何興玲 王長秀 黃 丹 李勛輝

(重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司， 重慶 400060)

魚田堡煤礦位于川黔南構(gòu)造帶的龍骨溪背斜次級(jí)褶皺八面山向斜東翼南端，屬高山地形，地貌發(fā)育為構(gòu)造侵蝕地形和喀斯特地形，井田范圍內(nèi)主要水體為魚田堡河和劉家河，兩條河流均切割了棲霞組、茅口組、龍?zhí)督M、長興組、飛仙關(guān)組和嘉陵江組等地層。

礦區(qū)煤系地層為二疊系龍?zhí)督M，主采煤層為位于煤系地層中下部的6#、5#、 4#煤層，煤層總厚度為3.28～7.13 m，4#煤層發(fā)育于煤系中部，6#煤層發(fā)育于底部，全區(qū)可采，5#煤層發(fā)育于煤系下部，局部可采。

1 含水層、隔水層特征及水力聯(lián)系

區(qū)內(nèi)主要含水層為長興灰?guī)r和茅口灰?guī)r，屬巖溶含水層，含水性強(qiáng)，隔水層則為二疊系龍?zhí)督M(圖1)。龍?zhí)督M煤系地層含水層地表出露情況顯示，二疊系上統(tǒng)長興組及茅口組的出露面積廣，地表巖溶、溶斗及裂隙發(fā)育較好，巖層含水性及導(dǎo)水性較強(qiáng)，為強(qiáng)含水層。其中長興組含水層含水性隨含水層埋藏深度的加深而減弱，為淺部富水性強(qiáng)、深部富水性弱的巖溶裂隙含水層。三疊系下統(tǒng)嘉陵江組受導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育影響，地表可見多處塌陷坑，原來儲(chǔ)水養(yǎng)魚的人工池塘失水干枯。

1.1 二疊系下統(tǒng)茅口組

二疊系下統(tǒng)茅口組灰及棕灰色厚層狀石灰?guī)r，厚度105 m，為煤系下伏地層，與可采煤層僅有5～6 m的鋁土和角礫巖相隔，出露面積廣，地表巖溶、溶斗及裂隙發(fā)育較好，接受大氣降雨補(bǔ)給，為強(qiáng)含水層，地下水沿暗河從溶洞流出成泉。

1.2 二疊系下統(tǒng)茅口組

二疊系上統(tǒng)長興組覆蓋于龍?zhí)睹航M之上，真厚61.39 m，為深灰、灰色厚層狀石灰?guī)r。由于裸露地表，其巖溶裂隙發(fā)育，因此巖層含水性及導(dǎo)水性較強(qiáng)，為強(qiáng)含水層。巖溶發(fā)育，溶洞、溶斗沿露頭分布。順層面發(fā)育有地下暗河，沿暗河排泄區(qū)有泉水出露，多數(shù)泉水干枯，由井下出水點(diǎn)代替。該含水層受當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面+265 m控制，本層在當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上巖溶較發(fā)育，含水性強(qiáng)，+265 m標(biāo)高以下含水減弱，且無巖溶存在，含水性隨含水層埋藏深度的加深而減弱。

礦區(qū)各含水層水力聯(lián)系有2種方式：一種為含水層之間的垂向滲濾，以嘉陵江組含水層垂向滲漏補(bǔ)給長興組含水層為主；另一種為含水層之間存在斷層連通，礦區(qū)內(nèi)斷層以壓扭性逆斷層為主，一般富水性和導(dǎo)水性弱[1]。

在天然狀態(tài)下，煤系含水層與其他含水層之間的隔水層穩(wěn)定發(fā)育，但由于煤系含水層地表出露，使得龍?zhí)督M煤層中的煤層氣易通過含水層地表出露處向外逸散，起不到良好的蓋層作用。

2 礦區(qū)構(gòu)造的含水層富水性及其煤層氣賦存影響

礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，總體為一段緩傾斜單斜構(gòu)造，巖層為東西走向，傾向北，傾角30°～50°。魚田堡煤礦整體在八面山向斜的軸部，在礦井井田范圍內(nèi)主要有三大構(gòu)造，分別為F1隱伏斷層、魚塘角扭折帶和鴉雀巖扭折帶，向斜次級(jí)褶曲發(fā)育。

斷裂構(gòu)造及褶曲構(gòu)造的軸部在發(fā)育過程中，形成了大量的節(jié)理裂隙，為地下水的徑流與存儲(chǔ)提供了條件，是含水層的富水區(qū)。魚田堡煤礦礦區(qū)為一段緩傾斜單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)以壓扭性逆斷層為主，一般富水性弱，不導(dǎo)水。

魚田堡煤礦整個(gè)煤田在八面山向斜的軸部,屬于南桐煤田的高瓦斯區(qū)域，由于八面山向斜的次級(jí)褶曲發(fā)育和F1逆斷層切割了八面山向斜，向斜瓦斯容易向兩翼次級(jí)褶曲和F1逆斷層運(yùn)移逸散[2]。如圖2所示，礦井瓦斯含量等值線具有明顯的分帶性。

構(gòu)造對瓦斯賦存的影響，煤田內(nèi)的瓦斯向F1隱伏斷層、魚塘角扭折帶、鴉雀巖扭折帶運(yùn)移逸散[3]，在構(gòu)造地帶，瓦斯含量比正常地帶高7 m3t。例如與區(qū)內(nèi)F2和F3逆斷層相鄰的32區(qū)和34區(qū)瓦斯含量較高，數(shù)據(jù)見表1。

表1 瓦斯含量對比表 m3t

表1 瓦斯含量對比表 m3t

煤層-350 m水平東翼32區(qū)-350 m水平34區(qū)-350 m水平4#煤層24.028.022.06#煤層20.625.516.8

3 采動(dòng)影響下的水動(dòng)力條件及其煤層氣賦存影響

根據(jù)鉆孔抽水實(shí)驗(yàn)，單位涌水量g值取0.15作為劃分界線：+250 m以下含水量較弱，而在+200 m以上巖溶基本不發(fā)育。為此，劃分出3個(gè)循環(huán)帶，即+315 m標(biāo)高為垂直循環(huán)帶；+315 m — +250 m為水平循環(huán)帶；+250 m以下為深部循環(huán)帶。

開采初期(位于南部)，長興灰?guī)r地下水受到明顯影響，對其他地層的地下水無太大影響。隨著采深的深入(延深水平為北部)，水文地質(zhì)條件發(fā)生了根本的變化，玉龍山弱含水層也開始受到影響，表現(xiàn)為玉龍山巖溶裂隙小泉干枯。近年來， 采動(dòng)裂隙進(jìn)一步發(fā)育并通過飛仙關(guān)隔水層直接影響嘉陵江地層的地面塌陷與地下水位下降，導(dǎo)致了嘉陵江含水層的深水平滲透補(bǔ)給。由于三大含水系統(tǒng)的水力聯(lián)系加強(qiáng)，含水層與煤層水力聯(lián)系較好。在地下水的運(yùn)動(dòng)過程中，地下水?dāng)y帶煤層中的煤層氣運(yùn)移而逸散[4]。

深部開采時(shí)，地表出露大面積的泥巖隔水層，阻隔了煤層中煤層氣的逸散，因而瓦斯含量隨埋深的深入而增加，且幅度較大；但在-350 m水平，埋深為480～800 m，由于采動(dòng)裂隙發(fā)育，煤系含水層與其他含水層的水力聯(lián)系增強(qiáng)而利于煤層氣的運(yùn)移，瓦斯含量隨埋深而增加的幅度較小；在-600 m水平埋深達(dá)到900 m以上時(shí)，煤層瓦斯含量將趨于常量。

圖2 礦區(qū)瓦斯含量等值線圖

4 不同水平水化學(xué)環(huán)境特征及其對煤層氣賦存的影響

由于在-100 m水平主石門附近人工留有煤柱，深水平(-100 m水平和-350 m水平)形成了以主石門為中心的東西兩大子系統(tǒng)。此外近年礦井涌水量呈現(xiàn)整體西翼增大、東翼無大變化的特點(diǎn)，不存在上升和下降的均衡趨勢，即東西兩翼不屬于同一個(gè)巖溶水系統(tǒng)，無水力聯(lián)系，不以消耗巖溶地下水靜儲(chǔ)存量為主，動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量相對較強(qiáng)。同時(shí)，由于受采動(dòng)影響地下水交替快，地下水中高Ca2+、Mg2+易與攜帶Cl-的含水層介質(zhì)產(chǎn)生陽離子交換吸附，從而使深水平水表現(xiàn)出Cl-的累積，“咸化”作用明顯[7]。從表2中也可看出東翼咸化作用不明顯，西翼咸化作用明顯。由圖3可以看出，咸化作用明顯的深水平西翼瓦斯含量高于東部，說明水流趨緩有利于煤層氣賦存[8]。

表2 不同水平水化學(xué)特征一覽表

5 結(jié) 語

魚田堡煤礦位于八面山向斜軸部，含水層在地表呈條帶狀出露，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，向斜軸部和斷裂構(gòu)造尖滅地帶富水，受構(gòu)造影響，瓦斯在向斜軸部向兩翼逸散，構(gòu)造地帶瓦斯含量高于正常地段。

淺部開采條件下，煤系含水層在地表出露，不利于煤層氣的保存，在地表出露處隨含水層的流動(dòng)逸散，淺部瓦斯含量低。隨著采深的增加，受采動(dòng)裂隙發(fā)育影響，長興組含水層與其他含水層具明顯水力聯(lián)系，含水層之間泥巖隔水層分布不穩(wěn)定。隨著地下水流動(dòng)帶動(dòng)煤層中煤層氣運(yùn)移， 在裂隙巖溶發(fā)育地段或斷裂帶附近逸散，礦區(qū)內(nèi)斷層導(dǎo)水性弱且侵蝕基準(zhǔn)面下巖溶發(fā)育減弱，地下水流動(dòng)攜帶煤層氣在深部聚集。

不同水平礦井水水化學(xué)環(huán)境逐漸變化，東翼變化不明顯，西翼變化明顯，其中以脫碳酸和咸化作用明顯。脫碳酸作用增強(qiáng)，系統(tǒng)封閉性隨之越好；咸化作用明顯，水流趨于緩慢，水動(dòng)力條件則較差。深部瓦斯含量增大與礦井水脫碳酸作用和咸化作用有一定關(guān)系。

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