重庆鱼田堡煤矿水文地质特征及其煤层气赋存影响分析

何兴玲 王长秀 黄 丹 李勋辉

(重庆市能源投资集团科技有限责任公司， 重庆 400060)

鱼田堡煤矿位于川黔南构造带的龙骨溪背斜次级褶皱八面山向斜东翼南端，属高山地形，地貌发育为构造侵蚀地形和喀斯特地形，井田范围内主要水体为鱼田堡河和刘家河，两条河流均切割了栖霞组、茅口组、龙潭组、长兴组、飞仙关组和嘉陵江组等地层。

矿区煤系地层为二叠系龙潭组，主采煤层为位于煤系地层中下部的6#、5#、 4#煤层，煤层总厚度为3.28～7.13 m，4#煤层发育于煤系中部，6#煤层发育于底部，全区可采，5#煤层发育于煤系下部，局部可采。

1 含水层、隔水层特征及水力联系

区内主要含水层为长兴灰岩和茅口灰岩，属岩溶含水层，含水性强，隔水层则为二叠系龙潭组(图1)。龙潭组煤系地层含水层地表出露情况显示，二叠系上统长兴组及茅口组的出露面积广，地表岩溶、溶斗及裂隙发育较好，岩层含水性及导水性较强，为强含水层。其中长兴组含水层含水性随含水层埋藏深度的加深而减弱，为浅部富水性强、深部富水性弱的岩溶裂隙含水层。三叠系下统嘉陵江组受导水裂隙带发育影响，地表可见多处塌陷坑，原来储水养鱼的人工池塘失水干枯。

1.1 二叠系下统茅口组

二叠系下统茅口组灰及棕灰色厚层状石灰岩，厚度105 m，为煤系下伏地层，与可采煤层仅有5～6 m的铝土和角砾岩相隔，出露面积广，地表岩溶、溶斗及裂隙发育较好，接受大气降雨补给，为强含水层，地下水沿暗河从溶洞流出成泉。

1.2 二叠系下统茅口组

二叠系上统长兴组覆盖于龙潭煤组之上，真厚61.39 m，为深灰、灰色厚层状石灰岩。由于裸露地表，其岩溶裂隙发育，因此岩层含水性及导水性较强，为强含水层。岩溶发育，溶洞、溶斗沿露头分布。顺层面发育有地下暗河，沿暗河排泄区有泉水出露，多数泉水干枯，由井下出水点代替。该含水层受当地侵蚀基准面+265 m控制，本层在当地侵蚀基准面以上岩溶较发育，含水性强，+265 m标高以下含水减弱，且无岩溶存在，含水性随含水层埋藏深度的加深而减弱。

矿区各含水层水力联系有2种方式：一种为含水层之间的垂向渗滤，以嘉陵江组含水层垂向渗漏补给长兴组含水层为主；另一种为含水层之间存在断层连通，矿区内断层以压扭性逆断层为主，一般富水性和导水性弱[1]。

在天然状态下，煤系含水层与其他含水层之间的隔水层稳定发育，但由于煤系含水层地表出露，使得龙潭组煤层中的煤层气易通过含水层地表出露处向外逸散，起不到良好的盖层作用。

2 矿区构造的含水层富水性及其煤层气赋存影响

矿区构造复杂，总体为一段缓倾斜单斜构造，岩层为东西走向，倾向北，倾角30°～50°。鱼田堡煤矿整体在八面山向斜的轴部，在矿井井田范围内主要有三大构造，分别为F1隐伏断层、鱼塘角扭折带和鸦雀岩扭折带，向斜次级褶曲发育。

断裂构造及褶曲构造的轴部在发育过程中，形成了大量的节理裂隙，为地下水的径流与存储提供了条件，是含水层的富水区。鱼田堡煤矿矿区为一段缓倾斜单斜构造，区内以压扭性逆断层为主，一般富水性弱，不导水。

鱼田堡煤矿整个煤田在八面山向斜的轴部,属于南桐煤田的高瓦斯区域，由于八面山向斜的次级褶曲发育和F1逆断层切割了八面山向斜，向斜瓦斯容易向两翼次级褶曲和F1逆断层运移逸散[2]。如图2所示，矿井瓦斯含量等值线具有明显的分带性。

构造对瓦斯赋存的影响，煤田内的瓦斯向F1隐伏断层、鱼塘角扭折带、鸦雀岩扭折带运移逸散[3]，在构造地带，瓦斯含量比正常地带高7 m3t。例如与区内F2和F3逆断层相邻的32区和34区瓦斯含量较高，数据见表1。

表1 瓦斯含量对比表 m3t

表1 瓦斯含量对比表 m3t

煤层-350 m水平东翼32区-350 m水平34区-350 m水平4#煤层24.028.022.06#煤层20.625.516.8

3 采动影响下的水动力条件及其煤层气赋存影响

根据钻孔抽水实验，单位涌水量g值取0.15作为划分界线：+250 m以下含水量较弱，而在+200 m以上岩溶基本不发育。为此，划分出3个循环带，即+315 m标高为垂直循环带；+315 m — +250 m为水平循环带；+250 m以下为深部循环带。

开采初期(位于南部)，长兴灰岩地下水受到明显影响，对其他地层的地下水无太大影响。随着采深的深入(延深水平为北部)，水文地质条件发生了根本的变化，玉龙山弱含水层也开始受到影响，表现为玉龙山岩溶裂隙小泉干枯。近年来， 采动裂隙进一步发育并通过飞仙关隔水层直接影响嘉陵江地层的地面塌陷与地下水位下降，导致了嘉陵江含水层的深水平渗透补给。由于三大含水系统的水力联系加强，含水层与煤层水力联系较好。在地下水的运动过程中，地下水携带煤层中的煤层气运移而逸散[4]。

深部开采时，地表出露大面积的泥岩隔水层，阻隔了煤层中煤层气的逸散，因而瓦斯含量随埋深的深入而增加，且幅度较大；但在-350 m水平，埋深为480～800 m，由于采动裂隙发育，煤系含水层与其他含水层的水力联系增强而利于煤层气的运移，瓦斯含量随埋深而增加的幅度较小；在-600 m水平埋深达到900 m以上时，煤层瓦斯含量将趋于常量。

图2 矿区瓦斯含量等值线图

4 不同水平水化学环境特征及其对煤层气赋存的影响

由于在-100 m水平主石门附近人工留有煤柱，深水平(-100 m水平和-350 m水平)形成了以主石门为中心的东西两大子系统。此外近年矿井涌水量呈现整体西翼增大、东翼无大变化的特点，不存在上升和下降的均衡趋势，即东西两翼不属于同一个岩溶水系统，无水力联系，不以消耗岩溶地下水静储存量为主，动态补给量相对较强。同时，由于受采动影响地下水交替快，地下水中高Ca2+、Mg2+易与携带Cl-的含水层介质产生阳离子交换吸附，从而使深水平水表现出Cl-的累积，“咸化”作用明显[7]。从表2中也可看出东翼咸化作用不明显，西翼咸化作用明显。由图3可以看出，咸化作用明显的深水平西翼瓦斯含量高于东部，说明水流趋缓有利于煤层气赋存[8]。

表2 不同水平水化学特征一览表

5 结 语

鱼田堡煤矿位于八面山向斜轴部，含水层在地表呈条带状出露，区内断裂构造发育，向斜轴部和断裂构造尖灭地带富水，受构造影响，瓦斯在向斜轴部向两翼逸散，构造地带瓦斯含量高于正常地段。

浅部开采条件下，煤系含水层在地表出露，不利于煤层气的保存，在地表出露处随含水层的流动逸散，浅部瓦斯含量低。随着采深的增加，受采动裂隙发育影响，长兴组含水层与其他含水层具明显水力联系，含水层之间泥岩隔水层分布不稳定。随着地下水流动带动煤层中煤层气运移， 在裂隙岩溶发育地段或断裂带附近逸散，矿区内断层导水性弱且侵蚀基准面下岩溶发育减弱，地下水流动携带煤层气在深部聚集。

不同水平矿井水水化学环境逐渐变化，东翼变化不明显，西翼变化明显，其中以脱碳酸和咸化作用明显。脱碳酸作用增强，系统封闭性随之越好；咸化作用明显，水流趋于缓慢，水动力条件则较差。深部瓦斯含量增大与矿井水脱碳酸作用和咸化作用有一定关系。

[1] 胡殿明，林柏泉，吕有厂，等.煤层瓦斯赋存规律及防治技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006.

[2] 田冲，汤达祯，周志军，等.彬长矿区水文地质特征及其对煤层气的控制作用[J].煤田地质与勘探，2012,40(1):43-46.

[3] 王怀勐，朱炎铭，李伍，等.煤层气赋存的两大地质控制因素[J].煤炭学报，2011，36(7):1129-1134.

[4] 叶建平，武强，王子和．水文地质条件对煤层气赋存的控制作用[J].煤炭学报，2001,26(5):459-462.

[5] 王大纯，张人权，史毅虹，等.水文地质学基础[M].北京：地质出版社，1995.

[6] 庞渭舟，刘维周.煤矿水文地质学[M].北京：煤炭工业出版社，1986.

[7] 陈陆望，刘鑫.采动影响下井田主要充水含水层水化学环境演化分析[J].煤炭学报，2012,37(S2):362-367.

[8] 傅雪海，秦勇，杨永国，等.甲烷在煤层水中溶解度的实验研究[J].天然气地球科学，2004，15(4):345-347.