劉伯

（開灤能源化工股份有限公司，河北 唐山 063018）

1 概 況

林南倉(cāng)井田位于河北省玉田縣薊玉煤田，是一座設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為每年120 萬t 的大型礦井。礦區(qū)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，斷層多，井巷工程涌水頻繁，煤系地層中軟巖極發(fā)育，井巷工程施工條件差，維護(hù)成本高，防治水工作難度較大。加強(qiáng)礦區(qū)水文地質(zhì)基礎(chǔ)工作，強(qiáng)化防治水工作管理，是礦井安全生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需要。

林南倉(cāng)井田是薊玉煤田東北部一孤立的向斜盆地，東西長(zhǎng)約7 km，南北寬3.5 km，面積約22 km2。全區(qū)被新生界地層覆蓋，沖積層厚度為140～440 m，區(qū)內(nèi)地形平坦，地表標(biāo)高為1.0～6.91 m，區(qū)內(nèi)無河流。

1.1 井田地質(zhì)條件

林南倉(cāng)井田屬華北晚古生代聚煤盆地成煤區(qū)域構(gòu)造轉(zhuǎn)換部位，燕山沉降帶中段南緣，北依燕山褶皺帶，其特殊古地理位置決定了井田范圍內(nèi)構(gòu)造的特殊性和復(fù)雜性。井田主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)至二疊系上統(tǒng)，石炭系上限為11 煤頂板細(xì)粉砂巖之頂界，與上覆二疊系地層呈整合接觸，下限為奧陶系灰?guī)r頂面，二者呈平行不整合接觸。林南倉(cāng)井田發(fā)育有多條大中型斷層，井下實(shí)見小構(gòu)造非常發(fā)育，斷層發(fā)育密度大。井田內(nèi)巖漿巖主要分布于西一采區(qū)西部，西二采區(qū)大部，西四采區(qū)和東一采區(qū)局部。

礦區(qū)煤系地層中沉凝灰?guī)r（包括凝灰質(zhì)粗砂巖、凝灰質(zhì)中砂巖、凝灰質(zhì)細(xì)砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖） 十分發(fā)育。從A 層至12 煤頂板均有不同程度的凝灰質(zhì)巖石，由于此類巖石極易風(fēng)化和水化，對(duì)工程施工影響較大。主采煤層頂、底板巖層中粘土礦物含量高（主要為蒙脫石、高嶺石等），特別是煤6 頂?shù)装?、?-2 底板，煤9 頂?shù)装濉⒚?2 頂板，巖性松軟，遇水膨脹，極易片幫冒頂，巷道支護(hù)困難，變形嚴(yán)重，難以維護(hù)。

1.2 井田水文地質(zhì)條件

林南倉(cāng)井田賦存于一個(gè)不對(duì)稱的構(gòu)造盆地之中，伏于第四紀(jì)沖積層之下，基巖面北高南低，高差達(dá)100～200 m。第四紀(jì)沖積層厚度變化較大（143～434 m），其底部卵、礫石層含水豐富。下伏奧陶紀(jì)灰?guī)r含水豐富，井田西部斷層發(fā)育，有巖漿巖侵入，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。礦井直接充水含水層包括 5 煤頂板、5～12 煤、12～14 煤、14煤～K3 這4 個(gè)砂巖裂隙承壓含水層（組）；礦井間接充水含水層為第4 系孔隙含水層和奧陶系巖溶裂隙承壓含水層。由于沖積層內(nèi)有較好的隔水層存在，深部含水層不能就近接受大氣降水的補(bǔ)給。沖積層和煤系各含水層之間均有較好的隔水層賦存，一般情況下地下水徑流自北向南主要沿層間流動(dòng)。

歷史最大涌水量為19.53 m3/min（1981 年10月）。自建井至今，共發(fā)生突水淹井事故3 起（主井井筒施工期間），突水量大于1 m3/min 的事故28起（表1），最大突水量9.25 m3/min。其中斷層水害11 起，鉆孔水害2 起（井下鉆孔突水），煤層頂?shù)装逅?5 起，礦井突水水源來自于含煤地層內(nèi)部的5 煤以上0～100 m 段砂巖裂隙含水層、5～12煤砂巖裂隙含水層、12～14 煤砂巖裂隙含水層和14 煤～K3砂巖裂隙含水層。

表1 突水點(diǎn)基本情況Table 1 Basic situation of water inrush point

2 礦井充水特征

礦井涌水水源主要為煤12 下伏地層，占礦井涌水量的70%以上。井下突水點(diǎn)大部分集中在12煤及其底板中。林南倉(cāng)井田水文地質(zhì)條件具有十分明顯的區(qū)域特征，礦井涌水受區(qū)域地質(zhì)和工程地質(zhì)特性的控制，礦井總涌水量不大(歷史最大涌水量為19.53 m3/min)，但突水點(diǎn)較多，且集中在構(gòu)造發(fā)育部位，突水多發(fā)生在煤12 以下層位中。涌水點(diǎn)水量變小或消失較快，但不都是處于疏干狀態(tài)，多數(shù)情況是軟巖膨脹堵塞裂隙所致。工程施工中突水征兆不明顯，涌水具有突然性。奧陶系灰?guī)r含水層是礦井主要的間接充水水源，礦井涌水最終來源主要為該含水層水。受巖石遇水軟化膨脹的影響，采空區(qū)充水系數(shù)一般較?。?.1～0.2）。

2.1 充水形式

礦區(qū)充水水源主要是砂巖裂隙含水層，而裂隙充水形式多以滴淋水向井下巷道涌水，一個(gè)新裂隙出水后，老裂隙出水點(diǎn)涌水量減小或消失，深部巷道涌水后，淺部巷道涌水即減小或無水，呈此起彼落現(xiàn)象。礦井坑道充水時(shí)以底板涌水和頂板淋水為主要形式。采面和巷道開拓后，坑道充水主要來源于5 煤頂板和12 煤至14 煤間的巖巷，二者占礦井總涌水量的70%～80%。地下水同層位聯(lián)系很強(qiáng)，不同層位聯(lián)系很弱，當(dāng)深部采面或巷道出水后，同層位的淺部采面或巷道即被襲奪而干涸。煤系各含水層以露頭區(qū)補(bǔ)給為主，所以礦井涌水量在巷道或采面沿走向的采掘長(zhǎng)度暫時(shí)不變時(shí)，礦井總涌水量將出現(xiàn)在暫時(shí)穩(wěn)定階段，在此階段可出現(xiàn)強(qiáng)出水點(diǎn)襲奪弱出水點(diǎn)，邊部出水點(diǎn)襲奪中間部出水點(diǎn)的現(xiàn)象，而礦井總涌水量的變化甚微。由于井田內(nèi)斷層較多，如果斷層將其它含水層的水導(dǎo)入巷道，將會(huì)局部的改變充水條件，使巷道充水條件復(fù)雜化。

2.2 涌水規(guī)律

全礦區(qū)礦井涌水量基本維持在比較穩(wěn)定的水平，一般為7.5～12.0 m3/min，但各水平涌水量趨勢(shì)有所不同，-240 m 水平呈先升后下降趨勢(shì)，-400 m 水平逐漸下降，-500 m 水平呈先升后下降趨勢(shì)，-650 m 水平的涌水量還在增大。礦井涌水量的變化規(guī)律與開采面積、開拓長(zhǎng)度、產(chǎn)量、開采深度等因素有一定關(guān)系。

（1） 礦井涌水量與開采面積、開拓長(zhǎng)度、產(chǎn)量的關(guān)系。由于礦井涌水量主要由14 煤～K3、12～14 煤2 個(gè)含水層涌水組成，回采工作面涌水量來源于5 煤～12 煤含水層，此含水層含水性較弱，工作面單位涌水量為0.1～0.5 m3/min，而礦井涌水量為6～19 m3/min，故礦井涌水量與開采面積、產(chǎn)量關(guān)系不大。礦井涌水量主要與開拓活動(dòng)有關(guān)，由于含水層整體含水性較弱，補(bǔ)給差，富水性不均勻，造成了突水點(diǎn)水量穩(wěn)定性較差，所以礦井涌水量與開拓長(zhǎng)度關(guān)系不密切，與開拓層位和開拓工程的連續(xù)性密切相關(guān)。

（2） 礦井涌水量與開采深度的關(guān)系。-240 m水平開拓工程完工后，水平最大涌水量13.78 m3/min （1979 年 12 月），-400 m 水平開拓工程基本完工后，最大涌水量10.95 m3/min（1982 年11月），水源皆來自12 煤～14 煤、14 煤～K3含水層（不包括5 煤以上0～100 m 段含水層），可以看出在礦井基建階段由于含水層含水性不豐富（含水中等），礦井涌水量受含水層靜儲(chǔ)量影響較大，以消耗含水層靜儲(chǔ)量為主。含水層擴(kuò)展半徑進(jìn)展緩慢，影響較之前者不成比例，所以就造成了礦井涌水量與開采深度關(guān)系不大，但隨礦井開采年限加長(zhǎng)，礦井涌水量變?yōu)橐院笳哂绊憺橹?，并隨開采深度增大而增大。

3 有待研究的水文地質(zhì)問題

3.1 -240 西翼回風(fēng)巷突水水源的確定

1991 年2 月，在-240 西翼回風(fēng)巷掘進(jìn)中發(fā)生突水。該巷道沿14 煤層掘進(jìn)，在連續(xù)穿過5 個(gè)小斷層后發(fā)生滯后底鼓突水，最大突水量達(dá)9.25 m3/min。經(jīng)探查，巷道突水位置前方48 m 處為F2斷層，突水原因?yàn)橛蓴嗔哑扑閹?dǎo)致強(qiáng)烈底鼓引起的，但對(duì)突水水源沒有進(jìn)行深入的分析和研究，對(duì)礦井水文地質(zhì)條件的劃分留下技術(shù)上隱患。

3.2 2123 工作面風(fēng)道突水水源的確定

2013 年4 月，2123 風(fēng)道掘出中發(fā)生突水，最大水量2.0 m3/min。在隨后進(jìn)行的鉆探探查工作中，與突水點(diǎn)相距僅25 m 的中1 個(gè)鉆孔涌水量水達(dá)2.4 m3/min，但突水點(diǎn)水量沒有變小。出水形式表現(xiàn)為煤12 頂板集中出水，但水質(zhì)類型卻為底板含水層水，由于沒有臨近的水文地質(zhì)長(zhǎng)期觀測(cè)孔，沒有獲得地下水位變動(dòng)的相關(guān)資料，其突水水源難以確定。

3.3 軟弱地層對(duì)礦井防治水工作影響的分析

林南倉(cāng)井田煤層頂、底板巖性多為凝灰質(zhì)的細(xì)砂巖、粉砂巖或粘土巖，泥質(zhì)膠結(jié)。特別是煤6 頂?shù)装?、?-2 底板、煤9 頂?shù)装?、?2 頂板，巖性松軟，遇水膨脹，極易片邦冒頂。軟巖地層對(duì)防治工作的影響也是明顯的，如容易形成抽冒，形成局部積水體，使防水煤巖柱尺寸需要增大，探放水鉆孔施工成孔困難導(dǎo)致成本增加，探放水鉆孔堵塞導(dǎo)致泄水效果差等。此外，由于軟巖地層吸水后膨脹，具有隔水性能，大大增加了工作面開采后形成“離層積水”發(fā)生意外水害事故可能性。林南倉(cāng)井田存在的軟巖地層對(duì)礦井防治水工作的影響程度還沒有進(jìn)行過系統(tǒng)的研究和評(píng)價(jià)，有必要開展相應(yīng)的工作。

3.4 煤12 底板～K3 含水層水位異常問題

煤12 底板～K3含水層是礦井開采主要直接充水含水層，生產(chǎn)中出水事故多發(fā)生在該層位。隨著礦井開采范圍增大其水位本應(yīng)大幅度的降低，但從目前資料分析，其水位下降并不符合礦區(qū)規(guī)律，下降幅度偏小，特別是在F1、F2 斷層區(qū)域存在高水位異常（圖1），是煤系地層中可能存在導(dǎo)水陷落柱主要特征之一，應(yīng)引起重視。

圖1 林南倉(cāng)井田煤12 底板～K3 含水層等水位線Fig.1 Isowaterline of 12 coal floor～k3 aquifer in Linnancang minefield

4 強(qiáng)化礦井防治水工作的建議

4.1 提高防治水工作的針對(duì)性

（1） 礦井水文地質(zhì)工作的開展應(yīng)結(jié)合井田實(shí)際情況進(jìn)行，制定一套適用礦井生產(chǎn)需要的防治水工作模式和工作方法，即制定該礦井防治水工作規(guī)范。

（2） 建立健全水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)，特別是煤12 底板含水層和奧陶系灰?guī)r含水層，應(yīng)形成水文動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)，以便能準(zhǔn)確把握其對(duì)礦井開采的威脅和影響程度。

（3） 應(yīng)加強(qiáng)含水層之間的水力聯(lián)系研究，特別是煤12 底板以下砂巖至奧陶系灰?guī)r之間的水力聯(lián)系，其對(duì)工作面涌水量或突水點(diǎn)水量大小有決定作用，關(guān)系著防治水措施的制定和排水設(shè)施的準(zhǔn)備工作。

（4） 老空積水探放放工作是礦井防治水的重點(diǎn)之一，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行積水資料的分析整理，嚴(yán)格按《煤礦防治水細(xì)》要求組織進(jìn)行探放水。

（5） 井下突水點(diǎn)通常為小～中等突水點(diǎn)，突水量不會(huì)太大，一般發(fā)生在構(gòu)造發(fā)育部位，局部（單個(gè)工作面） 排水設(shè)施可按此考慮。

4.2 不斷強(qiáng)化水文地質(zhì)基礎(chǔ)工作

強(qiáng)化水文地質(zhì)基礎(chǔ)工作，加強(qiáng)防治水工作的日常管理，及時(shí)、動(dòng)態(tài)地進(jìn)行水文地質(zhì)資料分析工作，找出礦區(qū)水文地質(zhì)工作中存在的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，并采取針對(duì)性措施。

4.3 防治構(gòu)造出水是井田防治水工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)

（1） 斷層水害防治是林南倉(cāng)礦防治水工作的重點(diǎn)，井田內(nèi)大、中型斷層發(fā)育，落差大于20 m的有18 條，最大落差達(dá)到138 m，其中有7 條大斷層直接切至奧灰?guī)r。特別是對(duì)一些落差較大的張性斷裂，必須嚴(yán)格落實(shí)相關(guān)規(guī)定，做好超前探測(cè)工作和煤柱留設(shè)工作，新采區(qū)投入和水平延深中要超前考慮區(qū)域性防治水工作。

（2） 陷落柱是本礦井開采過程中不能回避的問題，雖然到目前為止尚未有資料記錄陷落柱的存在，但礦井有幾次突水事故中有奧陶系灰?guī)r水參與的現(xiàn)象，且原因沒有查明。如1992 年12 月在-400 m 西二軌道發(fā)生突水，水量5.5 m3/min；1993年1 月在-240 m 西翼回風(fēng)巷發(fā)生突水，水量為9.25 m3/min；1998 年 3 月-400 水平東一軌道上山就曾發(fā)生過裂隙突水，最大水量4.33 m3/min，水源為奧灰水；2013 年4 月2123 風(fēng)道突水，水量2.0 m3/min，隨后在對(duì)出水點(diǎn)探查時(shí)，鉆孔涌水達(dá)2.4m3/min （其間突水點(diǎn)水量無變化），且出水量長(zhǎng)期穩(wěn)定，水質(zhì)類型與奧陶系灰?guī)r水相近。因此，建議應(yīng)開展相應(yīng)工作，立項(xiàng)進(jìn)行了研究。

4.4 工程地質(zhì)條件對(duì)礦井防治水工作有重要影響

（1） 井田工程地質(zhì)條件對(duì)礦井防治水工作有較大影響，特別是軟巖和膨脹性巖石問題，對(duì)地下水的活動(dòng)有一定的控制作用，有必要加大礦區(qū)工程地質(zhì)條件的研究工作，為搞好礦井防治水工作提供更可靠的基礎(chǔ)依據(jù)。

（2） 探放水鉆孔施工中應(yīng)認(rèn)真分析鉆孔所穿過的地層，特別是凝灰質(zhì)巖石，從鉆孔結(jié)構(gòu)、護(hù)壁管長(zhǎng)度與深度、安全技術(shù)措施等方面加以考慮，確保工程施工安全和探放水效果。

5 結(jié) 語

林南倉(cāng)礦水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，區(qū)域特殊的工程地質(zhì)條件給礦井防治水工作帶來了較大的困難，多年的開采實(shí)踐表明，只有結(jié)合礦區(qū)的具體情況才能有針對(duì)性地做好防治水工作，因此，相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)情況的研究，不斷提高認(rèn)識(shí)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，做好礦井防治水工作。