赵固一矿矿井水文地质条件分析

赵逢春

摘要：赵固一矿水文地质条件极为复杂，顶、底板水害直接威胁到矿井的安全生产，因此在生产过程中，需要采取一系列的措施，避免造成含水层突水。在工作面回采前，需要探测断层带区域、裂隙发育密集区域的富水性，同时制定科学的加固方案和防范措施，进一步提高工程质量，避免回采时滞后出水。

关键词：地质条件 突水 问题分析

1 矿井概况

赵固一矿为设计年生产能力240万吨的新建矿井，2005年开工建设， 2009年5月10日竣工投产。矿井为立井开拓，井底车场水平标高-525m，采用走向长壁倾斜分层全部垮落式采煤方法、综采工艺。

矿井主采二1煤层，煤层平均厚度为5.3m，倾角2～6°，煤炭总储量373490kt，剩余可采量为176877kt。埋藏深度为410～860m。煤层顶板基岩薄，表土层厚，底板灰岩水压4.4～8.3Mpa，二1煤顶板砂岩含水层、风化带含水层和新近系中、底部砂、砾石含水层等是主要的含水层。全矿井正常涌水量预计2377.36m3/h，最大涌水量2971.1m3/h。

2 井田内主要含水层和隔水层

2.1 含水层

①中奥陶统灰岩岩溶裂隙承压含水层

该层的组成主要包括：中厚层状白云质灰岩和泥质灰岩，在本区最大揭露厚度为100.79m，一般8～12m，含水层顶板埋深437.26～834.61m，该含水层在古剥蚀面的岩溶裂隙发育。

②太原组下部灰岩承压含水层

该含水层由L2、L3灰岩组成，其中L2灰岩发育较好，由西向东厚度逐渐变厚，一般厚度为15m，最厚18.98m，该含水层具有较强的富水性。

③太原组上部灰岩承压含水层

该含水层由L9、L8、L7灰岩组成，其中，L8灰岩发育最好，含水层厚度为8～11m，平均8.75m，最厚11.50m（7603孔），岩溶裂隙较发育，该含水层水位标高87.92～88.85m，渗透系数为9.82～10.94m/d，为二1煤层底板主要充水含水层。

④二1煤顶板砂岩含水层

该含水层由二1煤顶板大占砂岩和香炭砂岩组成，厚度一般2.80～67.99m（1～13层），该含水层的富水性比较弱。

⑤风化带含水层

该含水层由隐伏出露的各类不同岩层组成，厚度15～50m，一般20～35m，除石灰岩风化带含水层外，其它砂岩、砂质泥岩等岩层属弱含水层到隔水层，局部为弱透水层（k<1.12m/d）。

⑥新近系中、底部砂、砾石含水层

新近系中部存在1～3层中、细砂，含承压水，属中等富水含水层。底部砾石为古河床相，其含水层主要分布在勘探区西、东部，由砾石、砂砾石组成，富含泥质或夹有粘土薄层，半固结状态，厚度2.6～28.70m，其渗透率介于含水与弱透水之间，属弱富水含水层，对矿床影响不大。

⑦第四系含水层

该含水层主要由冲积砾石和细至中粗砂组成，级配之间差别比较大，多位于中上段。普查区西部山前多为砾卵石层，呈二元结构，含水层埋藏较浅，厚度5.0～16.1m，含水丰富；中、东部多为砂、砾石含水层，呈多层相间分布，不同含水层埋藏深浅不一，富水性较强。

2.2 隔水层

①本溪组铝质泥岩隔水层

该隔水层通常情况下是指铝质泥岩层、局部薄层砂岩、砂质泥岩层等覆盖在奥陶系含水层上，属于全区发育，并且厚度一般在2.80～28.85m，分布稳定，并且比较连续，该隔水性具有良好的隔水性，但是，厚度较薄以及构造部位其隔水性能比较薄弱。

②太原组中段砂泥岩隔水层

该隔水层通常情况下是指L4顶至L7底之间的砂、泥岩、薄层灰岩及薄煤等岩层，该层厚度在28.94～53.25m之间，其主体是泥质岩层，总体为隔水层，为太原组上下段灰岩含水层之间的主要隔水层。

③二1煤底板砂泥岩隔水层

系指二1煤底板至L8顶板之间的砂泥岩互层段，以泥质类岩层为主，分布连续稳定，是良好的隔水层段，构造变薄处，隔水性明显降低。

④新近系泥、泥质隔水层

由一套河湖相沉积的粘土、砂质粘土组成，厚度215～571m，呈半固结状态，隔水性良好，可阻隔地表水、浅层水对矿床的影响。

3 矿井突水特征

3.1 采动裂隙水

长走向大采高全部垮落式管理顶板，这种方法对顶板破坏较大，其采动裂隙发育高度向上延伸，同样底板破坏裂隙向下的发育厚度变大，同时煤层下的隔水层具有一定的原始导升和递进导升高度，这样煤层底板有效隔水层的厚度变薄，在高水压开采条件下，底板有可能被高水压突破，造成水害威胁。采动裂隙和由此引起的岩层破坏沟通煤层顶底板多个含水层，使得顶板含水层水和底板灰岩含水层水涌入矿坑。

3.2 导水断层

断层错动切割隔水层，减小有效隔水层厚度，增加下伏含水层突水的可能，特别是底板高压灰岩水的突水；或者由于断层错动，引起煤层与含水层对接，含水层水直接涌入矿坑。目前赵固一矿在采掘活动中揭露100余条大小不一的断层，断层对该矿工作面采掘活动影响较大，如12011工作面轨道顺槽在掘进过程中揭露的D20断层出现滞后出水，涌水量最大时2.0m3/min，稳定时1.0m3/min，水压6.0Mpa，水质化验为L8灰岩水，底板鼓起，随后依照工作面底板加固方案进行了封堵，水量变小，约3.0m3/h，工作面回采至断层附近出现了水量为0.09～0.33m3/min的出水点6个；胶带顺槽在掘进过程中揭露的D21断层出现滞后出水，涌水量最大时0.67m3/min，稳定时0.17m3/min，水压6.0Mpa，水质化验为L8灰岩水，巷道底鼓量较小，随后依照工作面底板加固方案进行了封堵，突水点消失。建议12011工作面在采下层煤时采用帷幕注浆的方式对工作面进行加固，以确保回采安全性。

实践证明，在断层破坏带多发生煤层底板突水。自建井来揭露的19个突水点分析，均为底板突水，水源经水质化验多为L8灰岩水，多和断层有关，部分突水点属采动裂隙水。一般来说，断层引起的突水多为中小型断层，对于大型断层由于较易勘探，可预先采取必要的防治方法如留取足够的防隔水煤柱等，突水事故较易避免。

3.3 顶板突水

影响赵固一矿二1 煤开采的顶板含水层主要包括：新近系中底部砂、砾石含水层，风化带含水层和二1煤顶板砂岩含水层，其中，风化带含水层和二1煤顶板砂岩含水层为含水量较小的含水层，易于处理并且对安全开采影响轻。

而新近系底部砂砾含水层达到了含水中等的含水层，能否防治溃水溃砂实现放顶煤开采主要取决于其底部粘土隔水层的厚度和性质，是本矿防控顶板水的重点。以东一盘区11191工作面为例，送巷期间上顺槽1200m～1350m处顶板淋水量最大时30～40m3/h，之后逐渐减小，工作面回采至该区段时淋水已基本消失；据回采前施工的顶板孔资料统计，基岩厚度最小的21.1m，最大65m，出水量最大的孔为轨顺13顶3孔，成孔水量35m3/h，经疏放水量逐渐减少为0，其他顶板钻孔水量较小。

另外，部分顶板钻孔成孔后有出砂现象（钻孔施工时冲积层注入大量冲洗液，使冲积层中的砂活性增大，顺钻孔孔壁流出）。

4 矿井目前存在的水文地质问题

根据对该矿水文地质条件、突水类型和特征、水量等因素的分析，赵固一矿在采掘活动中存在以下问题：

4.1 地下水动态观测网不完善

目前整个矿井能够正常观测的地面长观孔五个（奥灰观测孔两个：12203、观1；L8观测孔三个：12206、11604、11603）、井下长观孔6个（L8观1、L2观1、L8观3、 L8观2、O2观1、L8观6），其中L2观测孔只有一个，这样建立的含水层观测网是不能详尽的涵盖整个矿井的地下水活动状态的，难以从宏观上对采区地下水的补、径、排条件进行详细准确的分析。

4.2 开采水文地质意义重要

随着煤层开采盘区拓展，石炭系太原组灰岩含水层的开采水文地质意义愈加重要，希望领导在生产决策、技术部门在生产规划设计时，将该含水层的影响放在重要位置。

4.3 二1煤底板隔水层厚度较小，一般在20～30m，除去采动破坏带和太灰水的导升高度，有效隔水层很薄

12041工作面回采62m时工作面切眼出现四个出水点，总水量在300m3/h左右，水压1.5Mpa，持续一个月的观测无衰减迹象，水质化验结果分析，为灰岩水，突水原因分析：回采初期矿压显现剧烈，可能为矿压引起底板原生裂隙扩张延伸，导致下覆含水层水导升，也不排除底板加固钻孔受采动干扰套管断裂引起突水。

另外，该工作面为负坡度回采，故造成支架前汇水，给回采造成困难。所以应加强对太灰富水性探查，利用钻探、物探手段勘察，进行富水性分区，并对富水区进行超前探放。

4.4 应加强对奥灰水的重视程度

奥灰含水层在本区揭露最大厚度100.8m，一般8～12m，含水层顶板埋深437.26～834.61m，上距二1煤层118～142m，该含水层岩溶裂隙发育，L8群孔抽水试验奥陶系的12203孔水位出现小幅下降，反映了奥灰含水层和其它含水层之间的水力联系，因此加强对煤层底板隔水层及带压开采配套措施研究。

4.5 采区地质构造控制问题

赵固一矿井下揭露断层100余条，褶曲1条，这些构造均有可能成为潜在的导水通道，随着采掘工程的逐步推进，潜在导水通道存在进一步活化的可能，而这些断层和陷落柱极有可能成为矿井突水的重要通道，因此对其加强探测是矿井防治水的一项重要任务。

4.6 应配备系统的观测仪器

井下突水点的水量、水温观测及水化学测试等日常水文地质工作应进一步加强，配套的硬件设施不够完善。由于井下条件限制，涌水量的观测难于取得较为精确的数据，需要配备系统的观测仪器。

5 总结

总的来说，赵固一矿水文地质条件极为复杂，受顶、底板水害威胁十分严重，虽然采取了一系列的防范措施（顶板水采取施工顶板钻孔疏放，底板通过改造L8灰岩含水层及封堵L8灰岩层下伏含水层与上覆煤岩层的导水通道），但是煤岩层受回采扰动影响产生的裂隙极有可能导通含水层引起突水，尤其在断层带附近，这种影响更为明显，因此，工作面回采前一定要对断层带附近区域、裂隙发育密集区域加强富水性探测，制定合理的加固方案和防范措施，确保工程质量，防止回采时滞后出水。

参考文献：

[1]张良，赵明坤，赵月华，王心义.赵固井田水文地质条件浅析[J].矿业工程，2009（04）.

[2]门金龙.基于基岩的煤层瓦斯富集区识别方法及其应用[D].河南理工大学，2012（06）.

[3]李振华.薄基岩突水威胁煤层围岩破坏机理及应用研究[D].中国矿业大学，2010（04）.