杨村煤矿矿井充水因素分析

张自祥，李小龙，俞显忠，陈伯年，陈善成

（1.安徽省煤田地质局勘查研究院， 合肥 230088， 2.安徽理工大学地球与环境学院， 安徽淮南 232001）

杨村煤矿矿井充水因素分析

张自祥1，李小龙2，俞显忠1，陈伯年1，陈善成1

（1.安徽省煤田地质局勘查研究院， 合肥 230088， 2.安徽理工大学地球与环境学院， 安徽淮南 232001）

杨村井田内含水层（组）由新生界孔隙含水层、二叠系砂岩含水层和石炭系太原组灰岩含水层组成；对矿井的主要充水因素进行了深入分析，确定了开采13－1～4－1煤层为裂隙充水矿床，开采1煤时为底板进水岩溶裂隙充水矿床；通过以上结论，可为确保杨村煤矿安全、高效开采，提供技术支撑和理论指导。

矿井； 含水层； 水文地质特征； 充水因素

1 井田水文地质特征

1.1 新生界含、隔水层（组）

安徽省杨村井田内新生界松散层两极厚为436.10～790.33m，平均厚度为580.96m，井田厚度变化被古地形地貌形态所控制，其厚度变化规律为由东向西、由南向北逐渐变厚。井田内个别古地形隆起地区“四含”缺失。区内第四系松散层可以分为四个含水岩层（组）和三个隔水层（组），各含、隔水层（组）的特征见表1［1－3］。

1.2 下第三系砂砾岩含水层（段）

钻探揭露厚度0～281.66m，主要分布在井田的西部和中北部。厚度小、分布范围有限。以含砾粗砂岩、砾岩和各级石英砂岩砾为主，胶结物为泥质及粉砂质。简易水文观测资料表明，泥浆消耗量一般为0～0.20 m3/h，消耗量大的有14－3、9－5孔，据邻区抽水资料显示，q＝0.0 196L/s·m，富水性弱。

1.3 二叠系砂岩裂隙含、隔水层（段）

煤系含水岩层（段）岩性以中、细砂岩为主要组成，根据与主采煤层之间的关系和对矿井充水影响程度的大小，依次可将其划分为基岩风化带和8－41、112和131煤层顶底板3个含水层（段）。基岩风化带厚25.00～30.00m，水位标高10.33～17.96m，q＝0.000 483～0.00 106L/s·m，k＝0.00 814～0.003 46m/d，富水性弱，矿化度为1.492～1.772g/L，水质类型为Cl－Na水。131煤层顶底板砂岩两极厚度4.47～25.90m，平均厚度9.84m，水位标高17.65m，q＝0.004 95L/s·m，k＝0.013 9m/d，水温22℃，水质类型为Cl－Na。1 12煤层顶底板砂岩两极厚度0～27.02m，均厚11.69m，水位标高16.56m，q＝0.000 713L/s·m，k＝0.006 23m/d，矿化度0.331g/L，水质类型HCO3·Cl－Na·Ca水，水温25.0℃。8－42煤层顶底板砂岩两极厚度11.49～61.88m，平均厚度36.87m，水位标高18.27m，q＝0.000 28L/s·m，k＝0.001 07m/d，矿化度0.127g/L，水质类型为HCO3·Cl－Na·Ca水，水温28℃。1煤层顶底板砂岩两极厚度1.27～28.54m，平均厚度15.97m，泥浆消耗量一般0～0.20m3/h。山西组内1煤层底板距太原组1灰间距为8.5～32.5m，平均14.241m，主要由泥岩、粉砂岩、砂质泥岩互层、局部夹有细砂岩等组成，正常情况下可对太原组灰岩水起到一定的隔水作用。

表1新生界松散层含隔水层（组）水文地质特征表

综上所述，煤系的富水性与砂岩裂隙的开放程度、裂隙的发育程度及其大小有密切关系，由于杨村井田内的砂岩裂隙发育程度的不均一性，导致井田内砂岩含水层的含水性有较大差异。据简易的水文地质观测结果可知，仅有5个孔漏水，抽水资料表明区内砂岩裂隙不发育，富水性弱，为以储存量为主，补给条件差的不均一砂岩裂隙含水层（段）。

1.4 太原组灰岩含水层（组）

太原组灰岩在杨村井田埋藏较深，钻孔未能完全揭露，据同区资料，地层总厚110.00～130.00m左右，灰岩共计为13层。其中有三层灰岩厚度较大，分布稳定外，其它均为薄灰岩。太原组上部的1－4层灰岩为1煤开采时直接充水水源。区内揭露1灰的钻孔53个；揭露2灰钻孔11个；揭露3灰钻孔3个；揭露4灰钻孔7个，均未发现漏水钻孔。根据7个灰岩延深孔资料显示，1－4灰两极厚度14.52～25.19m，平均19.201m，第3、4层灰岩，岩溶较发育，第1、2层灰岩厚度小，多被方解石充填。1－4灰水位标高13.74～20.05m，k＝0.002 05～0.004 36 m/d，q＝0.000 734～0.002 05L/s·m，富水性弱，水质类型HCO3－Na水，矿化度0.493～1.437g/L，水温22℃～25℃。

1.5 断层的富水、导水性

从井田内的断层岩性和简易水文观测，杨村井田煤系内断层带含水性弱，导水性差。但是在切割坚硬脆性的岩层地段，可能会造成围岩处的裂隙发育，特别在灰岩与煤岩层对口处是矿井可能突水的主要诱发因素。

1.6 地下水补给、迳流和排泄条件及各含水层（组）之间的水力联系

本区地下水运动，因受含水层（组）埋藏条件不同，表现在地下水补给、迳流和排泄条件有明显差别。

中部第三含水层（组）上段因有第二隔水层（组）存在，天然状态下二、三含水层（组）不存在水力联系；当开采三含上段地下水时，可能会导致二含下段和三含下段地下水对其越流补给。地下水以缓慢的层间迳流为主，储存量受区域调节。

下部第四含水层（组）之上厚度大、隔水性能好第三隔水层（组）存在，在天然状态下与上部含水层（组）无水力联系，其本身以储存量为主，水平运动缓慢，补给水源贫乏。因四含直接覆盖基岩各含水层（组）之上，与基岩各含水层（组）之间有一定水力联系。

煤系砂岩分布在煤层、粉砂岩和泥质岩石之间，砂层厚度小，分布不稳定，又有煤层和泥质岩石相隔，断层带一般含水性极弱，导水性差，因此砂岩之间一般无水力联系。开采井田浅部煤层时，新生界的“四含”水可能通过基岩风化带垂直渗入补给到矿井。4－1～13－1煤远距太原组灰岩，1煤层与太原组灰岩之间有一定厚度隔水层（组）存在，天然状态下无水力联系。

太原组第一层灰岩距1煤层底板平均间距14.24m，天然状态下无水力联系，开采水平－925m，水头压力9.4MPa，开采条件下远远超过1煤层下隔水层（组）岩石的抗压强度。特别是受断层影响，1煤层与灰岩之间隔水层（组）间距变小或与灰岩对口，有可能对煤系砂岩进行补给和造成灰岩突水。

2 充水因素分析

2.1 邻近生产、基建矿井充水因素分析

2.1.1 淮南老区生产矿井

老区生产矿井位于淮河南岸丘陵边缘，第四系覆盖层厚度10～30m。矿坑充水来源可能为煤系砂岩裂隙水和大气降水渗入，可能会通过初期塌陷形成的裂隙补给进入矿坑，补给量可随着季节和塌陷裂隙的封闭情况而产生变化。灰岩水量占矿坑总涌水量的16%～75%，平均为56%，在灰岩水头压力大于20MPa时出现底鼓水，但随着疏排时间延长，灰岩水位降低，水量减小。

断层带可能被泥质所充填，当断层经过1煤并且切入到太原组灰岩时，最可能发生1煤煤层底板突水事故。涌水量为82～618 m3/h，最大突水量为771.60m3/h，如图1所示。

图1 谢一矿－250水平C3（F1）灰岩突水Q－T曲线图

2.1.2 潘谢新矿区生产矿井和基建矿井

潘谢矿区松散覆盖层厚139～480m，生产矿井有潘集一、二、三矿、张集、谢桥矿和新集一、二、三矿均属大型、特大型煤矿。

对潘集三个矿井的九个采区进行统计，采掘标高为－330～－650m，在矿井开拓过程中，有大小出水点共计36处，主要为13、11煤层的顶底板砂岩裂隙出水次数最多，出水量一般较大。最大值为73～84.9m3/h，其次是8、4煤层顶底板砂岩，4煤层底板砂岩出水量最大高达169m3/h，历经6a多才趋于疏干。断层带出水量较小，最大为8.5 m3/h。

潘一、二、三矿历年平均涌水量为59.87～275.80m3/h。矿井水量变化曲线如图2所示。谢桥煤矿1996－2005年煤系地层涌水量年平均为69.98～164.90m3/h。

图2 矿井历年平均涌水量曲线图

2.2 矿井充水因素分析

经过分析，杨村矿井的充水水源一般由三部分组成。

2.2.1 新生界松散层孔隙水

杨村井田内“四含”直接上覆于煤系之上，天然条件下，“四含”水可能通过煤系的基岩风化带进行垂直渗透补给。补给量可能与“四含”及基岩风化带岩性、渗透性有关。

2.2.2 煤系内砂岩裂隙水

杨村矿煤系内裂隙水是矿坑的直接充水水源，但井田内的砂岩裂隙不发育，分布不稳定，富水性差异大，抽水试验及生产矿井出水量的变化趋势和特点，都显示该含水层的含水性弱，以静储存量为主，补给差。但在局部发育地段，在井巷掘进中静储存量水有可能会瞬时突水，产生危害，应引起足够重视。

2.2.3 岩溶水

井田内的1煤层底板至“一灰”平均距离为14.241m，水头压力9.400MPa，在1煤底板，自然状态下无水源可补给矿坑。但1煤层开采时，由于开采深度较大、水头较高，底部隔水层将可因超过极限强度而破裂，产生底鼓，造成灰岩水突水，尤其在断层被切割处，1煤与灰岩间距缩小或与灰岩对口，导致灰岩水突入矿坑。

通过对矿井的主要充水因素进行分析，得到以下结论。矿井充水水源由三部分组成，煤系砂岩水是矿坑直接充水水源；确定了开采13－1～4－1煤层为裂隙充水矿床；开采1煤时为底板进水岩溶裂隙充水矿床。通过以上结论，可为确保杨村煤矿安全、高效开采，提供技术支撑和理论指导［4－5］。

［1］ 陈善成，姚多喜，李小龙，等.基于灰色理论与BP神经网络串联组合模型的矿井涌水量预测［J］.淮南职业技术学院学报，2009，（4）：25－27.

［2］ XiaoLong Li，DuoXi Yao，JinXiang Yang.Study of Bedrock Weathering Zone Features in Suntuan Coal Mine［J］.Communications in Computer and Information Science，2011，（6）.330－336.

［3］ XiaoLong Li，DuoXi Yao，JinXiang Yang.Evaluation on watery of 4th aquifer in Suntuan［J］.Advanced Materials Research，2011，（8）.

［4］ 李小龙，姚多喜.钱营孜矿3212工作面“四含”防水煤柱留设尺寸分析［C］//中国煤炭学会矿井地质专业委员会2009年学术论坛文集，2009，（8）：105－111.

［5］ 许继影，姚多喜，陈善成，等.袁店煤矿101采区灰岩水综合防治技术［J］.煤炭技术，2011，（2）：95－98.

TD163

B

1671－4733（2012）01－0005－04

10.3969/j.issn.1671－4733.2012.01.002

2012－01－27

张自祥（1958－），男，安徽肥西人，高级工程师，从事地质软件开发应用及科研管理工作，电话：13215608625。