重庆市石柱县七曜山背斜沙子关～六塘井田充水因素分析

王良文

井田位于七曜山背斜中段北西翼，为单斜构造，地层走向N45°～55°E，倾向北西，倾角16°～63°。井田内山脉走向与构造线方向基本一致，地形坡向与岩层倾向基本一致，为顺向坡。井田中部山高坡缓，谷宽沟浅，外侧坡陡谷深，岭峻崖悬。地形最高点在汤家湾后部的无名山峰，标高1818.810m，最低点在沙子镇的龙河边，标高998m，为井田最低侵蚀基准面，相对高差820.81m，按山岳测高分类，为构造溶蚀、剥蚀的中山地貌。

井田出露地层有三叠系上统须家河组，中统巴东组，下统嘉陵江组，大冶组；二叠系上统长兴组、吴家坪组，中统茅口组。在浅部有生产井开采二叠系上统吴家坪组底部K2煤层，开采标高1700～1250m。生产矿井处在地下水季节变动带上下，矿井涌水量不大，地下水位埋藏深（一般深于200～300m，标高1400m上下）。煤层夹于岩溶裂隙含水层间，直接顶板P3w2+3裂隙含水层富水性弱，伪顶长兴组岩溶裂隙含水层富水性中等。底板P2m为岩溶裂隙含水层，浅部富水性强，深部富水性弱。其充水因数如下：

1、生产矿井来水情况

勘查区内除已关闭的小窑外，现有生产小煤矿5个。这些小煤矿均分布在标高1400m以上开采K2煤层，以平硐加暗斜井方式开拓，水平运输巷设置在底板茅口灰岩中，多采用走向长壁式开采，放炮辅以手稿落煤，绞车提升，人力矿车运输，矿灯照明，机械抽出式通风，水泵抽水及平硐自流排水，巷道用木材，石料支护，冒落法管理顶板，产量4～9万吨/年，开采面积一般0.54～1.689km2。矿井涌水量不大，一般季节涌水量4.03～49.31m3/h，雨后或新揭露到采区裂隙时水量增大（见表1）。

这些小煤矿的充水特征是：

（1）充水水源主要来自采煤工作面顶棚的导水裂隙带，其水量占矿井涌水量的60%以上。第二部分来自茅口巷道揭露的溶洞或裂隙出水，一般水量不大，流量较稳定。第三部分来自平硐中揭露的溶洞或裂隙，主要由大气降水渗入补给，其水带有突发性。雨时出水，枯季断流，平硐中的出水点多在掘进初期已被发漩封堵。

（2）矿井水一般用水泵抽至平硐排出。一部分经巷道或平硐中揭露的溶洞、裂隙直接向地下深部渗漏，如新星煤矿1496.80m巷道的水仓旁揭露溶洞，有水流出，但又通过相距不远的漏水溶洞向深部渗漏。高坎煤矿水在流至井口约300米处沿T1j的溶洞潜入地下；回龙湾煤矿平硐水在离井口300米处沿P3c岩溶裂隙潜入地下，因而高坎煤矿、回龙湾煤矿井口无水流出。

（3）充水方式：矿井巷道、采区充水一般以滴水、淋水或渗水的方式自巷道、采区顶部的各种裂隙进入，亦有突水的，如老黉水沟煤矿2008年6月14日14：30分发生突水事故，水从斜井下三水平巷道80米处的楼眼底板裂隙中突然涌出，水中带有细砂粒、木屑、黄泥及H2s气体，水淹没三水平巷道后升至斜井向上50米高度，死亡三人。推断为采区上部老窑积水灌入所致，估计水量约1万m3，致该矿井封闭停产。据矿工反映，突水前两天见巷道，采区顶棚岩石由干燥逐渐变得潮湿，显示有老采空区突水的迹象。

黉水沟煤矿新井在2012年开始掘进1355m水平南、北运输巷650m处揭露一条宽60cm的裂隙，开始无水流出，采用水泥和石条封堵。2013年4月雨后有水流出，水量不大。2014年5月开始先后6次涌水，特别是2014年9月1日凌晨4时20分涌水格外迅猛，仅2小时就将1355m水平所有巷道及设备全部淹没，只差40m就淹至1410m水平，估计涌水量达16500m3，给煤矿企业造成直接损失30万元。2014年10月3日开始至10月18号，经专业部门采用水玻璃加速凝剂高压封堵，从堵水完工到现在还没有出现过透水。此次透水事故水质呈黄褐色，与雨后地表水水色一样，分析是P2m组地表岩溶裂隙将汇入其中的大气降水灌入井下所致。

从上述各矿出水情况可知，矿井水害主要来自两个方面：其一为采空区来水，如老黉水沟煤矿2008年6月14日突水。今后若矿井开采至采空区时，应坚持先探后掘的原则，确保安全。其二为底板茅口灰岩地层中的岩溶裂隙，如黉水沟煤矿新井2014年9月1日的突水。故应引起煤矿企业的高度重视，发现裂隙应及时治理。

2、矿井充水因素分析

根据调查访问的小煤矿出水情况及钻探揭露的煤层直接顶、底板岩性及岩溶发育情况分析，未来矿井的充水因素如下：

（1）大气降水的渗入补给，大气降水是地下水及地表水的主要补给来源，雨时大气降水一部分成坡流排泄，一部分将沿各种裂隙下渗补给各含水层，进而补给矿井。大气降水将制约矿井涌水量的变化。

（2）采空区水的渗入：

井田区内现有5个生产矿井，5个关停矿井（新星、栗子坝、双和、铜天槽、王家湾煤矿），现有采空总面积约6km2，开采标高1450.0m以上煤层。从小煤矿巷道充水特点表明，采空区是沟通降雨和地表水渗入地下的良好通道。若这些小煤矿一旦积聚采空区水，对未来的矿井安全将产生严重威胁。当矿井掘进至采空区下部时，必须坚持先探后掘的原则，确保安全。

（3）含水层水的补给：

①煤层顶板直接充水含水层

吴家坪组二、三段岩溶裂隙含水层下距K2煤层1.97～3.74m，平均2.46m，两段平均厚度37.14m。采煤后顶板导水裂隙带高度（含冒落带）按公式Hf= +5.1計算：

式中Hf——导水裂隙带高度（m）；

M——煤层厚度（取K2煤层较大厚度1.80m）；

h——煤分层层数（n），为一层。

计算结果Hf=30.45m，导水裂隙带高度已影响到P3w3上部，其地下水是矿井顶板直接充水水源之一。

②煤层间接充水含水层

长兴组是煤层的间接顶板，当煤层开采规模增大，或P3w2+3厚度变薄时，导水裂隙带高度将影响到长兴组，故长兴组地下水将会进入矿井成为矿井水源之一。

③底板直接充水含水层茅口组（P2m），K2煤层下距P2m石灰岩1.25～2.52m，平均1.67m，未来矿井运输巷道将会设置在P2m石灰岩上部（一般距K2煤层约30米），其岩溶裂隙水是矿井运输巷道的直接充水水源。若有岩溶裂隙存在，也会发生透水事故，如黉水沟煤矿新井就曾发生过透水事故，当有溶洞裂隙时应及时牢固处理。

④断层对矿井充水的影响

出露于16～17线的F1断层其富水性差，导水性差，且切割了嘉陵江组至吴家坪组地层，对煤层的开采是有影响，为防止断层水进入井下在煤层开采近断层破碎时必须坚持“先探后掘”的原则，加以防止。