張飛駒，蔣澤泉

(1.國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西西安710054;2.陜西煤田地質(zhì)化驗測試有限公司，陜西西安710054;3.陜西省煤田地質(zhì)局一八五隊，陜西榆林719000)

近年來，榆神礦區(qū)曾經(jīng)多次煤礦突水事故，給礦工生命安全帶來了較大威脅，而且給生態(tài)環(huán)境也會帶來難以逆轉(zhuǎn)的影響，防止發(fā)生突水災(zāi)害，促進(jìn)保水采煤技術(shù)推廣，是榆神礦區(qū)面臨的一項重要任務(wù)。常家梁煤礦西部為預(yù)留區(qū)與紅石峽井田、小紀(jì)汗井田相鄰，東北部與薛廟灘井田相鄰，東部與東風(fēng)煤礦、榆林市榆陽區(qū)常興煤礦、金牛煤礦相鄰，井田邊界均屬人為邊界，礦井之間均留設(shè)有煤柱，不存在造成含水層之間的水力聯(lián)系，由于不同含水層間沒有大的斷層等切割聯(lián)系，含水層之間尚未發(fā)現(xiàn)有明顯水力聯(lián)系。

1 含(隔)水層

1.1 含水層

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)特征受區(qū)域水文地質(zhì)條件的控制，顯示了與區(qū)域水文地質(zhì)特征的統(tǒng)一性。但由于受地層分布、埋藏及其地貌的影響，又顯示了小區(qū)域性的差異性。根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的賦存條件及水力特征，將區(qū)內(nèi)地下水劃分為兩種類型四個含水巖層(組)。

上更新統(tǒng)沖湖積層孔隙潛水含水層(Q3s):煤礦區(qū)連續(xù)分布，其上部多被第四系風(fēng)積沙覆蓋，呈片狀不連續(xù)出露。該含水層地下水賦存條件嚴(yán)格受現(xiàn)代地貌、古地理環(huán)境及含水層厚度和巖性的控制。根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆探成果，結(jié)合地球物理測井資料，煤礦區(qū)沙層厚度4.00～54.20m(圖1)。

地層主要由松散的中、細(xì)沙及粉沙組成，地下水賦存條件較好，含水層主要分布于煤礦區(qū)中部。通過本次淺1號鉆孔抽水試驗，含水層厚度52.34m，水位埋深1.86m，降深3.17m，涌水量為126.23m3/d，單位涌水量0.46088 L/s·m，統(tǒng)徑統(tǒng)降單位涌水量0.27423 L/s·m，滲透系數(shù)0.674 8m/d，富水性中等。水化學(xué)類型以 HCO3·SO4－K+Na·Ca型水為主，礦化度663.58 mg/L。煤礦范圍內(nèi)從該層出露的泉2的流量為40.92 L/s，按富水性劃分原則，屬強(qiáng)富水區(qū)。

第四系中更新統(tǒng)離石黃土孔隙裂隙潛水弱含水層。土層全區(qū)分布，未見出露，均隱伏于薩拉烏蘇組及風(fēng)積沙地層之下。黃土厚7.05～66.14m，一般為10～30m，總體呈西北部較厚，東南部較薄。含水層巖性主要為粉土質(zhì)黃土，厚度一般為10～30m。

該含水層水位埋深靠近灘地區(qū)較淺，一般小于10m，靠近黃土梁崗區(qū)較深，一般10～20m。據(jù)鄰區(qū)常興煤礦北部Y24孔抽水試驗，含水層厚度119.24m，水位埋深16.30m，降深46.86m，涌水量51.93m3/d，單位涌水量0.013 L/s·m，滲透系數(shù)0.013m/d;又據(jù)大梁灣井田SZK203水文鉆孔抽水試驗，水位埋深28.43m，降深 20.95m，涌水量39.23m3/d，單位涌水量0.0127 L/s·m，滲透系數(shù)0.051 5m/d，又據(jù)民井簡易抽水試驗，水位埋深8.26～11.02m，降深7.51～10.02m，涌水量29.26～53.14m3/d，單位涌水量0.3～0.0426 L/s·m，滲透系數(shù)0.346 5m/d，富水性弱。

碎屑巖類裂隙水。根據(jù)水力特征劃分為兩個含水巖組，即侏羅系碎屑巖類風(fēng)化帶裂隙承壓水及碎屑巖類裂隙承壓水。

侏羅系碎屑巖類風(fēng)化帶裂隙承壓水含水層全區(qū)分布，未見出露，含水層為基巖頂部的風(fēng)化裂隙帶，一般厚20m左右，裂隙水具承壓性。本次在該層未做抽水試驗，據(jù)鄰區(qū)煤礦豎井調(diào)查，基巖風(fēng)化裂隙帶內(nèi)最大涌水量20m3/d，富水性弱。

碎屑巖類裂隙承壓水含水層以3號煤層為界分上、下兩個含水巖組段。3號煤之上碎屑巖類裂隙承壓水分布于3號煤層之上，主要為延安組第四巖性段。含水層主要由延安組第四段底部真武洞砂巖等組成。本次在該層段未作專門的抽水試驗，據(jù)以往鄰區(qū)鉆孔抽水試驗，水位埋深0.84～54.26m，含水層厚度24.80～52.95m，當(dāng)降深26.56～45.36m，涌水量15.90～30.15m3/d，單位涌水量 0.004～0.0131 L/s·m，滲透系數(shù)0.007～0.024 8m/d，富水性弱。根據(jù)淺1號鉆孔3號煤以上整個基巖段抽水試驗成果，含水層厚度47.77m，當(dāng)降深28.04m時，涌水量0.577 L/s，單位涌水量 0.，涌水0. L/s·m，滲透系數(shù)0.006 059m/d，富水性弱。

碎屑巖類孔隙裂隙承壓水含水層分布于3號煤層至延安組底界之間層段中。巖性主要為淺灰色粉、細(xì)砂巖與深灰色泥巖不等厚互層夾煤層，因埋藏深，巖石較完整，裂隙不發(fā)育，含水層較薄。據(jù)C3—3號水文鉆孔抽水試驗資料，含水層厚度79.01m，當(dāng)降深50.92m時，涌水量0.140 L/s，單位涌水量 0.00275 L/s·m，統(tǒng)徑統(tǒng)降單位涌水量0.00056 L/s·m，滲透系數(shù)0.001 641m/d，富水性弱。

綜上所述，煤礦區(qū)內(nèi)除薩拉烏蘇組含水層中等到強(qiáng)外，其余各含水層段均富水性弱。

1.2 隔水層

煤礦區(qū)內(nèi)的隔水層主要為第四系中更新統(tǒng)離石組黃土和延安組各段中的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂巖等，有的分布穩(wěn)定，有的厚度較大，為較好的隔水層，亦為層間裂隙承壓水的隔水頂板。

離石組黃土隔水層，全區(qū)分布，厚度5.60～72.42m，平均厚25.18。根據(jù)周邊礦井土工試驗結(jié)果可以看出，黃土物理性質(zhì)的主要特征為:密度一般為1.674～2.104g/cm3，干密度1.589～1.826g/cm3;孔隙比為0.604～0.815;天然含水量低，6.7～7.7%。原狀飽合黃土的壓縮系數(shù)多為0.007～0.056，屬中等壓縮性土，抗剪強(qiáng)度較大。原狀黃土內(nèi)摩擦角φ值在28.1～35.5之間，粘聚力c值為3.0～52.0，數(shù)值均較大，故在天然狀態(tài)下具有較高的抗剪強(qiáng)度。區(qū)內(nèi)黃土濕陷性系數(shù)在0.001～0.0054之間，故絕大多數(shù)黃土為非濕陷性黃土。黃土土質(zhì)較緊密堅硬，顆粒均勻，承載力較高，穩(wěn)定性較好。

延安組薄粉砂巖、泥巖及互層巖組隔水層，是煤系地層的主要巖組，由粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖及薄煤等組成，多出現(xiàn)于煤層直接頂、底板。巖石泥質(zhì)膠結(jié)，粘土礦物和有機(jī)質(zhì)含量較高，水平層理發(fā)育，節(jié)理裂隙較少。據(jù)巖石測試成果飽和抗壓強(qiáng)度平均為24.60 Mpa，軟化系數(shù)0.62，屬中硬類巖石，RQD平均值69%，本區(qū)粉砂巖在垂向上出現(xiàn)頻率較高、層厚不等，綜合評定該巖組巖石質(zhì)量中等，巖體中等完整。

2 礦井充水條件

2.1 礦井充水水源

大氣降水。煤礦區(qū)內(nèi)第四系廣布，其上多被現(xiàn)代風(fēng)積沙覆蓋，大氣降水均滲入地下，成為松散巖類孔隙潛水。區(qū)內(nèi)多年平均降水量410 mm，降水多集中在7－9月份，占全年降水量的65.5%，日最大降水量達(dá)141.7 mm。大氣降水在本區(qū)為間接充水水源。

地表水。煤礦內(nèi)地表水系主要為位于北部的二道河，從本煤礦2號煤不可采區(qū)穿過，勘探階段填圖時測得流量約為10 000m3/d。區(qū)內(nèi)2號煤層埋藏較淺，但其上覆基巖厚度較大，開采后引起的導(dǎo)水裂隙帶穿越上覆基巖并穿透土層與地表水直接溝通的可能性不大，故地表水為本煤礦開采過程中礦坑充水的間接水源。

地下水。礦坑直接充水水源為各煤層頂板基巖裂隙水，通過抽水試驗資料分析，2號煤層之上砂巖含水段較厚，但富水性相對較弱，單位涌水量為0.004～0.02058 l/s·m，滲透系數(shù)0.006059～0.024 8m/d。2號煤層之下巖石完整性較好，裂隙不發(fā)育，砂巖含水層厚度薄，含水微弱，滲透系數(shù)、涌水量均很小。第四系薩拉烏蘇組在煤礦內(nèi)全區(qū)分布，有利于接受大氣降水直接補(bǔ)給，雖其富水性較好，但煤礦內(nèi)最上部主要煤層的導(dǎo)水裂隙帶最大高度均小于煤層上覆基巖的厚度，故當(dāng)煤層采空后，上部的第四系薩拉烏蘇組潛水不會進(jìn)入礦坑，亦即為礦床充水的間接充水水源。

2.2 礦井充水通道

由于本區(qū)構(gòu)造簡單，無斷裂及大的褶皺，故煤礦開采時對礦坑充水有較大影響的通道為煤層頂板冒裂帶。冒裂帶是煤層開采后形成的冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶，它溝通冒裂帶內(nèi)的不同基巖含水層使地下水直接進(jìn)入礦坑，成為礦坑直接充水含水層的充水通道。

根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件簡單，構(gòu)造簡單及本區(qū)煤層頂板為中硬巖層等地質(zhì)特征，其形成的冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度計算分別采用《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB12719－19)及國家煤炭工業(yè)局制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中的中硬類巖石的冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶最大高度的經(jīng)驗公式計算煤礦內(nèi)主要可采煤層3號、9號各煤層冒落帶高度及導(dǎo)水裂隙帶最大高度計算結(jié)果見表1。

表1 冒落帶高度及導(dǎo)水裂隙帶高度計算結(jié)果統(tǒng)計表

在煤礦范圍內(nèi)3號煤的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度只在淺1號孔附近稍大于3號煤上覆基巖厚度，也就是說在淺1號附近采煤時導(dǎo)水裂隙帶高度會穿透基巖段而進(jìn)入土層，破壞土原有的性狀，有可能使上部松散含水層水沿導(dǎo)水裂隙進(jìn)入礦坑，使礦井涌水量增大，可能會影響正常生產(chǎn)，需慎重處理。

在開采9號煤時，由于其上覆基巖厚度或與3號煤間距均遠(yuǎn)大于其開采時形成的導(dǎo)水裂隙帶高度，因此在煤礦整個范圍內(nèi)開采9號煤時，第四系松散層潛水及地表水均為礦井的間接充水含水層，對礦井安全生產(chǎn)不會造成影響。

區(qū)內(nèi)礦坑充水強(qiáng)度主要取決于直接充水水源的富水程度及冒裂帶發(fā)育程度兩個因素，并受隔水層明顯影響。煤礦內(nèi)各主采煤層的直接充水含水層為煤層頂板的砂巖含水層，其結(jié)構(gòu)致密，裂隙不發(fā)育，富水性弱，礦坑涌水以頂板滴水或淋水為主，對礦井安全生產(chǎn)無大的影響。前已述及，煤礦在開采3號煤層時，只在淺1、淺4號孔周圍小范圍內(nèi)形成導(dǎo)水裂隙帶溝通土層現(xiàn)象，在此范圍內(nèi)采煤，礦井涌水量有可能增大，應(yīng)提前預(yù)防。本煤礦東鄰的常興煤礦、金牛煤礦及東風(fēng)煤礦均開采3號煤層，自建礦以來，均未發(fā)生過突水事故。

2.3 礦井涌水量

根據(jù)《常家梁煤礦勘探地質(zhì)報告》中對3號煤層的礦坑涌水量的預(yù)算結(jié)果，則按富水系數(shù)法公式計算常家梁煤礦日最大涌水量為2 635m3/d，與大井法和廊道法計算的平均值接近。常家粱煤礦主井、副井、風(fēng)井的風(fēng)化基巖段均采用冷凍法施工，施工至穩(wěn)定基巖段后對三個井筒掘進(jìn)面進(jìn)行了止水墻封閉。在經(jīng)過長時間冷凍施工層位解凍后，進(jìn)行了探放水。目前主井止水墻已經(jīng)打開，主井涌水量28.9m3/h，其它兩個井筒止水墻還沒有完全打開，涌水量根據(jù)探放水鉆孔涌水量比較推測得出風(fēng)井涌水量43.62m3/h，副井涌水量14.5m3/h。

3 結(jié)論

(1)常家梁煤礦含水層主要有薩拉烏蘇組含水層、延安組砂巖裂隙承壓水含水層，礦坑直接充水水源為各煤層頂板基巖裂隙水含水層，但富水性相對較弱，突水危險性較小。

(2)薩拉烏蘇組在煤礦內(nèi)全區(qū)分布，富水性較好，導(dǎo)水裂隙帶最大高度均小于煤層上覆基巖的厚度，為礦床充水的間接充水水源，當(dāng)煤礦采空區(qū)較大時，薩拉烏蘇組可能會成為直接充水水源。

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