郗寶華

（山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，太原 030024）

阿刀亥煤礦水文地質(zhì)條件與礦井突水研究

郗寶華

（山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，太原 030024）

對阿刀亥煤礦內(nèi)水文地質(zhì)條件進行調(diào)查和測試，分析探討了礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造與礦井水文條件的關(guān)聯(lián)性。根據(jù)地層和水文資料將礦區(qū)含水層劃分成四組：第四系沖洪積砂礫石層潛水層；侏羅系孔裂隙承壓含水層組；石炭-二疊系孔裂隙承壓含水層組；寒武-奧陶系裂隙、溶洞承壓含水層。各含水層組由斷層的導(dǎo)通作用發(fā)生水力聯(lián)系，斷層還是導(dǎo)致礦井突水的重要地質(zhì)因素。

阿刀亥礦；含水層；斷層；礦井突水

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

阿刀亥煤礦位于陰山造山帶大青山中段南緣，基底由前寒武紀(jì)變質(zhì)巖組成，蓋層為寒武-奧陶系灰?guī)r，石炭系上統(tǒng)栓馬樁組含煤巖系，二疊系下統(tǒng)雜懷溝組、下石葉灣組，二疊系上統(tǒng)上石葉灣組、腦包溝組，三疊系下統(tǒng)老窩鋪組，侏羅系下統(tǒng)五當(dāng)溝組、中統(tǒng)長漢溝組、上統(tǒng)大青山組，第四系沖洪積物[1-3]。地質(zhì)構(gòu)造屬古亞洲洋構(gòu)造域，即構(gòu)造線走向近東西。礦區(qū)內(nèi)大型斷裂構(gòu)造與緊閉式倒轉(zhuǎn)褶曲發(fā)育，主要有兩組大型褶曲A2-S2、A1-S1和多條大中型斷層。其中井田內(nèi)由A2背斜和S2向斜褶曲構(gòu)造為主要控制性構(gòu)造，這組褶皺構(gòu)造縱貫全區(qū)，全長達6 300m。A2背斜受F6斷層切割，使得A2背斜的北翼呈單一的單斜構(gòu)造；而A2背斜的南翼為一個構(gòu)造極為復(fù)雜的復(fù)式向斜。受褶皺和斷層的影響，區(qū)內(nèi)地層頃伏程度大，煤層為急傾斜煤層，阿刀亥礦區(qū)地質(zhì)剖面圖，見圖1。

圖1 阿刀亥礦區(qū)地質(zhì)剖面圖

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

本區(qū)因受地形、氣候條件影響，地表水體不發(fā)育，流量亦小。但河流坡降比大，一般在2.5%～6.5%，當(dāng)雨季山洪暴發(fā)時，來勢兇猛、水流湍急，但延續(xù)時間短暫，蒸發(fā)量大，地下水補給來源以大氣降水為主。根據(jù)本區(qū)地層巖性特征及含水性，將本區(qū)含水層劃分為4組：第四系沖洪積砂礫石層潛水層；侏羅系孔裂隙承壓含水層組；石炭-二疊系孔裂隙承壓含水層組；寒武-奧陶系裂隙、溶洞承壓含水層。

2.1第四系沖洪積砂礫石孔隙潛水含水層

主要分布在水晶溝、腦包溝等較大溝谷，山間溝谷洼地亦有零星分布。巖性以砂、砂礫石層為主，常夾卵礫石透鏡體，分選差。含水層連續(xù)性差，厚度變化大，富水性差異大。在較大溝谷，如腦包溝、水晶溝的河床寬廣處可形成富水地段，單位涌水量可達1 L/s·m以上。但在山間溝谷洼地，單位涌水量普遍＜1 L/s·m。補給源以大氣降水為主，局部地段有少量基巖裂隙水側(cè)向徑流補給。富水性主要受含水層分布范圍、厚度、地貌形態(tài)及底部基巖形態(tài)的控制。含水層分布范圍廣，厚度大，底部基巖形態(tài)呈易儲水的低洼盆地狀，則富水性好，否則富水性差。補給源以垂直接受大氣降水入滲為主，少量基巖裂隙水的側(cè)向徑流補給與大氣凝結(jié)水補給，以蒸發(fā)排泄為主，局部受基底起伏的影響，以下降泉的形式排泄，部分補給下伏含水層。潛水位深度2m～5m，2號民用井單位涌水量0.136 L/s·m。滲透系數(shù)為2.213m/d，礦化度0.361 g/L，為HCO-3Ca型水。

2.2侏羅系孔隙、裂隙承壓含水層

由五當(dāng)溝組、長漢溝組、大青山組砂巖、砂礫巖含水層與泥巖隔水層組成復(fù)雜的含水系統(tǒng)，含水層主要由砂巖、砂礫巖組成，常被泥巖、煤阻隔形成幾個含水組，又往往由于煤、泥巖的尖滅而使彼此發(fā)生水力聯(lián)系。區(qū)內(nèi)侏羅系含水組的富水性為西部好，東部差。西部地區(qū)單位涌水量大者可達2.42 L/s·m，而東部的野馬兔一帶，單位涌水量0.002 3 L/s·m～0.032 L/s·m。下部泥巖段為隔水層，與下伏的石炭、二疊系含水組相隔。隔水性受泥巖段發(fā)育厚度的影響。補給主要以大氣降水為主，其次為上部潛水層補給，向深部或者由斷層排泄。由9號鉆孔試驗資料，區(qū)內(nèi)單位涌水量0.022 2 L/s·m，滲透系數(shù)為0.025 6m/d，礦化度0.256 g/L，為HCO-3K+Na型水。

2.3石炭-二疊系孔裂隙承壓含水組

由栓馬樁組、雜懷溝組、石葉灣組和腦包溝組的砂巖、砂礫巖與泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤組成復(fù)雜的含水系統(tǒng)。富水性差、極不均勻，水位埋深變化大。下部的泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤為隔水層與寒武、奧陶系含水層相隔。含水層巖性以灰色、黃綠色礫巖、砂礫巖為主，砂質(zhì)膠結(jié)，礫石分選極差，礫徑從5 cm～15 cm，單位涌水量為0.002 33 L/s·m～0.149 L/s·m，滲透系數(shù)為0.007 43m/d～0.233m/d，礦化度0.48 g/L，為低礦化重碳酸鈣鎂（HCO-3Ca·Mg）淡水。因斷層的導(dǎo)通性是含水層與下伏灰?guī)r裂隙水和上部侏羅系含水層組存在水力聯(lián)系。

2.4寒武-奧陶系裂隙、溶洞含水層

由灰黃、灰色白云質(zhì)灰?guī)r、石灰?guī)r組成，局部裂隙較發(fā)育，但多被方解石充填，偶見小溶洞，富水性差，極不均勻，含水微弱。在大青山煤田的開發(fā)中，尚未出現(xiàn)過寒武、奧陶系灰?guī)r水影響正常生產(chǎn)的現(xiàn)象。從地表觀察以及18號鉆孔資料看，其喀斯特溶洞不發(fā)育。經(jīng)18號鉆孔抽水試驗：靜止水位標(biāo)高1 298.19m，單位涌水量小于0.000 973 L/s·m，礦化度0.403mg/L，為低礦化重碳酸鈣鎂（HCO-3Ca·Mg）淡水。

本區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，各含水層局部因斷層的破壞，使各含水層之間產(chǎn)生水力聯(lián)系，特別是F2、F3正斷層導(dǎo)通了整個含水系統(tǒng)，且為含水層之間的水力聯(lián)系提供通道；而F1和F4逆斷層，雖然切穿不同含水系統(tǒng)，但其因擠壓封閉性，水力聯(lián)系差。

3 礦井涌水量

根據(jù)礦井多年開采揭露的情況看，礦井涌水量主要由孔隙水、裂隙水、大氣降水以及生產(chǎn)用水組成。阿刀亥礦區(qū)范圍內(nèi)，地表第四系覆蓋少，由于煤層露頭位置較高，加之煤系地層內(nèi)裂隙發(fā)育，補給區(qū)、徑流區(qū)及排泄區(qū)相距較近，形成了礦井涌水量滯后時間短的特點；加上淺部小煤窯的開采以及井下采動引起的地表塌陷，破壞了地表水的自然排泄系統(tǒng)，地表入滲系數(shù)逐年增大，造成降水量增大時，礦井涌水量、奧灰水量都明顯增加。礦井正常涌水量通常30m3/h~40m3/h，局部區(qū)域在探放斷層水或上部采空區(qū)積水時涌水量增大。雖然由于降水、斷層和開采深度及礦井生產(chǎn)量的影響，涌水量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，局部呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)下的跳動，阿刀亥煤礦1975-2010年平均涌水量，見圖2。

圖2 阿刀亥煤礦1975-2010年平均涌水量變化圖

4 煤層開采充水條件與突水

受采掘破壞的影響，采動區(qū)域地面連續(xù)塌陷或形成裂隙帶，由于礦區(qū)煤巖層近于直立，露頭良好，且露頭區(qū)無植被覆蓋和第四紀(jì)覆蓋，大氣降水入滲條件非常好。雖奧灰含水層的含水性小，但隨著礦井開采向深部轉(zhuǎn)移，可能會受到奧灰水的威脅。據(jù)歷年礦井涌水量統(tǒng)計，采掘范圍在+1310水平以上，礦井正常涌水量14.60m3/h；最大涌水量35.266 m3/h（1975-1990年）；采掘范圍在+1260水平以上，礦井平均涌水量為33.69 m3/h（1991-2002年）；近幾年采掘范圍在+1155和+1000水平，礦井平均涌水量為48.90 m3/h（2003-2013年），最大涌水量101.43m3/h，涌水量受大氣降水和奧灰水影響顯著。

4.1充水水源

大氣降水通過地表出露的巖石裂隙補給地下水，是地下水的主要補給來源，為煤礦充水的主要因素。據(jù)生產(chǎn)礦井資料，在季節(jié)性降水影響下，礦井涌水量隨著降水量的變化而變化。區(qū)內(nèi)無大的地表水體，礦區(qū)從東到西分布有石匠窯溝、阿刀亥溝、腦包溝、越來窯溝等河流，流向略呈由北向南，匯入黃河。常年有水，且流量變化大，雨后山洪暴發(fā)，但延續(xù)時間短。加之地形坡度較大，不利于地表水的下滲。地下含水層水源主要為第四系孔隙潛水，石炭二疊系的基巖裂隙水、寒武奧陶系石灰?guī)r裂隙水，各含水層含水系數(shù)小，巖層近于直立，因此各含水層之間的水力聯(lián)系較弱。大氣降水和這些含水層一定程度上成為為礦井充水的主要來源。

4.2充水通道

依據(jù)通道性質(zhì)、充水量及充水速度歸納為滲入性和潰入性兩種通道，滲入性通道和潰入性通道[4]。滲入性通道指充水水源沿地層裂隙、孔隙下滲，以淋水方式進入礦井的通道。本礦受構(gòu)造控制，煤巖層近于直立，露頭良好，屬暴露式煤田，局部巖石受風(fēng)化裂隙比較發(fā)育，而且因井下開采地表塌陷并形成裂隙帶。大氣降水可直接滲入井下。該通道滲入的地下水水量有限，流速較緩，一般不會釀成淹井事故。

潰入性通道指水體以較大流量迅速進入礦井的通道。主要包括延至煤層的冒落裂隙、斷層破碎帶及封閉質(zhì)量不合格的鉆孔等，如區(qū)內(nèi)發(fā)育有大小斷層33條，大多數(shù)斷層分布在礦區(qū)南部，對目前開采區(qū)域影響不大，但F6、F7、F8距離現(xiàn)開采煤層較近，本區(qū)南部這些斷層對地下水的貯存、運移起著控制作用，由于斷層性質(zhì)及斷層兩盤巖性的不同，對煤層的開采有不同的影響。特別是F6正斷層縱貫全區(qū)，斷距約300 m，斷層破壞了巖石的連續(xù)性，造成了水力聯(lián)系的復(fù)雜化。另外斷層帶及其附近巖石破碎，強度低，形成了導(dǎo)水通道。

4.3礦井突水

1）斷層突水事故。阿刀亥礦2005年4月21日在開拓1155大巷時由于接近F6斷層而發(fā)生突水。最大涌水量達89.33m3/h，穩(wěn)定涌水量45.67m3/h，持續(xù)出水約6個多月。突水點位于阿刀亥礦1155水平大巷井口以西360m接近F6斷層處。其層位為煤層底板的奧灰?guī)r，地層產(chǎn)狀層序基本正常。F6斷層走向近于東西，走向280°～290°，傾角65°～85°，斷層面傾向南，落差大于300 m，斷層上盤為二疊系，下盤為寒武奧陶系，為區(qū)域性的大斷層，東西兩端延至區(qū)外，橫貫全區(qū)。F6斷層在井田中部與F7斷層相交，斷層破壞了巖石的連續(xù)性，降低了巖石的強度，又為兩盤不同含水層的溝通提供了條件，造成了水力聯(lián)系的復(fù)雜化。另外斷層帶及其附近巖石破碎，強度低，而且通過阿刀亥溝、水澗溝、腦包溝等溝谷，地表水及地下水也能通過斷層破碎帶進入礦井。

2）老窯突水事故。阿刀亥礦在2003年掘進東部采區(qū)1268工作面時超前鉆探采空區(qū)時鉆孔突水。最大涌水量達42.10m3/h，穩(wěn)定涌水量28.36m3/h，后又根據(jù)積水位置和礦井排水能力增加了探放水工程，有控制地進行了井下探放水。阿刀亥礦煤層受構(gòu)造控制為急傾斜煤層，開采方式為水平分層逐層向下開采，突水點位于東部采區(qū)1268工作面，工作面上部是1992年回采的采空區(qū)和2001年停產(chǎn)的礦辦2號小窯采空區(qū)。隨著開采深度的延深，地面形成狹長的條帶式塌陷區(qū)，增加了頂?shù)装鍘r層裂隙密集度，對大氣降水及地表水下滲十分有利，從而形成了井下采空區(qū)積水。

5 地質(zhì)構(gòu)造對礦井充水的影響

引起礦井突水的主要地質(zhì)構(gòu)造有褶曲、斷裂、巖溶陷落柱等[5-6]。褶曲的類型和規(guī)模決定地下水的儲存條件和儲存量大小。向斜構(gòu)造與單斜、背斜相比，易于匯集和儲存地下水，常形成蓄水構(gòu)造。褶曲伴生裂隙的導(dǎo)水作用，平行主應(yīng)力的橫張裂隙導(dǎo)水性強；但向斜構(gòu)造裂隙涌水未對現(xiàn)階段采掘造成影響；將來向向斜核部采掘時應(yīng)預(yù)防底板突水。斷裂構(gòu)造不但破壞了隔水層的完整性，降低了其隔水性能，而且為地下水提供了逕流通道，增強了含水層的富水性，有時斷層上下兩盤錯動的結(jié)果，縮短了煤層與含水層的距離，甚至使煤層與含水層直接對接，造成含水層與工作面距離縮小，是影響礦井突水的主要地質(zhì)因素。巖溶陷落柱不同程度地貫穿了奧灰水以上的地層，當(dāng)其貫穿煤系地層時，陷落柱可能成為奧灰水進入礦井的通道。

6 結(jié)束語

1）阿刀亥井田內(nèi)具有多個含層組和含水系統(tǒng)，本區(qū)含水層劃分可為4組，分別為：第四系沖洪積砂礫石層潛水層；侏羅系孔裂隙承壓含水層組；石炭-二疊系孔裂隙承壓含水層組；寒武-奧陶系裂隙、溶洞承壓含水層。

2）阿刀亥井田構(gòu)造復(fù)雜，多個含層組和含水系統(tǒng)之間因斷裂構(gòu)造使其產(chǎn)生水力聯(lián)系，各個含水層對都是礦井充水的來源；而斷層和其他裂隙為礦井涌水和突水提供充水通道，其中斷層為主要的充水通道。

3）礦井突水主要由斷層突水和老窯突水兩種，老窯突水需調(diào)查老窯采空區(qū)預(yù)防發(fā)生突水事故；而斷裂突水是因斷層連通承壓水含水層，且在斷層斷裂帶富集水，因此斷層突水是需要重點防治的構(gòu)造突水因素。

[1]王文才,賀媛,劉月河,等.阿刀亥煤礦CU2煤層瓦斯賦存規(guī)律的研究[J].煤炭技術(shù),2010,29(9):103-104.

[2]王付強.阿刀亥煤礦瓦斯賦存規(guī)律研究[D].包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué),2012.

[3]龐禹東.阿刀亥礦急傾斜煤層瓦斯賦存影響因素分析[J].中國煤炭,2013（3）:26-28.

[4]唐書恒,馬彩霞,袁煥章.華北地區(qū)石炭二疊系煤儲層水文地質(zhì)條件[J].天然氣工業(yè),2003,23(1):32-35.

[5]王力.三交河煤礦水文地質(zhì)條件及礦井充水因素分析[J].煤炭技術(shù),2012（11）:65-67.

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（編輯：武曉平）

Hydrogeological Condition and W ater Inrush Research in AdaohaiM ine

XIBaohua
(Shanxi Vocational and Technical College of Coal,Taiyuan 030024,China)

Hydrogeology condition on Adaohai Mine was investigated to obtain the relevance of geological structure and hydrogeological condition in themine.According to the data of coal seams and hydrogeology,aquifers were divided into 4 groups:phreatic aquifer of alluvial-pluvial gravel layer in Quaternary system,bearing pressure aquifer of pores and fissures in Jurassic system,bearing pressure aquiferofporesand fissures in Permo-Carboniferous system,and bearing pressureaquiferof fissures and karst cave in Cambrian-ordovician system.Hydraulic connection happens under conduction effect of faultsamong theaquifers.Besides,fault isoneof important factorscausingwater inrush inmines.

AdaohaiMine;aquifer;fault;water inrush inmines

TD74

A

1672-5050（2016）06-058-04 DO I:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.12.017

2016-06-07

郗寶華(1977-)，男，山西太原人，碩士，講師，從事煤田地質(zhì)研究及教學(xué)工作。