三河尖煤矿吴庄区充水因素分析及防治

汪善好 刘孝刚

摘 要：介绍三河尖煤矿吴庄区的地质及水文地质基础上，对矿井主要含水层，充水因素进行了全面的分析，指出矿井主要充水通道，提出了相应的防治手段。

关键词：充水因素；含水层；富水性；防治手段

三河尖煤矿吴庄勘探区位于半封闭的滕县背斜储水构造水文地质单元的西南侧。该储水构造东部由于受F19（又称程楼断层。正断层，走向近东西，倾向南，倾角70°～75°，落差310～500m）和田岗断层（走向近南北，倾向东，倾角75°，落差0～470m）的作用，造成了奥陶系含水层与太原组灰岩含水层多处对口接触，成为本单元煤系地层接受奥陶系含水层补给的进水口。

1 地质及水文地质条件

（1）地层。

吴庄区煤系地层为石炭二迭系地层，上覆白垩～侏罗系地层，下伏奥陶系地层，均被第四系松散层所掩盖。共有两个含煤组，其中上石炭统太原组，发育17、18、21、22煤层和下二迭统山西组发育7、9煤层。

（2）水文地质条件。

根据含水层的岩性特征、空隙性质及地下水埋藏条件，划分为三种类型的含水层组：

a.孔隙潜水～承压水含水层组。

主要由第四系松散沉积物组成，厚212.00～251.85m，平均236.46m，东南薄，西北厚，富水中～弱。

b.裂隙承压水含水层。

该含水层主要有白垩～侏罗系砂岩裂隙承压含水层组、上石盒子组底部奎山砂岩裂隙承压水含水层组、下石盒子组砂岩裂隙承压含水层组和山西组7、9煤顶底板砂岩裂隙承压含水层组，富水性中～弱。

c.岩溶裂隙承压含水层组。

该含水层主要有太原组灰岩岩溶裂隙承压含水层组和奥陶系灰岩裂隙岩溶含水层组，富水性及透水性较弱。

（3）各含水层之间的水力联系。

a.本区含煤地层为山西组、太原组地层，因而山西组砂岩含水层组和太原组灰岩含水层组是本区煤层开采的主要充水含水层，其各含水层间通过导水裂隙带发生水力联系，联系程度取决于裂隙的发育程度。

b.第四系含水层与含煤地层含水层间有厚度较大的白垩～侏罗系和下石盒子组泥岩、砂质泥岩隔水层，无直接水力联系。

c.上石盒子组底部奎山砂岩含水层与含煤地层含水层之间有厚度较大的下石盒子组泥岩、砂质泥岩隔水层，无直接水力联系。

d.下石盒子组底部分界砂岩含水层，与山西组7煤顶板砂岩含水层间距平均约42m，煤层采动时，可能通过导水裂隙带或冒落导水裂隙带发生水力联系。

e.奥陶系灰岩含水层与太原组21煤间有太原组底部和本溪组平均46.11m的相对隔水层，可能通过导水裂隙带与太原组下部含水层发生水力联系。

2 构造

吴庄区位于三河尖井田西部，张庄断层以西，F1′～F24断层以北，区内构造相对发育，对具有一定的导水性。褶皱构造十分发育，对采掘活动影响较大的有张庄向斜、张庄背斜、西谢庄向斜、西谢庄背斜；断层落差≥10m的16条，以正断层为主，逆断层只有一条，落差≥30m断层有张庄断层、F19断层及F24断层，这些断层主要集中在东部和南部的边界部，其展布方向分为近EW向和NE向两组。

3 充水因素分析

3.1 开采山西组煤层

（1）直接充水含水层：为山西组7、9煤顶底板砂岩含水层，该含水层，富水性弱，以静储量为主。

（2）间接充水含水层：主要为太原组四灰含水层，其补给途经主要为断层两侧的导水裂隙带。该含水层井下揭露时，具疏干特征，不会对矿井充水造成太大威胁。其次是下石盒子组分界砂岩含水层，其补给途径主要是导水裂隙带和7煤采空冒落裂隙带，该含水层井下可疏干，故也不会对矿井充水造成太大威胁。

3.2 开采太原组煤层

（1）直接充水含水层：无名灰是17煤直接底板，18煤直接顶板，是开采17煤、18煤的直接充水含水层；十二灰是21煤直接顶板，是开采21煤的直接充水含水層。各层灰岩富水性弱，以静储量为主。

（2）间接充水含水层：主要为奥陶系灰岩含水层。该含水层为区域强含水层，为区内各煤系含水层的主要补给源，其补给方式是通过导水裂隙带越流补给。正常情况下，因距21煤有46m左右的、太原组底部和本溪组相对隔水层，同时奥陶系上部八陡组（60m左右）和阁庄组（110m左右）富水性较弱，故对矿井开采影响不会太大。但值得注意的是奥灰含水层是不均一含水层，局部裂隙发育地段富水性可能较强（211孔泥浆全漏失），而且吴庄区本溪灰岩厚度较大，因而开采本区太原组下部煤层时，应对奥灰含水层提出必要的预防措施。

4 充水通道

（1）冒落带和导水裂隙带。

吴庄区开采煤层为山西组7煤层，倾角5～16°，煤厚0.7～3.0m，根据计算冒落带高度为2.8～10m，裂隙带高度11～48m，本区7煤顶板到分界砂岩高度45m，裂隙带高度超过分界砂岩顶板，矿井生产期间也发生过7煤层采后通过冒落裂隙带导通上部砂岩裂隙水涌出，但水量不大，易疏干，对矿井涌水构不成大的影响。

（2）断层破碎带。

一些大中型断层破碎带易导通太原组灰岩水和奥陶系灰岩水造成矿井水害事故发生，我矿在东翼采区巷道靠近孙氏店断层时曾出现过断层破碎带导通奥灰水现现，在西翼采区也曾出现由于张庄断层破碎带导通太原组灰岩水涌水现象等等，这都说明了断层破碎带是矿井主要导水通道。

（3）封闭不良钻孔。

勘探期间钻孔封闭不良也会造成矿井重大水害，我矿在南翼采区巷道揭露151钻孔时，曾发生涌水事故，水量25m3/h，由此可见，封闭不良钻孔联通各含水层，形成导水通道。

5 矿井防治水建议

根据矿井以往的工作经验，本区影响开采的水害因素是煤层顶底板砂岩水、太原组灰岩水以及奥陶系灰岩水，应针对不同水害类型采取不同的防治水措施，做到以防为主，坚持“预测预报、有疑必探，先探后掘，先治后采”的原则。对富水区域，应编制专门防治水措施，以确保矿井生产安全。

（1）煤层顶板砂岩水和太原组灰岩水，应首先利用物探手段，查明采掘活动区域富水异常区，其次利用钻探工艺对富水异常区进行探放。

（2）奥陶系高压灰岩水，主要是通过大型断层破碎裂隙带为导水通道，对于这种水害主要采取留设合理的断层防隔水煤（岩）柱，严禁开采断层保护煤柱。

（3）封闭不良钻孔防治，可以先采取物探手段探测是否有富水异常，结合钻探验证，防患于未然。

（4）完善矿井水害在线监测系统，在奥灰水文观测孔和700水仓等地点建立水文动态监测系统，随时掌握矿井水文动态，一旦发生异常及时采取防治措施，确保矿井长治久安。

参考文献：

[1]徐田高.煤矿突水危险度研究[J].中国煤炭地质，2009，21（2）：4345.

作者简介：汪善好（1969），本科，地质高级工程师，主要从事煤矿地质及防治水研究。