红岩煤矿矿井水文地质特征浅析

李勋辉 王长秀 黄 丹 李群飞

(重庆市能源投资集团科技有限责任公司，中国 重庆 400060)

0 概况

红岩煤矿位于四川盆地与贵州高原接壤地带，川东弧形褶皱带的南端。由丛林区井田和红岩区井田两部分组成，东以木渡河为界与南川区苏家湾井田相临，南以丛林河为界与砚石台煤矿相临总体构造形态为单斜构造和向斜的组合。自然状态下区内存在两条分水岭，分为两个独立的水文地质单元；开采条件下，地下水流场发生改变，构成一个较完整的水文地质单元。

1 矿井水文地质特征

含水层水文地质特征：

(1)二叠系中统栖霞组岩溶裂隙含水层

二叠系中统栖霞组(P2q)石灰岩，位于煤系顶部茅口组石灰岩之上，并与之整合接触，该岩层厚度稳定，平均厚度约230米，为深灰色厚层状石灰岩，夹少量沥青质泥岩，全区出各种形态的岩溶地貌均有出现，岩溶裂隙发育，泉水流量较大，富水性强。地下水位标高：529.81m ，单位涌水量为：0.125升/秒·米～0.00247升/秒·米。含水层水补给源为大气降水和地下水。

(2)二叠系中统茅口组岩溶裂隙含水层

二叠系中统茅口组(P2m)石灰岩,上覆于煤系之上。为灰色、灰白色厚层状石灰岩组成，上部有一燧石结核层。最大厚度：185.0m,最小厚度：172.3m，平均厚度约179m。该岩层出露地表面积大，岩溶裂隙发育且厚度较大，时有暗河出现，泉水流量大，因此，该岩层富水性强。该岩层地下水位标高：529.81m，单位涌水量为：0.125升/秒·米～0.00247升/秒·米。茅口组(P1m)灰岩含水层水补给源为大气降水和地下水。

(3)二叠系上统长兴组上段岩溶裂隙含水层

二叠系上统长兴组(P3c),伏于龙潭煤组之下，为深灰、灰色厚层状石灰岩组成，含燧石团块；最大厚度：78.0m，最小厚度：58.0 m，平均厚度约66.2m。该岩层在纵横向上的厚度稳定。该岩层出露地表，岩溶裂隙较发育，出露泉水少，但地下水位深度较大，该层地下水位深(约100m)，单位流量0.129升/秒·米，地下水位标高305.11m，渗透系数1.643米/日，富水性强。随着深度增加，岩溶、裂隙发育程度逐渐减弱。该含水层水补给源为大气降水。

(4)二叠系上统龙潭组(P3l)煤系地层隔水层

二叠系上统龙潭组含煤段上部(P3l2)为黑色页岩、砂质泥岩夹深灰色生物碎屑石灰岩，中夹可采煤层K3a1、K3a2煤层；下部(P3l1)为黑色页岩、砂质泥岩、硅质石灰岩、铝土角砾岩，中夹主采煤层K1煤层。本层富水性、导水性极弱，为隔水层。

2 构造对地下水的控制和影响

红岩煤矿处于川鄂湘黔隆起褶皱带与川黔南北构造带的结合部位,属燕山期形成的新华夏构造体系。矿区位于主干构造龙骨溪复式背斜北西翼的次级褶皱—鲜家坪背斜西翼和背斜东翼之丛林向斜两翼。其中丛林向斜两翼属丛林井田划定范围、鲜家坪背斜西翼属红岩井田划定范围。

丛林区就是一个强排泄点，包括木渡河以北(南川的小煤矿开采水平比红岩矿高)的地下水都向南排泄，也就是地下水流场发生了改变，地下水在很大范围都流向丛林区，因此导致红岩煤矿矿井水增大。

红岩煤矿矿区地貌属构造侵蚀的中低山地貌，含水灰岩裸露、地形高差悬殊，为典型南方裸露型岩溶喀斯特地貌。地表有切割较深的三条河流，木渡河、丛林河和孝子河，还有若干封闭溶蚀洼地，加之浅部小窑分布多，对煤层开采破坏严重，后期煤系地层及顶板塌陷多，形成了容易接受大气降水补给、地下水通道流畅的特点，特别是丛林区的南段(南翼)，由于岩层倾角缓，更增大了含水灰岩在地表的出露面积，也就增加了大气降水补给的面积和汇水量。由于这些洼地较封闭，不利于地表水的排泄，只有渗透入地下，所以造成岩溶发育程度和深度增大，暗河增多。

构造对地下水径流的影响如图1所示。

图1 区域构造控水示意图

3 矿井充水因素分析

3.1 充水水源

矿井充水水源主要有茅口灰岩岩溶水、长兴灰岩岩溶水；其次有丛林河地表径流水。经历年矿井涌水量资料分析,岩溶水占矿井总涌水量的93.5，其中:长兴水占14.0%，茅口水占79.5%，其它水量水占6.5%。丛林向斜轴部南侧的茅口水占了全矿井茅口水总量的80.3%，它是矿井充水主要水源，也是灾害性突水最主要的水源。另外，南翼井田范围内地方小煤矿的开采形成的大量采空水和闭坑矿井老窑水也是主要充水的补给源，这类水源主要是通过煤层及顶板页岩长期缓慢渗透进入矿井，一般不会进入煤层底板的茅口灰岩含水层参与水力交换。而煤层顶板的长兴灰岩含水层和底板的茅口灰岩含水层的补给源，经多年观测主要来自地表的几个大型汇水洼地，其中顶板长兴灰岩含水层的补给源主要集中在盖石沟一带，通过地面众多岩溶漏斗进行补给。而茅口灰岩含水层主要集中在大海孔地区，同样是通过地面众多汇水洼地岩溶漏斗进行补给。

3.2 充水通道

红岩煤矿茅口灰岩地表出露面积广，喀斯特岩溶发育，溶洞、溶穴、漏斗、暗河广布，是矿井底板充水的主要通道。其次矿井煤层开采后，易产生塌陷，塌陷导水裂隙带达到长兴灰岩含水层，成为大气降水和长兴灰岩含水层水进入矿井的通道。三是矿井断层构造及裂隙非常发育，且多属于压扭性断层，在原始状态下一般不导水，采动影响造成原有的水力平衡被打破，部分构造裂隙导通含水层或采空区进入矿井。

4 地下水的补径排关系

矿井补给水源有大气降雨、地表河流、地面洼地及地下暗河。其中大气降雨是最主要的补给水源，其次是地表汇水洼地和暗河，地表河流的补给则并不明显。

径流途径一般来说是：大气降雨汇集于洼地→地表出露喀斯特漏斗、裂隙→地下暗河→井巷及采掘头面。

排泄条件总是遵循从上到下、从高到低和薄弱处溃出的原则，当岩溶裂隙和管道连通性较好时，突水点的初期流量则明显增大，且稳定性较好，直到补给源疏干为止。这类突水一般来说时间较短，但破坏极大，是煤矿灾害性突水的主要防范和研究对象。当岩溶裂隙和管道连通性较差时，则流量相对较小，其破坏性亦小，但持续时间较长。

5 结论

5.1 根据其赋存介质特征(地层时代、岩性、富水性等)将矿井范围内对采矿有影响的地下水主要含隔水层，划分为茅口组岩溶含水层、长兴组岩溶含水层、龙潭组煤系地层隔水层。

5.2 矿井位于水文地质单元的排泄区，井下防排水受大气降雨及含水层出露条件影响大。井田内断层较发育，区内煤层厚度变化较大，断层控制程度稍差，对断层导水通道应特别重视，必须留设足够的防水煤柱，以免造成淹井事故。

5.3 通过对井田水文地质条件、充水因素的分析，认为地下水是井田充水的主要水源，以底板岩溶充水为主的矿床。依据《煤矿防治水规定》，矿井水文地质类型为极复杂。

[1]姜敏德.牛庄井田水文地质特征分析[J].中州煤炭，2012(7)：60-62.

[2]房佩贤.专门水文地质学[M].北京：地质出版社，1996.

[3]重庆市能源投资科技有限责任公司.重庆南桐矿业有限责任公司红岩煤矿2014年极复杂水文条件岩溶水害综合治理示范矿井建设方案[R].重庆,2013.