楊曉光

（鐵法煤業(yè)（集團）有限責任公司小青煤礦，遼寧 調兵山 112700）

1 概況

1.1 井田概況

小青井田為隱伏井田，埋藏深度大于360m。地層由下至上依次是前震旦系、白堊系、第四系。小青井田煤系地層主體為一短軸向斜，其軸部位于F74斷層附近，走向大體呈北北東向，兩翼煤巖層都比較平緩，傾角一般都在5°以內，局部受斷層的影響稍大，但也不超過10°。北二采區(qū)位于小青井田的東北部，其南北長平均為2.45km，東西寬平均為1.98km，面積為4.85km2。北二采區(qū)主要開采4-2煤層。4-2煤層的偽頂為灰色泥巖、深灰色炭質泥巖，松軟易碎，遇水成泥狀，厚度0.51～0.73m，一般0.62m左右。直接頂為灰色粉砂巖、細砂巖、砂質泥巖互層，層理明顯，塊狀構造，其厚度為1.76～2.71m，一般2m左右。老頂為白色粗砂巖、砂礫巖及中砂巖，膠結性差，其厚度為5～10m，一般為8m左右。

1.2 采區(qū)水文地質概況

小青井田煤系地層及煤系地層之上共有四個含水層，三個隔水帶。含水層從上至下分別是：第四系砂及砂礫承壓含水層；下白堊系泉頭組砂巖、砂礫巖承壓含水層；下白堊系阜新組砂巖、砂礫巖承壓含水層；構造及巖漿巖裂隙含水帶。隔水層從上至下分別是：第四系隔水層；白堊系上部隔水層和下部隔水層。北二采區(qū)4煤層直接充水水源為下白堊系阜新組砂巖、砂礫巖承壓含水層。

下白堊系阜新組砂巖、砂礫巖承壓含水層，伏于白堊系泉頭組之下，在本井田發(fā)育良好，西薄東厚，總厚度可達800～1230m，主要由砂巖、砂礫巖、泥巖、煤層等組成，多為泥質膠結，部分為鈣質膠結及砂質膠結。含水層厚度為46.58m（上含煤段22.78m，下含煤段23.80m），以灰白色粗砂巖和砂礫巖為主，多在4煤層及7煤層直接頂或間接頂板。根據(jù)535孔抽水試驗，其滲透系數(shù)為0.00717m/d，單位涌水量為0.006L/m·s，460孔及489孔的滲透系數(shù)為0.000597～0.00583m/d，單位涌水量為0.00048～0.0028L/m·s。根據(jù)井筒檢查孔白堊系泉頭組和阜新組含水層混合抽水試驗，其滲透系數(shù)為0.001402～0.006267m/d，單位涌水量為 0.001～0.002L/m·s。水質屬氯化鉀鈉型水。

2 頂板砂巖沉積形式與形成原因

頂板砂巖沉積形式和形成原因對研究區(qū)域內的巖體分布規(guī)律具有一定的指導意義。

由于鐵法煤田的區(qū)域沉積特征為一斷陷型盆地，東部為侵蝕沉積的邊界，小青井田位于鐵法煤田的中東部，因此，受侵蝕沉積的影響較為強烈，尤其是在井田的東北部（即北二采區(qū)）發(fā)育有越岸沖刷帶和沉積后分流河道沖刷帶。以上兩種沖刷帶是本區(qū)煤層頂板砂巖形成的主要原因。

越岸沖刷帶是按照沉積環(huán)境劃分的沖刷帶，是指河道或分流河道的洪水以漫流或決堤方式越岸進入岸后泥炭沼澤而形成的沖刷帶。由于越岸的水流流速較緩，沖刷程度有限，因此表現(xiàn)出來的特征是煤層整體未受侵蝕。但是煤層的偽頂會被局部侵蝕，或整體被侵蝕，并且沖刷帶內巖體顆粒較為細小，顆粒一般小于0.5mm。

分流河道沖刷帶是三角洲平原分流河道沖蝕泥炭而形成的以砂質沉積物為主的地質體。由于三角洲平原顆粒較粗，沖刷對煤層的影響相對越岸沖刷更大，沖刷較為明顯，沖刷帶內的巖體以粗砂巖和砂礫巖為主。

北二采區(qū)的沖刷以越岸沖刷為主，只有局部發(fā)育分流河道沖刷。

3 富水性影響因素

北二采區(qū)4煤層頂板富水性分析主要考慮頂板砂巖厚度、砂泥巖組合、砂巖含量和構造復雜程度等因素。

3.1 頂板砂巖巖性變化

根據(jù)施工探眼，北二采區(qū)4煤層頂板砂巖自北向南依次發(fā)育有粉砂巖、細砂巖、粉砂巖，局部地點為粗砂巖。巖性的不同，透水性也不盡相同，采用滲透系數(shù)評價巖石透水性，松散粉砂滲透系數(shù)0.5～1.0m/d，松散粗砂滲透系數(shù)20～50m/d。由此可見，巖體顆粒直徑越大，滲透系數(shù)越大，滲透性越好。

3.2 頂板砂巖厚度

北二采區(qū)4煤層上部地層巖性由細砂巖、中砂巖、粗砂巖互層構成。根據(jù)北二采區(qū)的3個工作面，即：N2407工作面、N2406工作面和N2408工作面在掘進期間施工的頂板探眼揭露上覆砂巖的情況，繪制了頂板砂巖等厚線圖。根據(jù)砂體厚度，劃分2個區(qū)間，第一個區(qū)間：0～1.5m；第二個區(qū)間：1.5～3m。由圖1可知，小青井田北二采區(qū)4煤層頂板砂巖在兩個區(qū)段的分布范圍。北二采區(qū)4煤層的頂板砂巖厚度在1.5～3m的區(qū)域面積139457m2，占整個區(qū)域的12%；厚度在0～1.5m的區(qū)域面積1202603m2，占整個區(qū)域的88%。通過計算分析，北二采區(qū)頂板砂巖厚度以0～1.5m為主，在采區(qū)中部及采區(qū)的北部區(qū)域零星分布有厚度1.5～3m的砂巖層。

從厚度變化形態(tài)看，北二采區(qū)頂板砂巖層厚度在采區(qū)內的變化較小，整體呈透鏡狀，即中部厚、南北兩側逐漸變薄的趨勢特征。根據(jù)采掘實際揭露情況，頂板砂巖富水性強的區(qū)域主要分布在中部的1.5～3m段的砂巖層中。該區(qū)域砂巖層富水性強的主要原因是由于該砂巖層受上部含水層的不斷補給，巖層內的水含量不斷增加，同時，由于南北兩側的砂巖段厚度相對較薄，對較厚段的砂巖起到了一定的隔水作用，造成了此區(qū)域巖層的排泄通道不暢通，排泄條件較差，并且，該區(qū)域不斷接受補給，而四周并無較好的排泄，最后該區(qū)域的巖層水含量達到飽和狀態(tài)，形成巖層中的“堰塞湖”。這與自然界中堰塞湖的形成非常相似。自然界中所謂的堰塞湖是由火山熔巖流、冰磧物或由地震活動使山體巖石崩塌下來等原因引起山崩滑坡體等堵截山谷、河谷或河床后貯水而形成的湖泊。在掘進期間揭露“堰塞湖”時，類似與自然界中在堰塞湖外圍打開了通路，形成排泄通道，使巖層中的水以頂板滴水、淋水和錨桿淋水等形式得到排泄。這就是小青煤礦北二采區(qū)頂板局部出水的最主要原因之一。

圖1 北二采區(qū)4煤層頂板砂巖層分布圖

3.3 砂泥巖組合和砂巖含量影響

砂泥巖組合厚度比是依據(jù)砂巖和泥巖的滲透系數(shù)存在較大差異，泥巖的滲透系數(shù)僅為2×10-10～8×10-9，而砂巖的滲透系數(shù)高達5.5×10-6，砂巖的富水性強于泥巖的富水性。同一砂巖層厚度越大，富水性越強；同一泥巖層厚度越大，隔水性越強。通過砂巖層和泥巖層厚度的比值大小可以有效反映出區(qū)域的富水性和隔水性，比值越大，富水性越強，水的流動性越強，反之富水性和流動性越差。北二采區(qū)泥巖分布范圍較小，只有局部發(fā)育，并以4煤層偽頂為主。分析砂泥巖組合對頂板富水性的影響，主要以采掘實見的砂巖厚度與泥巖厚度比進行綜合分析。砂巖厚度/泥巖厚度＞5，富水性偏強；砂巖厚度/泥巖厚度=2～5，富水性一般；砂巖厚度/泥巖厚度＜2，富水性較差。

3.4 地質構造的影響

根據(jù)揭露表明，在其他條件相近的情況，向斜軸部往往是富水性較強，距離斷層軸線越近，富水性越強；在其他條件相近的情況，斷層及受斷層影響的裂隙附近往往富水性較強。

3.5 頂板富水性分布情況

北二采區(qū)頂板富水較好區(qū)域集中在采區(qū)的中部，該區(qū)域為沖刷帶分布區(qū)域，其次為“堰塞湖”區(qū)域，并且砂巖層厚度厚。富水性一般的區(qū)域位于采區(qū)的東部-南部，該區(qū)域的砂巖層厚度較厚。富水性較差的區(qū)域位于本區(qū)域的西部-西北部，該區(qū)域砂巖層厚度薄，并且無構造和沖刷帶等因素影響。

4 結論

北二采區(qū)沖刷以越岸沖刷為主，局部發(fā)育分流河道沖刷；巖體顆粒直徑與滲透系數(shù)和滲透性成正比；區(qū)域內頂板砂巖層整體呈透鏡狀，富水性強的區(qū)域主要分布在中部的1.5～3m段的砂巖層中；砂、泥巖厚度比值大于5時富水性偏強，介于2～5時富水性一般；小于2時富水性較差；向斜軸部和距離斷層軸線較近位置，富水性更強。