河兴梁井田保水采煤方法浅析

王 伟，王少锋

（陕西煤田地质勘查研究院有限公司，陕西 西安 710000）

0 引言

河兴梁井田面积为105.03 km2，南距榆林市40 km，位于榆神矿区东南部，井田北部红柳沟与井田南部扎林川均属于黄河一级支流秃尾河支流。烧变岩层广布于井田西部（含整个先期开采地段），烧变岩裂隙、孔洞发育，连通性好，具有较强的富水性[1]，是区内最重要的含水层，烧变岩含水层对煤层开采的安全及当地的生态环境具有至关重要的影响。3-1煤层开采时导水裂隙带会发育至烧变岩底板，将会发生透水事故[2]，同时也会疏干烧变岩含水层破坏井田生态环境。维持区内生产与生态的平衡十分必要，本文针对区内如何保水采煤进行分析讨论。

1 地质及地形地貌

1.1 井田地质

井田地表绝大部分被新近系、第四系沉积物覆盖，仅在北部边界的红柳沟、南部的扎林川、中沙沟及瓦窑坡北部河沟有基岩出露。根据地表出露及钻孔揭露，井田地层由老至新依次为：三叠系上统永坪组（T3y），侏罗系下统富县组（J1f），侏罗系中统延安组（J2y），新近系上新统保德组（N2b），第四系中更新统离石组（Q2l），上更新统萨拉乌苏组（Q3s）、全新统河流冲、洪积层（Q4al+pl）及风积沙（Q4eol）。井田内烧变岩是延安组第四段顶部的2-2煤层全部自燃，并使井田中西部残留的延安组第五段岩层全部遭受烧灼烘烤而形成的。

1.2 地形地貌

井田位于陕北黄土高原北部，毛乌素沙漠东南缘，为风沙地及黄土梁峁地貌，地形总体西北高、东南低，海拔一般为1010 m～1300 m，最高处位于西南部高家仡佬东部梁峁，海拔1361.9 m，最低处位于东北部前阴湾红柳沟内，高程1007.5 m，区内相对高差354.40 m。中部为固定沙组成的风沙滩地，主要表现为：水系网少，地形起伏不大，相对高差小，地表物质组成多为新生界松散沙及沙土；北部的红柳沟、南部的扎林川为地表水侵蚀作用形成的沟谷。上游窄，下游宽，谷坡呈斜坡形，两侧不对称，谷底平坦，河床狭窄，河水蜿蜒流淌。两岸的河漫滩和阶地，土地较为肥沃，是区内主要的农业耕作区。

2 烧变岩含水层

烧变岩含水层是区内保水采煤研究的目的层。烧变岩体剖面由下至上可分为如下三个带:类熔岩带、烧变岩带和烘烤岩带[3]。类熔岩岩体破碎，岩石呈不规则状，具有大量的气孔、烧变裂隙及炉渣状构造的孔，裂隙呈不规则的交错网状，含水层主要在此带，其导水性强，储水空间开阔，补泄通畅。烧变岩分布于井田先期开采地段内（见图1），厚度一般约为0.4 m～41.44 m，平均厚度约22.17 m，面积约48.88 km2。在钻探施工过程中，遇烧变岩的钻孔大均会发生不同程度的漏水现象。据水文测井，烧变岩潜水井液电阻率曲线ρ反应很明显。通过电视窥视测井对烧变岩的完整性、裂隙发育特征、连通情况、岩体破碎状况等有了直接了解（进一步验证了上述分带），其中类熔岩带裂隙非常发育，10 cm以上大裂隙多达4、5处以上（见图2）。

图1 井田烧变岩范围及等厚线图

图2 烧变岩层段电视窥视图

井田内烧变岩区地下水以泉的形式排泄，其最主要排泄区位于北部边界外的香水沟沟脑，是香水沟水库的补给水源。在此处，烧变岩排泄的泉点有7处，涌水量共约为203.78 L/s。烧变岩底板埋藏在侵蚀基准面以下，形成储水构造，因而在地形上具有大的似盆状的汇水范围静储存于烧变岩层段内，形成极强富水区，估算静储存量为944.85×106m3。

3 保水采煤必要性

3-1煤层开采将会使其上部烧变岩含水层的水直接充入开采巷道，引发生产安全事故；烧变岩水的导通将导致地下水位下降，影响井田内生态环境。保水采煤研究是井田范围内安全生产、生态及生产生活的需要。

3.1 安全生产需要

通过计算，3-1煤层开采时导水裂隙发育高度可达到烧变岩底板，烧变岩水将会成为直接充水水源。烧变岩含水层富水性极强～强，径流速度快，具有良好的补给来源，矿床充水强度大，将会严重威胁矿井的正常生产。因此，对井田保水采煤研究、阻止烧变岩水导通至开采煤层十分必要。

3.2 生态需要

河兴梁井田地处我国西北内陆，属干旱-半干旱气候，生态环境脆弱，水资源贫乏。区内烧变岩是强富水含水层，它不仅为煤矿的生产建设提供水源，而且为生态脆弱矿区生态环境改善提供重要基础的水资源保障。煤层开采导通烧变岩含水层将会使区内地下水位降低、烧变岩泉水断流、香水沟水库库容减小、红柳沟河流量减小等一系列生态环境问题。因此，研究井田保水采煤也是生态保障的需要。

3.3 生产生活需要

井田烧变岩水是香水沟水库的补给源，也是井田北部红柳沟河的主要补给源。香水沟水库主要功能是作为陕西有色金属工业园和榆林市榆阳区盐化有限公司备用的工业用水水源，同时兼顾着周边农田灌溉；红柳河为两岸人民群众的农业灌溉、畜牧业养殖提供水资源保障。因此，对井田保水采煤研究、保障香水沟水库及红柳沟河水源补给十分必要。

4 措施及建议

经生产验证有效的保水采煤方法有：限高或分层开采技术；减小工作面宽度，抑制导水裂隙充分发育；条带充填开采，减小采空空间，降低导水裂隙发育高度；加框工作面推进速度，减少导水裂隙带高度；底板隔水层裂隙空间的注浆改造，保持隔水层的隔水稳定性[4]。结合井田烧变岩含水层与开采煤层相关联的特点及其各项功能特征，在井田保水采煤中提出以下建议：

（1）保水煤柱与排水相结合：在开采3-1煤层时应预留相应的保水煤柱及减小工作面宽度，抑制导水裂隙带的发育高度，防止烧变岩水导通至开采工作面；人工干预增加烧变岩水的排泄量，减少烧变岩含水层的静存储量（排泄至香水沟水库，最大限度保障区内生态环境及生产生活）。

（2）开采前进行专项水文地质勘查工作：井田的水文地质类型为复杂，烧变岩含水层对下部3-1煤层开采会产生严重安全威胁，在建矿前做专门的水文地质勘查工作，查明区内烧变岩的详细情况可为煤矿的安全生产及保水采煤研究提供更为真实、科学的数据支撑。

5 结语

井田烧变岩含水层是区内生产及生态的重要水资源保障，常规的煤层开采方式将会疏干烧变岩含水层，煤层的开采与保水具有矛盾性。井田保水采煤方法的研究和分析过程中所提出的两点建议可为维持区内生态与生产平衡、解决两者的矛盾提供参考。