李龍龍

（山東能源臨礦集團古城煤礦，山東 濟寧 272000）

我國現(xiàn)代礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)開采發(fā)展中，水害問題時有發(fā)生，不僅給礦井開采企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟損失，更對礦井開采人員的生命安全產(chǎn)生了嚴重威脅。因此，在現(xiàn)代地質(zhì)工程研究工作發(fā)展中，對地質(zhì)巖層富水性的控制研究已經(jīng)成為企業(yè)工作開展的重要內(nèi)容。而經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)構(gòu)造對于巖層富水性有著極為明顯的控制作用，不僅關(guān)系到了巖層地下水的邊界關(guān)系、儲水程度，更在一定程度上決定了礦井突水通道的性質(zhì)和突水量大小，并且對礦井水害也有著明顯的控制作用。

1 地質(zhì)構(gòu)造成因及常見類型

地質(zhì)構(gòu)造本身是在地球內(nèi)、外應(yīng)力的共同作用下形成的，是地質(zhì)巖層、掩體結(jié)構(gòu)受位移作用以及變形力的影響下最終形成的地質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)。地質(zhì)構(gòu)造多分布于層狀巖石地帶，但是在巖漿巖、變質(zhì)巖的地質(zhì)區(qū)域內(nèi)，也會有地質(zhì)構(gòu)造的存在。地質(zhì)構(gòu)造的主要表現(xiàn)形態(tài)包含了巖層褶皺、巖層斷裂、巖層劈理以及各種面狀或者線狀的類型。

地質(zhì)構(gòu)造的常見類型根據(jù)其生成時間可以分為原生和次生兩種?，F(xiàn)代地質(zhì)工程產(chǎn)業(yè)研究中，地質(zhì)次生構(gòu)造是主要的構(gòu)造地質(zhì)學研究對象。而地質(zhì)原生構(gòu)造則多用于地下巖層變形情況以及變形方式的判斷[1]。而在地質(zhì)構(gòu)造類型劃分中，根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)進行劃分，也可以分為水平地質(zhì)構(gòu)造、傾斜地質(zhì)構(gòu)造以及斷裂地質(zhì)構(gòu)造和褶皺地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)模也會存在較大差異，大型地質(zhì)構(gòu)造長度可達上千里，而小型地質(zhì)構(gòu)造則可能以毫米、微米計算，觀察中需要光學顯微鏡或者電子顯微鏡才能看到。

2 巖層富水性的主要影響因素

巖層富水性是指巖層結(jié)構(gòu)所具有地給出水能力，巖層富水性取決于含水層的巖性結(jié)構(gòu)、巖層厚度、地質(zhì)構(gòu)造以及補給條件等等。而影響巖層富水性的因素也是包含多個方面的，例如區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造因素、巖性結(jié)構(gòu)因素、巖層空隙特性、裂隙率、儲存條件等等[2]。在礦井開采中，通過相應(yīng)的研究方法，總結(jié)了巖層富水性的五個主要影響因素。

第一，平均孔隙度影響因素。巖層富水性主要影響因素就是掩體結(jié)構(gòu)平均孔隙度的發(fā)育情況。在礦井開采過程中，常采用巖體孔隙度來對巖層富水性度進行劃分，以γ-γ法的入射伽馬射線的散射和接收特性，對礦井內(nèi)的巖層平均空隙度進行核測，并以該核測結(jié)果，結(jié)合加強平均算法，來計算巖層的平均孔隙度，并根據(jù)繪制的等值線圖來確定巖層富水性的主要情況。

第二，巖體斷層結(jié)構(gòu)密度影響因素。巖體斷層結(jié)構(gòu)巖層富水性情況的主要影響因素，在巖體斷層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)附近，會形成較為發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造裂隙，進而形成富水地段。根據(jù)對我國礦產(chǎn)資源開采相關(guān)數(shù)據(jù)報告的研究與分析，在地質(zhì)結(jié)構(gòu)中斷裂構(gòu)造較為發(fā)育、斷層結(jié)構(gòu)較為密集的礦井區(qū)域，發(fā)生突水情況的概率更高，并且突水量也更大，給煤礦開采造成嚴重的不利影響。

第三，沖洗液漏失量影響因素。在礦井開采產(chǎn)業(yè)中，礦井砂巖中富水分布極為不均，會受巖體結(jié)構(gòu)裂隙以及空隙發(fā)育情況的控制。在礦井地鉆進過程中，常會通過對沖洗液消耗量的曲線情況對巖層富水性進行研究，根據(jù)礦井開采中的實際情況和沖洗液消耗情況，把礦井鉆孔沖洗液漏失量分為五個等級對其進行漏失量等值線圖進行分析與研究，以得出巖層富水性情況報告，鉆孔沖洗液漏失量的等級劃分為0～0.3、0.3～0.6、0.6～0.9、0.9～1.2以及＞1.2（單位 ：m3/h）等五個等級。

第四，砂巖總厚度影響因素。在地質(zhì)構(gòu)造的巖層富水性研究中，巖體構(gòu)造的砂巖總厚度不僅是影響富水性的先決條件，更和巖層結(jié)構(gòu)水賦存的直接因素。在礦井開采中，常將礦井范圍內(nèi)的砂巖厚度情況作為含水層相對厚度的主要參考因素，并通過對礦井地質(zhì)巖層結(jié)構(gòu)的山巖厚度分布等值線圖，來對巖層富水性進行判定，為礦井開采提供必要安全保障。

第五，取芯率影響因素。在礦井開采過程中，從地質(zhì)礦層結(jié)構(gòu)的透水性和含水性兩個方面進行分析，可以將巖體結(jié)構(gòu)的裂隙情況分為開啟性和非開啟性，也可以稱之為連通性裂隙或者非連通性裂隙，開啟性裂隙主要是由礦層富水結(jié)構(gòu)與地表相連通工程構(gòu)成裂隙或者是由不同裂隙組合交切形成的礦層裂隙地帶。開啟性裂隙如果與地表水或者淺層含水結(jié)構(gòu)相連通，其富水量必然較為充足，甚至成為地下水流通道，會對礦井造成嚴重的突水威脅，并且突水量極大。而不開啟性裂隙則不會形成涌水通道，相對較為安全。在礦井開采中，常將超過10cm的巖芯長度與鉆孔深度的比值作為取芯率，用以對礦井內(nèi)礦層裂隙情況進行判定，作為礦層富水性判定的主要因素。一般情況下，取芯率低則表示裂隙交切程度較高，為連通性裂隙；相反則表示巖體裂隙非連通性，不會形成涌水通道，給礦井造成嚴重的安全威脅。

3 礦層富水性對礦井開采的主要危害

首先，礦層富水性對礦井開采造成的安全危害。礦井開采作為高危職業(yè)，在實際開采過程中會受多方面因素的影響而增加其風險性。現(xiàn)代礦井產(chǎn)業(yè)開采工作開展的首要原則要求就是安全性。但是巖層富水性會在礦井開采中對開采流程產(chǎn)生巨大的安全威脅，一旦礦層富水性過高，存在連通性礦層裂隙，就容易在礦井鉆進中導致礦井突水的情況發(fā)生，甚至形成涌水通道，不僅會對礦井的整體支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，更會直接對開采人員的生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴重威脅。并且如果一旦形成涌水通道，就會導致礦井內(nèi)的水位上升，使礦井存在塌方的安全風險問題，產(chǎn)生更大的開采安全隱患。

其次，礦層富水性對煤礦開采造成的經(jīng)濟損害。礦產(chǎn)企業(yè)的主要經(jīng)濟收益來源就是礦產(chǎn)資源開采，是其產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)工作的核心環(huán)節(jié)。但是礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)作為與地質(zhì)構(gòu)造存在直接聯(lián)系的資源生產(chǎn)型企業(yè)，一旦地質(zhì)構(gòu)造存在問題，就會對其生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生嚴重影響。礦層富水性作為地質(zhì)構(gòu)造控制下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)問題，其會在礦井開采中對礦產(chǎn)企業(yè)造成巨大危害。其一，一旦礦井開采中由于礦層富水性導致突水情況發(fā)生，就會由于礦層水體在礦井中的涌入對礦井開采的一些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)施產(chǎn)生影響，造成礦產(chǎn)開采企業(yè)的直接經(jīng)濟損失。其二，礦井開采中一旦發(fā)生突水情況，就會嚴重影響礦產(chǎn)企業(yè)開采工作的進度情況，導致其開采環(huán)節(jié)被延誤，造成時間成本的損失，對礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟利益產(chǎn)生間接威脅。其三，礦井開采過程中發(fā)生突水問題時，會給礦井開采人員造成較大的安全威脅，一旦開采工作人員發(fā)生安全事故，礦產(chǎn)企業(yè)也需要按照相應(yīng)的補償標準對發(fā)生事故的人員及家屬進行賠償，進一步增加開采成本。其四，一旦礦井開采中發(fā)生突水事故，也會對礦產(chǎn)企業(yè)的聲譽產(chǎn)生影響，給礦產(chǎn)企業(yè)造成企業(yè)聲譽損失。

最后，巖層富水性給礦井開采企業(yè)市場發(fā)展造成的危害?，F(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展中，礦產(chǎn)資源市場的競爭日趨激烈，不僅面臨著嚴重的國內(nèi)市場競爭威脅，同時還承受著國際礦產(chǎn)資源市場的沖擊。新市場環(huán)境背景下，一旦礦產(chǎn)企業(yè)的資源開采中受井下礦層富水性影響而發(fā)生開采事故，就會對其市場競爭產(chǎn)生嚴重影響，直接對其市場發(fā)展造成危害。同時，由于事故發(fā)生導致的礦產(chǎn)資源開采實效下降也會導致礦產(chǎn)企業(yè)無法按時向采購方輸送礦產(chǎn)資源，進一步對企業(yè)的運營以及市場核心競爭力產(chǎn)生影響，會礦產(chǎn)企業(yè)發(fā)展造成嚴重威脅。

4 地質(zhì)構(gòu)造對礦層富水性的控制作用

以我國某礦區(qū)為例，礦區(qū)口包含了四個礦區(qū)，礦區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造特征按照由新到老的順序依次分為第四系、新近系、箍筋西、三疊系、二疊系、石炭系、寒武系和太古界。該礦區(qū)的主要采煤區(qū)域位于二疊系地層結(jié)構(gòu)之中層，地質(zhì)構(gòu)造包含了新生界松散層、基巖含水層/基巖隔水層等等。在該礦區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)對礦層富水性的控制作用中，主要包含了控制含水層礦層傾向、礦層露頭情況、水文邊界形式、礦體裂隙發(fā)育程度等直接控制作用；也包括了地質(zhì)構(gòu)造的古地貌形態(tài)而控制的上覆松散層沉積情況、松散層與基巖水力聯(lián)系的間接控制作用。

首先，地質(zhì)構(gòu)造對礦層富水性的直接控制作用。

其一，礦體結(jié)構(gòu)含水層儲水空間的改善控制。在上述礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造中，涉及到了寒武系灰?guī)r、太原組灰?guī)r共同構(gòu)成的二疊系砂巖，都是由古生代沉積而形成的，并且通過地質(zhì)調(diào)查研究，地質(zhì)構(gòu)造在古生代時期經(jīng)歷過兩次較為嚴重的地質(zhì)運動，對其礦層富水性產(chǎn)生了巨大的改造作用，不僅使其產(chǎn)生了較大的地質(zhì)褶皺，也使該區(qū)域地質(zhì)背斜軸部的寒武系灰?guī)r暴露出來。經(jīng)過地質(zhì)結(jié)構(gòu)運動的強烈擠壓，是該礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造中的含水層被結(jié)構(gòu)斷層切割，形成了條帶狀、階梯狀的巖體含水層，改善了地下水的徑流條件，地質(zhì)構(gòu)造中大量小斷層以及礦體裂隙的存在，使該礦區(qū)的礦層儲水空間被拓展，對礦層富水性產(chǎn)生了增強作用。

其二，地質(zhì)構(gòu)造對礦體含水層富水性差異的控制作用。由于案例礦區(qū)的區(qū)域位于正處于陳橋背斜南翼和謝橋向斜北翼中間位置，受背斜存在的現(xiàn)實影響，導致其太原組地層由北部背斜軸部位置在自然界的風化作用下逐漸露出，使礦區(qū)新生界松散層發(fā)生沉積以前，灰?guī)r層得到了大量地表水以及降水的補給，大大提升了該礦區(qū)區(qū)域礦體富水性。并且礦體的流動水順層流動作用的影響下，逐漸向著位于礦區(qū)南側(cè)位置的謝橋向斜軸部位置而匯流，使礦區(qū)南部地質(zhì)構(gòu)造更深層次的巖層富水性得以補充，大大提升了礦區(qū)地下構(gòu)造的巖層富水性。這就與地質(zhì)構(gòu)造控制煤田太原組灰?guī)r的富水性差異產(chǎn)生的控制肌理一樣，實現(xiàn)了礦區(qū)礦體地層砂巖富水性差異的控制。

其次，地質(zhì)構(gòu)造對礦層富水性的間接控制作用。

其一，地質(zhì)構(gòu)造對松散層含水層沉積特征的控制作用。在上述礦區(qū)區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造變化中，新生界松散層的沉積特征受到了古地形運動的影響，并且在古地形的運動過程中，受地質(zhì)構(gòu)造自身帶來的地質(zhì)控制，對其礦層富水性就產(chǎn)生了一定影響。在該礦區(qū)現(xiàn)階段地質(zhì)構(gòu)造特征的影響下，再加上后期的風化作用影響而導致的礦體侵蝕，使礦區(qū)區(qū)域構(gòu)造特征控制了東南高、西北低的古地貌構(gòu)造特征，地質(zhì)構(gòu)造上覆新生界松散層特征體現(xiàn)為西北厚、東南薄的特點，與礦層富水性產(chǎn)生了密切關(guān)聯(lián)。因此，地質(zhì)構(gòu)造對礦層富水性產(chǎn)生了間接的控制作用。

其二，地質(zhì)構(gòu)造控制松散層含水層與基巖含水層形成水力聯(lián)系的控制作用。該礦區(qū)項目的地質(zhì)構(gòu)造中，底部基巖與地質(zhì)結(jié)構(gòu)的各礦層之間整體呈現(xiàn)為南傾斜構(gòu)造特征，這就導致了松散層底部含水層與基巖含水層之間就產(chǎn)生了密切接觸，然后在通過風氧化帶形成了兩者之間的溝通聯(lián)系，產(chǎn)生了兩者之間的富水性補給作用。同時，在研究區(qū)域北部地區(qū)的地層基巖露出位置受埋深影響而逐漸變大，基巖位置越靠北，松散層底部的富水性也更強，水位也更高，基巖的補水能力也越強。這也是地質(zhì)構(gòu)造對礦層富水性的間接控制作用的重要體現(xiàn)。

5 結(jié)束語

地質(zhì)構(gòu)造會對巖層富水性產(chǎn)生直接或者間接的控制作用，礦層富水性情況對于礦井開采會產(chǎn)生諸多影響。因此，在礦井開采中，就需要通過對地質(zhì)構(gòu)造對礦層富水性控制作用的全面分析，對礦層富水性情況進行研究，以保證礦井開采工作的順利開展，保證礦井開采的安全性。