王利軍 趙 璞 劉曉威

(1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 邯鄲 056004；2.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局，河北 邯鄲 056004)

我國(guó)北方石炭—二疊紀(jì)含煤巖系是我國(guó)最主要的含煤巖系之一，上覆第四系巨厚松散含水層，下伏富水性極強(qiáng)的奧陶系灰?guī)r（下面簡(jiǎn)稱奧灰）含水層。受下部奧灰水突水威脅的太原組下組煤資源量較大，如東部的冀、豫、魯?shù)貐^(qū)，其下組煤煤炭資源量占到總資源量的40%以上，部分礦區(qū)所占比例甚至超過(guò)65%，深部開(kāi)發(fā)潛力巨大。于是，隨著老礦區(qū)上部煤炭資源的枯竭，下組煤的進(jìn)一步開(kāi)采將無(wú)疑是延長(zhǎng)老礦井服務(wù)年限的重要途徑，但相對(duì)的奧陶系灰?guī)r的底板威脅程度也逐漸增大，嚴(yán)重威脅礦井的生產(chǎn)安全。所以，下伏奧灰富水性規(guī)律分析對(duì)于礦井安全生產(chǎn)的礦井涌水量預(yù)測(cè)和突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)都有十分重要的意義。

1 礦井地質(zhì)概況

1.1 礦區(qū)概況

新驛井田位于山東省寧汶煤田南部，東距兗州市19km，西距汶上縣城20km，行政區(qū)劃歸兗州市新驛鎮(zhèn)管轄，面積56.9km2。目前主采煤層為上組3煤，生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)原煤100余萬(wàn)噸，為提高效益，下一步計(jì)劃同時(shí)配采下組煤。

1.2 地層

本區(qū)屬華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)濟(jì)寧小區(qū)，地層自下而上為下古生界寒武系、奧陶系；上古生界石炭系、二疊系；中生界侏羅系；新生界古近系、新近系、第四系。其中含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，平均厚度為247.82m。區(qū)域地層缺失志留系、泥盆系、三疊系、白堊系。

1.3 構(gòu)造

通過(guò)物探及鉆探資料揭示，井田北側(cè)為鄆城斷層、西側(cè)為孫氏店斷層，井田內(nèi)斷層主要是受此斷層后期東西向拉伸及南北向擠壓作用而形成的張扭性斷層，造成井田內(nèi)構(gòu)造方向大致為北東向（圖1）。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造示意圖

1.4 含（隔）水層

依據(jù)地下水含水介質(zhì)及孔隙類型，區(qū)內(nèi)主要的含水層自上而下可分為第四系沖洪積層孔隙含水層；二疊系砂巖裂隙含水層；石炭系層間巖溶裂隙含水層；奧陶系巖溶裂隙含水層。主要隔水層由上而下有第四系中段隔水層、上下石盒子隔水層、三灰至16煤之間隔水層、16煤、17煤下伏隔水層等。其中除奧灰含水層外，其他含水層在與奧灰沒(méi)有水力聯(lián)系的情況下易于疏干。

2 奧陶系灰?guī)r巖溶發(fā)育特征

煤層下伏的奧陶系灰?guī)r巖溶發(fā)育，形態(tài)以溶孔和溶蝕裂隙為主，局部見(jiàn)孔洞。含水層主要為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖。礦區(qū)中埋藏深度東部淺，只有200m左右；中部及西南部深，一般510.44～726.96m，最深達(dá)900m。

2.1 巖溶形態(tài)特征

2.1.1 溶孔

主要發(fā)育于泥質(zhì)白云巖、白云巖、角礫狀泥灰?guī)r中，多呈零星狀、蜂窩狀分布，直徑一般0.5～2.0cm，泥質(zhì)、方解石充填或半充填，一般連通性較差。

2.1.2 溶蝕裂隙

溶蝕裂隙多見(jiàn)于灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖中，寬度一般小于2.5cm，部分被方解石半充填，部分裂隙面可見(jiàn)鐵銹，測(cè)井驗(yàn)證溶蝕裂隙一般含水，巖溶連通性總體中等。

2.1.3 孔洞

姚小二參賽獲獎(jiǎng)，得到一雙大號(hào)皮鞋，直接穿起來(lái)太大且傷腳，不穿可惜，送人又舍不得。思前想后，姚小二買來(lái)裹腳布，自己給自己纏腳。姚小二纏足適履，別扭，難受，腳臭，腳指頭爛，走路慢，而且經(jīng)常摔跤，一怒之下，姚小二扔掉大鞋和裹腳布，改穿布鞋。

孔洞主要見(jiàn)于灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖中，直徑一般為2～5cm，多沿溶蝕裂隙發(fā)育，方解石半充填。

2.2 巖溶發(fā)育規(guī)律

2.2.1 埋深的影響

勘查區(qū)巖溶在平面和垂向的發(fā)育規(guī)律都跟奧灰的埋深有著密切的關(guān)系，水1、群1、3-3孔、井下5-5孔、井下3-7孔等的勘查資料（進(jìn)入鉆孔的深度見(jiàn)表1）顯示，隨著奧灰埋深增加，巖溶發(fā)育變差，富水性有逐漸變?nèi)醯囊?guī)律，物探資料也證實(shí)了這一點(diǎn)。總的來(lái)說(shuō)東部淺埋區(qū)巖溶較發(fā)育，向西南及北部深埋區(qū)巖溶發(fā)育變差。當(dāng)奧灰埋深大于700m時(shí)，巖溶發(fā)育明顯變差，如圖2。

表1 主要鉆孔進(jìn)入鉆孔一覽表

圖2 奧灰?guī)r溶發(fā)育與埋深關(guān)系圖

2.2.2 巖溶發(fā)育與構(gòu)造的關(guān)系

在區(qū)內(nèi)斷層帶附近地層破碎、裂隙發(fā)育，富水性總體強(qiáng)于一般地段，特別是在區(qū)內(nèi)長(zhǎng)溝支五斷層及DF103斷層?xùn)|段，為異常低阻富水地段。本次水1孔、群2孔均距斷層帶較近，鉆進(jìn)中漿液漏失量及抽水涌水量均大于一般地區(qū)。此外，穿過(guò)區(qū)內(nèi)的半邊店向斜造成西南部及北部奧灰埋深增大，巖溶發(fā)育明顯變差。

3 巖溶含水層的富水性分析

通過(guò)對(duì)勘查資料的研究，奧灰?guī)r溶含水層的富水性主要取決于巖溶發(fā)育程度、邊界的補(bǔ)給條件及地下水的徑流條件。

3.1 巖溶地下水系統(tǒng)的邊界補(bǔ)給條件

勘查區(qū)位于淵源泉巖溶水系統(tǒng)北部徑流區(qū)上游西部。井田北部鄆城斷層為區(qū)域性隔水邊界；南部長(zhǎng)溝斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?，且長(zhǎng)溝地壘區(qū)屬?gòu)?qiáng)富水區(qū)；西部孫氏店斷層落差達(dá)500m，閉合較好，西側(cè)侏羅系及煤系泥頁(yè)巖與東側(cè)奧灰直接接觸，可視為勘查區(qū)奧灰地下水的阻水邊界；東部奧灰隱伏露頭線以東，奧灰及第四系地下水、地表水均十分豐富，為勘查區(qū)內(nèi)巖溶地下水的側(cè)向補(bǔ)給區(qū)。因此，勘查區(qū)奧灰?guī)r溶地下水主要接受東部區(qū)巖溶水的側(cè)向補(bǔ)給，其次接受西部區(qū)第四系地下水的垂直滲漏補(bǔ)給，補(bǔ)給源十分豐富。

3.2 巖溶地下水的徑流條件

3.3 巖溶含水層的富水性分區(qū)

本區(qū)巖溶水屬埋藏型巖溶區(qū)，富水性總體為中等～弱，根據(jù)巖溶的發(fā)育程度、邊界的補(bǔ)給條件、地下水的徑流條件及鉆孔單位涌水量，參考巖溶水層的埋深劃分出了四個(gè)分區(qū)：

Ⅰ區(qū)（強(qiáng)富水帶）：長(zhǎng)溝支五、DF103、DF155、DF143、DF54、DF68、DF84、DF97、XF14、XF27等斷層帶，瞬變電磁勘探有低阻異常反映，推斷為富水構(gòu)造帶。發(fā)生突水時(shí)一般來(lái)水迅猛，對(duì)采煤的潛在威脅最大。

Ⅱ區(qū)（較強(qiáng)富水帶）：東部一采區(qū)、西部三采區(qū)大部，奧灰埋藏較淺～中等，富水性相對(duì)較強(qiáng)，單位涌水量大于0.300L/s·m，如：水1孔為0.319L/s·m，補(bǔ)2孔為 0.422L/s·m。

Ⅲ區(qū)（中等富水帶）：二采區(qū)東部、一采區(qū)與四采區(qū)西部，奧灰埋深中等，為相對(duì)中等富水區(qū)，單位涌水量為0.040～0.300L/s·m。如：3-3孔為0.166L/s·m，9-6 孔為 0.047L/s·m。

Ⅳ區(qū)（弱富水帶）：五采區(qū)東部及二、三采區(qū)交界一帶，屬奧灰深埋區(qū)，富水性相對(duì)較弱，單位涌水量小于0.040L/s·m。如：井下5-5孔為0.038L/s·m。弱富水區(qū)雖初始水壓高，但卸壓后穩(wěn)定流量不大，突水易于控制。

圖3 奧灰富水性分區(qū)圖

4 結(jié)論

奧灰底板突水對(duì)下組煤開(kāi)采具有很大的威脅，其中富水性強(qiáng)弱是其重要影響因素之一。通過(guò)研究得出：

（1）在本研究區(qū)，奧灰的巖溶發(fā)育基本隨其埋深增加而變差，在斷層帶附近發(fā)育較好。

（2）奧灰含水層的富水性取決于巖溶發(fā)育程度、邊界的補(bǔ)給條件及地下水的徑流條件。

（3）根據(jù)全面分析將本區(qū)劃分出了強(qiáng)富水帶、較強(qiáng)富水帶、中等富水帶和弱富水帶等四個(gè)分區(qū)。

（4）奧灰含水層的富水性分析對(duì)于煤礦開(kāi)采下組煤、預(yù)防煤礦突水的威脅、確保礦井的安全生產(chǎn)及延長(zhǎng)老礦服務(wù)年限有十分重要的意義。