鉆孔都漏水，漏水率100%，漏失量>4 L/s，漏水處巖芯溶蝕裂隙較發(fā)育，該層含巖溶裂隙水，富水性中等。

3.5 二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)

出露于礦區(qū)中部、南部和北部，是礦區(qū)內(nèi)出露面積最廣的地層，主要由泥巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖及灰?guī)r組成，含可采煤層4層，厚110.90～116.40 m，平均113.65 m。調(diào)查出水老硐1個(gè)，流量為1.5～6.1 L/s，平均流量3.0 L/s。揭露該地層有9個(gè)鉆孔，其中2個(gè)孔遇溶蝕裂隙漏水，漏水處巖芯為泥質(zhì)灰?guī)r、石灰?guī)r，裂隙較發(fā)育，方解石充填斜裂隙，局部見(jiàn)溶蝕現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)402鉆孔做抽水試驗(yàn)，單位涌水量0.041 2 L/s·m，滲透系數(shù)0.018 m/d，水質(zhì)類(lèi)型HCO3·SO4-Ca·Na。該含水層為區(qū)內(nèi)含煤地層，主要含碎屑巖裂隙水，夾少量溶蝕裂隙水，富水性弱，為礦井直接充水含水層。

3.6 二疊系下統(tǒng)茅口組(P2m)

廣泛出露于礦區(qū)北部、東部，巖性為厚層灰?guī)r，鉆孔揭露厚度7.01～65.52 m，調(diào)查有水溶洞1個(gè)，標(biāo)高為1 483.70 m，水位標(biāo)高約1 443.70 m，雨季時(shí)水位上升。據(jù)區(qū)域資料，該層溶洞、地下暗河強(qiáng)烈發(fā)育，含裂隙—溶洞水，富水性強(qiáng)。該地層為煤系地層的下伏地層，對(duì)底部煤層開(kāi)采構(gòu)成威脅。

茅口組巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，富水性強(qiáng)，15號(hào)煤層底部?jī)H有一層厚約2.26～7.41 m含黃鐵礦的鋁土巖，煤層開(kāi)采發(fā)生底板突水的可能性較大。綜上所述，15號(hào)煤與富水性強(qiáng)的茅口組距離很近，局部可能存在巖溶富水地帶，當(dāng)采動(dòng)裂隙貫穿煤層下覆灰?guī)r巖溶裂隙含水層時(shí)，灰?guī)r中的地下水通過(guò)采動(dòng)裂隙直接灌入坑道，形成礦坑涌水。

圖2 水文地質(zhì)剖面圖

4 斷層帶水文地質(zhì)特征及對(duì)礦床充水的影響

區(qū)內(nèi)有一條逆斷層F21(見(jiàn)圖1、圖2)，該斷層由區(qū)外的巖洞灣子經(jīng)開(kāi)發(fā)煤礦，延伸至高峰一帶，礦區(qū)內(nèi)出露長(zhǎng)度約900 m，往南西延伸出礦區(qū)。逆斷層性質(zhì)，傾角56°，傾向南東，落差約30 m。斷層上部切割P3l地層，兩盤(pán)巖性為砂泥巖，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，富水性弱，導(dǎo)水性差。深部切割P2m灰?guī)r地層，為脆性巖，可能富水性強(qiáng)，導(dǎo)水性好；該斷層使得下盤(pán)的13、15煤層與P2m1直接對(duì)接，且拉近13、15煤層與P2m2強(qiáng)巖溶含水層的距離(如4號(hào)勘探線(xiàn)水文地質(zhì)剖面圖所示)，未來(lái)斷層附近開(kāi)采煤層時(shí)，巖溶水可能沿?cái)鄬訉?duì)礦井充水，建議留設(shè)足夠的保護(hù)煤柱。

據(jù)礦井資料，在主井的南側(cè)，因上部裂隙水沿逆斷層滲入，礦區(qū)上部裂隙水沿風(fēng)井與主井運(yùn)輸大巷間兩條斷距約l米的逆斷層滲入礦井，其余地段隱伏未發(fā)現(xiàn)礦坑涌水。

5 老窯及采空區(qū)的對(duì)礦床開(kāi)采的影響

區(qū)內(nèi)老窯開(kāi)采歷史較長(zhǎng)，主要分布在沿煤層露頭線(xiàn)一帶，開(kāi)拓方式主要為平硐或斜井，開(kāi)采垂深普遍小于50 m，開(kāi)采時(shí)間長(zhǎng)短不一。據(jù)調(diào)查資料，3個(gè)老窯僅在雨季有水流出，流量0.132～0.216 L/s，大部分從淺部風(fēng)化帶出水，隨著礦井的增深，出水量逐漸減弱，甚至無(wú)水流出。本次調(diào)查的老窯13個(gè)，礦區(qū)內(nèi)老窯開(kāi)采多年，已形成一定范圍采空區(qū)，井口大多垮塌封閉，開(kāi)采過(guò)程中沒(méi)有相關(guān)地質(zhì)、水文資料記錄，情況不明，是該礦井涌水或發(fā)生透水的隱患之一。礦區(qū)中部地表地帶已形成較大規(guī)模采空區(qū)，這些采空區(qū)與地表水體及大氣降水溝通較暢，其中可能蓄積大量水體，當(dāng)開(kāi)采采空區(qū)標(biāo)高下礦體或進(jìn)行相關(guān)采掘工作時(shí)，會(huì)成為發(fā)生礦井突水或透水的主要隱患之一。

該礦必須注意探放水工作，特別是在煤層露頭附近和采空區(qū)或老窯附近采煤時(shí)，防止采空區(qū)積水或老窯積水的突然涌出。因此礦井應(yīng)掌握本礦區(qū)范圍和鄰區(qū)范圍內(nèi)的采空區(qū)積水情況，在掘進(jìn)和回采過(guò)程中，隨時(shí)要注意探放采空區(qū)積水，防止透水事故的發(fā)生。

6 充水因素分析

6.1 充水水源

6.1.1 大氣降水

大氣降水是礦區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，因此，大氣降水對(duì)礦床充水有著較大的影響。礦區(qū)大面積采煤時(shí)，頂板巖層將產(chǎn)生不同程度的巖層移動(dòng)及變形，地面將產(chǎn)生采空塌陷、地裂縫、塌陷裂隙、冒落裂隙等，采掘系統(tǒng)上伏地面位處地勢(shì)低洼處，大氣降水及地表逕流向低勢(shì)低洼處匯集后，經(jīng)地裂縫、塌陷裂隙、冒落裂隙直接滲入采掘系統(tǒng)，形成礦坑涌水，為礦井間接充水水源。

6.1.2 地表水

礦區(qū)內(nèi)地表水不發(fā)育，僅發(fā)育季節(jié)性溪溝，季節(jié)性溪溝水主要由大氣降水匯入，水量較大。沖溝附近的網(wǎng)狀、脈狀裂隙密集，他們與煤層風(fēng)化、氧化帶直接接觸，將來(lái)沿溝溪一帶開(kāi)采煤層時(shí)，沖溝水可能沿?cái)鄬悠扑閹?、風(fēng)化裂隙或采礦裂隙滲入或突入礦井，成為礦井淺部開(kāi)采的直接充水水源。

6.1.3 地下水

礦區(qū)煤層位于龍?zhí)督M地層，主要可采煤層有4層，編號(hào)分別為9、11、12、13、15號(hào)煤層，由上至下，含(隔)水層組合特征見(jiàn)表1。

各煤層頂板以粉砂巖，夾堅(jiān)硬的細(xì)砂巖及石灰?guī)r，根據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)規(guī)范》(GB/T 12718-2021)附錄A，導(dǎo)水裂隙帶最大高度計(jì)算公式為Hf=100 M/(1.2M+2.0)+8.9。

式中：Hf為導(dǎo)水裂隙帶高度(m)；M為累計(jì)采厚(m)，累計(jì)采厚不足2.2 m按2.2 m采高計(jì)算，計(jì)算得Hf=56.3 m，導(dǎo)水裂隙可至P3c地層。

頂板直接充水含水層：煤層位于P3l地層中，裂隙可導(dǎo)通至P3c地層及淺部地表。因此，P3l裂隙含水層、P3c巖溶含水層為礦井直接充水含水層。T1y2巖溶含水層為間接充水含水層。

底板直接充水含水層：P2m巖溶含水層位于煤層之下，該含水巖組富水性強(qiáng)，水壓大，下部13/15煤層與其距離較近，開(kāi)采下部煤層時(shí)，底板裂隙可直接溝通該巖溶函數(shù)次，P2m巖溶水成為直接充水水源。

表1 含(隔)水層特征表

6.1.4 老空區(qū)積水

區(qū)內(nèi)開(kāi)采歷史時(shí)間較長(zhǎng)，在礦區(qū)中部有大面積采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)存在著一定的積水，是淺部礦井開(kāi)采的重要充水因素，在開(kāi)采淺部煤層時(shí)，采空區(qū)積水易滲入礦井而成為礦井直接充水水源。在開(kāi)采采空區(qū)以下的煤層時(shí)，如有裂縫或采煤振動(dòng)采空區(qū)積水將滲入礦井而成為礦井直接充水水源。

6.2 充水通道及方式

礦井充水通道主要為巖石天然節(jié)理裂隙、采礦冒落裂隙、斷層破碎帶、老窯或煤礦采空區(qū)及老巷?，F(xiàn)礦井涌水主要來(lái)自頂板，地下水主要以滴水、線(xiàn)流及脈流的形式滲入井巷，其流量不大、不集中、呈分散狀向礦井排泄。

6.2.1 巖石天然節(jié)理裂隙

區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M、長(zhǎng)興組地層的巖石在地表附近的巖石風(fēng)化節(jié)理、裂隙較發(fā)育，深部則發(fā)育成巖或構(gòu)造節(jié)理、裂隙，成巖或構(gòu)造節(jié)理、裂隙在粉砂巖、細(xì)砂巖等脆性巖石中更為發(fā)育。風(fēng)化節(jié)理、裂隙將會(huì)成為龍?zhí)督M地層淺部風(fēng)化裂隙水向礦井充水的通道。

6.2.2 采動(dòng)裂隙

采煤產(chǎn)生的采動(dòng)裂隙是主要的充水通道，它會(huì)溝通上覆長(zhǎng)興組和夜郎組第二段巖溶含水層、上覆采空區(qū)積水。

6.2.3 老空區(qū)及其巷道

礦區(qū)存在大量采空區(qū)和廢棄巷道，開(kāi)采時(shí)應(yīng)該注意。

6.2.4 斷層

礦區(qū)內(nèi)地表發(fā)育斷層1條(編號(hào)F21)，為逆斷層，斷層落差約30 m，切割區(qū)內(nèi)全部地層，易造成茅口組與含煤地層直接對(duì)接，對(duì)礦井充水影響較大，在此類(lèi)地段開(kāi)采時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)探水及防水工作。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)礦區(qū)地下水以大氣降水補(bǔ)給為主，地形地貌對(duì)降水入滲較為有利，區(qū)內(nèi)煤層大部位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面(+1 430 m)以下，礦區(qū)內(nèi)地表水不發(fā)育，不構(gòu)成礦井充水的主要水源。區(qū)內(nèi)淺部存在部分老空區(qū)積水，積水量及范圍較清楚。

(2)開(kāi)采上部5/9煤層時(shí)，直接充水含水層為P3l基巖裂隙含水層和P3c巖溶含水層，補(bǔ)給條件一般；T1y2巖溶含水層為間接充水含水層。礦床水文地質(zhì)類(lèi)型為以頂板直接進(jìn)水的裂隙充水礦床，水文地質(zhì)條件中等。

(3)開(kāi)采下部13/15煤層時(shí)，礦床直接充水水源主要為P3l基巖裂隙水和P2m巖溶水，礦床水文地質(zhì)類(lèi)型主要為以底板進(jìn)水的巖溶裂隙-溶洞充水礦床，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。