摘要：本文對平煤股份三礦庚20煤層開采中底板寒武系灰?guī)r含水層的孔隙裂隙或巖溶裂隙發(fā)育程度、富水性、補給與徑流條件、突水因素、礦井充水水源與導(dǎo)水通道等水文地質(zhì)條件進行分析、預(yù)測出礦井后續(xù)生產(chǎn)的礦井涌水量，分析寒武系灰?guī)r屬巖溶裂隙中-弱富水含水層，由于補給條件差，補給水量有限，含水層水以靜儲量為主。

關(guān)鍵詞：煤層底板 富水性 巖溶裂隙發(fā)育

1 概況

礦井由武漢煤礦設(shè)計院設(shè)計，1998年3月動工建設(shè)，2000年5月投產(chǎn)，設(shè)計年生產(chǎn)能力15萬t，開采深度1100m，服務(wù)年限20年。經(jīng)擴建改造，2012年核定年生產(chǎn)能力66萬t，實際生產(chǎn)原煤100.3萬t，開采最低標(biāo)高-720m，礦井目前主要開采石炭系太原組庚20煤層，由于開采深度的不斷增加，開采水平不斷延伸，巷道施工逐步由無壓轉(zhuǎn)為承壓區(qū)域開采，將受到底板寒武系灰?guī)r承壓水的威脅。

庚20煤層在井田范圍內(nèi)，為主要可采煤層，煤層較穩(wěn)定，達到可采厚度，煤層平均厚度為2.2m，含夾矸2～3層，估算資源儲量為624.0萬噸，L5灰?guī)r構(gòu)成庚20煤層直接頂板，間接底板為寒武系灰?guī)r，井田范圍內(nèi)開采標(biāo)高在-280～-720m，煤層埋深430～1100m。礦井從2002年至2006年，有記載的突水共發(fā)生43次，主要發(fā)生在

庚20煤層，涌水量大于50m3/h的2次，占總突水次數(shù)的4.7%，最大突水量達96m3/h，突水水源：L5灰?guī)r水18次，占41.9%；老巷水7次，占16.3%；裂隙水12次，占27.9%；砂巖水2次，占4.7%；斷層水4次，占9.3%。目前開采最低標(biāo)高在-510m，水位標(biāo)高為-450m，目前礦井正常涌水量為15m3/h，最大涌水量為30m3/h，依據(jù)周邊四礦庚一采區(qū)在掘進巷道過程中，遭遇過底板突水，突水量達60m3/h，由于受埋藏深度及補給條件的影響，巖溶裂隙及富水性均較弱，并以靜態(tài)水量為主，但由于橫向上存在的不均衡性，在承壓水區(qū)對礦井充水影響較大，因此，寒武系灰?guī)r巖溶裂隙水，對礦井充水構(gòu)成威脅。

2 寒武系灰?guī)r富水性分析

2.1 寒武系碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層

主要由中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r，中夾泥巖和砂質(zhì)泥巖組成。主要含水層段為寒武系中統(tǒng)張夏組鮞狀灰?guī)r和上統(tǒng)崮山組白云質(zhì)灰?guī)r，兩組灰?guī)r厚200m左右，是庚20煤層底板主要充水含水層。據(jù)鉆孔與相鄰礦井二礦不同標(biāo)高泄水巷揭露，淺部巖溶裂隙發(fā)育，向深部逐漸減弱，富水性亦是如此規(guī)律。鉆孔抽水試驗，淺部與深部，單位涌水量分別為2.2702～3.2169L/s.m和0.00206～0.002351L/s.m；滲透系數(shù)分別為1.092m/d和0.000891m/d。地下水化學(xué)類型，主要為HCO3-Ca、HCO3-CaMg和HCO3-CaNa型，礦化度0.3～0.5g/L。屬巖溶裂隙中-弱富水含水層，在開采庚20煤層過程中，底部L7灰?guī)r同寒武系灰?guī)r水溝通，其涌水量較大，充分表明，由于橫向上存在的不均衡性，在承壓水區(qū)對礦井充水影響較大。

2.2 地下水的補、徑、排條件

2.2.1 巖溶裂隙水的補、徑、排條件。井田位于平頂山巖溶水系統(tǒng)東部水文地質(zhì)單元的淺中部，石炭和寒武系灰?guī)r含水層隱伏區(qū)，在煤層隱伏露頭帶含水層埋藏的淺部，通過第四系間接接受大氣降水的補給外，直接補給條件較差。補給區(qū)主要位于礦區(qū)西部水文地質(zhì)單元巖溶裂隙發(fā)育區(qū)，含水層接受大氣降水和湛河水補給后，部分地下水在其南部越流過鍋底山斷層進入東部水文單元，而后隨地層傾向由南向北，由淺至深徑流。

2.2.2 充水水源。井田位于礦區(qū)東部水文單元的西部，庚20煤層開采標(biāo)高-280～-720m，頂?shù)装寤規(guī)r含水層是構(gòu)成礦井充水的主要水源。分析研究表明，石炭、寒武系灰?guī)r含水層，隨深度增加，巖溶裂隙發(fā)育程度及富水性呈逐漸減弱趨勢。由于補給條件差，補給水量有限，含水層水以靜儲量為主，但在開采過程中，底板承壓水對礦井安全生產(chǎn)有一定的威脅。

2.2.3 導(dǎo)水通道。庚20煤層頂?shù)装宸謩e為太原組L5、L7灰?guī)r含水層，采動后灰?guī)r水構(gòu)成對礦井的直接充水水源。煤層下距間接充水含水層寒武系灰?guī)r平均21.2m，在正常地段，采動裂隙構(gòu)不成對礦井的導(dǎo)水通道，但在構(gòu)造發(fā)育地段，破裂的巖層，再加之礦壓對底板的破壞影響，在水位高出煤層底板的情況下，造成底板突水的可能性較大。

3 庚20煤層開采中底板寒武系灰?guī)r富水性分析

3.1 隔水層厚度

本溪組鋁土質(zhì)泥巖隔水層位于太原組底部，厚0.7～12.1m，平均5.1m，層位穩(wěn)定，分布廣，沉積厚度變化較大。由于該泥巖可塑性強，透水性差，是石炭系與寒武系灰?guī)r間的良好隔水層；L3和L5灰?guī)r之間，為砂質(zhì)泥巖、泥巖和薄層灰?guī)r，一般厚17.4m，層位較穩(wěn)定，是L7和L2兩含水層間的良好隔水層。

3.2 水位及水壓

依據(jù)井下水文觀測孔觀測，目前寒灰灰?guī)r水位為-450m，因此，-450m水平以下開采庚20煤層將受到底板承壓水的威脅，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定實施辦法》中突水系數(shù)計算公式，計算出底板隔水層承受的水壓。

P=T×M=0.51MPa

式中：T——突水系數(shù)，本礦井取0.1MPa/m；

M——底板隔水層厚度；

P——底板隔水層承受的水壓，MPa。

3.3 計算涌水量

依據(jù)四礦及我礦水文觀測孔資料可知，三礦觀測水位-450m，目前四礦現(xiàn)寒灰?guī)r水位在-500m，故三礦庚組-360～-450m開采區(qū)域不受底板灰?guī)r水的威脅。隨著開采深度的增加，-450～-720m開采區(qū)域?qū)⑹艿装寤規(guī)r承壓水的威脅。四礦庚一采區(qū)正常涌水量為100m3/h（生產(chǎn)用水和疏放水量及涌水量），故三礦庚二采區(qū)涌水量選用相關(guān)因素比擬法（單因素）進行計算：

庚二采區(qū)選用相關(guān)因素比擬法進行計算，

公式：Q1=Q0* （S1/S0）

其中：Q0=四礦庚一采區(qū)正常涌水量（100m3/h）

S1=十號井庚二采區(qū)水位降深值（270m）

S0=四礦庚一采區(qū)水位降深值（245m）

Q1=Q0*（S1/S0）=100 *（270/245）=110m3/h

正常涌水量取110m3/h

最大涌水量取（110*1.7=187）187m3/h

綜上所述，十號井庚二采區(qū)正常涌水量為110m3/h，最大涌水量為187m3/h。

3.4 承壓水的防治

①加強水文地質(zhì)的預(yù)測預(yù)報工作及隱患排查工作，堅持“有疑必探、先探后掘”的探放水原則。

②及時編制探放水設(shè)計及安全技術(shù)措施，采取底板加固或做疏放水工程等工程。

③采用物探和鉆探手段，查明灰?guī)r巖溶裂隙的發(fā)育程度與富水性及富水規(guī)律、水位、水壓，分析研究補給、徑流條件及水位、水量動態(tài)特征，以及對礦井充水的影響。

4 結(jié)論

①區(qū)內(nèi)主要富水含水層中、上寒武系灰?guī)r埋藏相對較深，煤層露頭以南直接被第四系覆蓋，以北隱伏于石炭、二疊煤系地層之下，大氣降水及地表水的入滲補給條件差。

②灰?guī)r含水層，淺部巖溶裂隙較發(fā)育，向深部逐漸減弱，但在開采一5（庚20）煤層過程中，底部L7灰?guī)r同寒武系灰?guī)r水溝通，其涌水量較大。

③石炭、寒武系灰?guī)r含水層，補給條件差，補給水量有限，含水層水以靜儲量為主，但在開采過程中，底板承壓水，對礦井安全生產(chǎn)有一定的威脅。

參考文獻：

[1]王吉松，關(guān)英斌.煤層底板突水研究的理論和方法[J].煤炭技術(shù)，2006（01）.

[2]王連國，宋揚.煤層底板突水突變模型[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2000（02）.

[3]尹會永.潘西煤礦煤層底板突水機理及預(yù)測預(yù)報研究[D].山東科技大學(xué)，2005.

作者簡介：賈延濤（1983-），男，河南平頂山人，庚組煤層底板承壓水害治理與研究。