贵州省煤田水文地质条件影响因素浅析——以贵州省上二叠统含煤地层为例

曹细如

（贵州省煤田地质局，贵州贵阳550008）

贵州省煤炭资源丰富，分布广泛，全省89个县（市）中，有76 个蕴藏煤炭，含煤面积约 7.8×104km2，占全省面积44%。贵州省成煤时代及对应含煤地层有：下寒武统牛蹄塘组，下石炭统祥摆组，中二叠统梁山组，上二叠统龙潭组、吴家坪组、宣威组（汪家寨组），上三叠统火把冲组、把南组和二桥组，古近系上坝组，新近系翁哨组，第四系窑上组、松坡组和南屯组等地层。据2011年《贵州省煤炭资源潜力评价》预测煤炭资源总量约2588×108t（埋深2000m 以浅），位列全国第5 位。贵州省煤炭资源主要成煤时代为上二叠统，约占全省煤炭资源总量的99%；含煤地层包括龙潭组、吴家坪组、宣威组（汪家寨组）。近年来随着国家实施“西电东送”、“西部大开发”等战略布局，贵州省的煤矿建设规模达到历史新高。根据煤炭资源赋存及煤田分布情况，主要分布在上二叠统含煤地层的煤田有六盘水煤田、织纳煤田、黔北煤田、兴义煤田、贵阳煤田等，而黔东北、黔东南、黔南等煤田相对贫乏。本文主要针对上二叠统含煤地层煤田水文地质条件及其影响因素进行分析探讨，以便在煤矿生产中对煤矿防治水有现实指导意义。

1 贵州省煤田划分及含煤地层岩相特征

1.1 贵州省上二叠统含煤地层赋煤分布特征及煤田划分

贵州省上二叠统含煤地层的含煤性最好，为主要含煤地层，也是目前工业开发的主要含煤层位（目前大约有1000对生产矿井）。上二叠统的煤层分布广泛，发育完好，大致在桐梓—遵义—安顺—兴义连线以西，为省内的富煤区，该线以东则为省内的少煤区或缺煤区。据2011 年《贵州省煤炭资源潜力评价》资料，根据岩性、岩相、古生物化石、含煤性等特征，可划分为3个大相区、9个煤田，即陆相区为黔西北煤田；海陆过渡相区有六盘水煤田、织纳煤田、黔北煤田、兴义煤田；海相区有贵阳煤田、黔东北煤田、黔东南煤田、黔南煤田（见图1）。

1.2 上二叠统含煤岩系岩相变化特征

各煤田含煤岩系沉积环境有海相沉积、海陆交互相沉积、陆相沉积等。含煤层位岩性变化大，岩性主要有陆源碎屑岩、火山碎屑岩、化学岩以及可燃有机岩等岩相大类。其中陆源碎屑岩中有砂岩类、泥岩类等，而砂岩类有含砾砂岩（砾状砂岩）、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩等；泥岩类有泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、铝土质泥岩等；化学岩类有石灰岩、白云岩、硅质灰岩等；可燃有机岩类有炭质泥岩和煤；火山碎屑岩类有火山角砾岩、凝灰岩等。

含煤地层岩相组合是沉积相变化的主要指示，通过岩相组合在横向上展布和纵向上演化，各种岩相组合代表了不同的沉积环境变化。一般情况下，海相沉积区的含煤地层（上二叠统吴家坪组）岩性组合主要由厚层石灰岩和薄层泥灰岩及煤组成。海陆过渡相沉积区的含煤地层（上二叠统龙潭组）岩性组合由中—厚层状细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、灰岩和煤层呈互层状交替组合；陆相沉积区的含煤地层（上二叠统宣威组）岩性组合由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩、泥质、煤等组合。

2 煤田矿井充水影响因素分析

2.1 贵州省煤田自然地理条件概况

贵州省煤田地理位置处于我国西南部，为云贵高原的一部分，以山体为主，无平原；气候主要属于亚热带温暖湿润季风性气候区、降水充沛，多年平均降雨量在1100mm 以上。各煤田所处地形主要为低山至中山地形，其中以低中山至中山地形为主；地貌形态以侵蚀、剥蚀、溶蚀等成因为主，其中又以喀斯特地貌形态分布广泛。

2.2 同类型矿井所处不同位置对矿井涌水量的影响

据调查，矿井所处的自然地理条件不同其矿井充水条件相差较大。如：有的处在地表分水岭附近，有的处在径流带上，有的处在排泄区附近；有的处于当地侵蚀基准面以上，有的处于当地侵蚀基准面以下等；另由于大气降水的差别、地表水体发育程度等也是影响矿井涌水量补给量大小及稳定程度的主要因素。又如：同是以岩溶充水的矿井，由于所处的自然地理条件不同及处于水文地质单元的不同位置，矿井水文地质特征也不一样，甚至差异很大；同是以裂隙充水为主的矿井，位于河谷地段附近与位于分水岭及斜坡地带，其充水条件大不相同。前者水量一般较大，补给较充沛，甚至可能发生地表水或泥砂溃入井巷的危险。后者由于地形有利于地表水及地下水的排泄，补给差，一般矿井水量微弱。矿井涌水量随季节性变化明显，通常雨季水量大，旱季水量小，差别往往为几倍至几十倍。由于地表水或地下水主要受大气降水补给，因此矿井涌水量动态变化基本上与降水量动态变化及地表水的动态变化相一致。一般开采深度愈浅，上述关系愈显著，变化幅度也愈大。随着开采深度的增加，降水及地表水动态对矿井水的影响逐渐减弱，矿井涌水量的变化幅度也逐渐减小。

2.3 不同地质及水文地质条件的影响

贵州省含煤地层以上二叠统含煤地层的含煤性最好，各煤矿矿井水文地质条件与煤田成煤时的古地理条件、沉积环境及所处的大地构造背景，成煤后的地质历史、煤田的构造形态、煤层的顶底板围岩的岩性各不相同，因而煤田矿井的水文地质条件亦表现为多种多样，各不相同的特点。

从煤矿矿井充水的主要含水层的含水介质及充水特征分析知，贵州省煤矿矿井主要有以岩溶水充水为主的矿井及以裂隙水充水为主的矿井，以及二者都有的混合型充水矿井。

依据煤矿所处的含水构造分析，矿权位置有位于背斜或向斜含水构造单元的各部位（轴部、两翼、转折端）的井田，有位于区域性的深大断裂带或大断层带附近的井田，有位于封闭的断块或地垒、地堑中的井田，还有位于含水推覆构造之下的井田。因此，矿井所处的不同地质构造部位直接影响矿井水文地质条件。

2.4 不同类型地下水进水方式对矿井充水的影响

据统计分析，依据各煤田煤层赋存地质围岩的含水性知，矿井地下水类型主要有岩溶水和裂隙水两种。依据矿井充水部位及特征分析，有以顶板进水为主，有以底板进水为主，有以顶底板都进水的；而导水通道主要有断层破碎带及煤层开采后形成的冒落带、导水裂隙带等；其中对矿井生产安全造成主要危害的是岩溶地下水，以顶底板进水的岩溶水是威胁煤矿安全最突出的水文地质问题。

贵州省碳酸盐岩分布广泛，碳酸盐岩与煤矿的关系非常密切，有的构成含煤地层的沉积基底，有的构成含煤地层的盖层，有的直接位于煤层底板之下或顶板之上，有的则夹于各煤层之间，个别煤田由于多次构造运动的影响，使得含煤地层与灰岩地层多次叠置呈“互层”状，或由于断层错动使煤层与灰岩强含水层直接对接。这些碳酸盐岩地层大都岩溶强烈发育，含水丰富，富水性强，煤层开采时成为矿井充水的主要水源，严重威胁着煤矿的生产安全。

在贵州省直接或间接以岩溶水充水为主的煤矿矿井较多，其中，以黔南、黔东南、黔北、黔东北及贵阳等煤田的二叠系吴家坪组、长兴组、茅口组等岩溶含水层地下水最为严重、最为复杂。

在黔南、黔东南、黔北、黔东北及贵阳等煤田，由于煤层底板的铝土质泥岩隔水层厚度小，一般约2m 左右，有的地段直接与茅口组高压岩溶强含水层接触，岩溶发育强烈，含水丰富，煤层开采时高压岩溶水往往突破采区或巷道的底板，或通过断层或岩溶陷落柱等导水通道大量涌入矿井，使矿井淹没，其突水量可高达上万至几万立方米每小时。因此不仅对矿井安全生产构成严重威胁，而且使得大量的煤炭资源难以开发。

2.5 老空水的影响

贵州省的煤炭资源丰富，采矿历史悠久。因此，在赋煤区浅部存在大量的小窑、老窑及小煤矿老空区。大多数老空区存在积水，目前由于国家制止乱采行为，小煤窑已经全部由当地政府强制关闭。但目前有大量的老空水未查清楚，存在严重的安全隐患。煤矿生产中往往通过采掘破坏及冒落带、断层等沟通老空水，导致透水事故发生。特别在六盘水煤田、织纳煤田、黔西北煤田、兴义煤田等，这些煤田的含煤地层主要为二叠系上统龙潭组，主要充水水源为基岩裂隙水，一般矿井涌水量相对较小，不构成直接危害；但一旦在采掘过程中揭穿或沟通上覆老空区积水，则酿成透水或突水事故。老空水亦是威胁煤矿安全相对突出的水文地质问题。

3 贵州省煤田矿井水文地质类型及复杂程度探讨

贵州省煤矿矿井水文地质类型多属于大气降水补给为主的裂隙或岩溶充水矿床，水文地质条件简单—复杂。其复杂程度与地层岩性富水性、构造、地形地貌、地表水、老空水等因素有关，其中岩层的富水性起主导作用。煤田水文地质勘探工作是查明勘查区（井田）的水文地质条件并为矿井防治水设计提供水文地质依据。据矿井充水的实际情况知，矿井水文地质类型主要有裂隙充水矿床、岩溶充水矿床及混合充水矿床。

根据全省煤田分区及各区含煤地层的岩性组合特征知，结合含煤地层上覆及下伏地层的岩性组合关系分析，煤田水文地质条件具有明显的区域特征，其中，贵阳、黔东北、黔南、黔东南等海相沉积煤田的晚二叠世吴家坪组含煤地层，煤层顶底板岩性为灰岩，含煤地层被夹在下伏茅口灰岩与上覆长兴组灰岩之间，既有顶板水的威胁，又有底板水的威胁，水文地质条件一般比较复杂。矿井涌水量一般几百立方米每小时，最大达几千立方米每小时；而黔西北陆相区晚二叠世宣威组含煤地层及黔北、六盘水、织纳、兴义等海陆过渡相区晚二叠世龙潭组含煤地层，由于含煤地层岩性本身以碎屑岩为主，中夹数层薄—中厚层灰岩，含煤地层上覆有较厚的下三叠统的夜郎组或飞仙关组碎屑岩地层及下伏有厚达数十米至数百米的峨眉山玄武岩地层隔水层，故正常情况下这些地区的煤田水文地质条件一般以顶板直接进水为主的裂隙充水矿床，水文地质条件一般简单—中等，矿井涌水量一般均较小；只有通过断层错动，使煤层与上覆或下伏灰岩含水层沟通接触时，才导致岩溶充水问题。

总之，由于矿井充水水文地质条件复杂多样，其水文地质类型往往不是单一的，而是几种类型的结合体，划分矿井水文地质类型应根据实际情况而定。

4 结论

经过对贵州省煤田所处沉积环境分析可以得出在海陆过渡相至陆相沉积区域，即大致在桐梓—遵义—贵阳—安顺—关岭—安龙连线以西的煤田，煤矿床主要是以顶板岩溶裂隙水充水为主，水文地质条件一般为简单至中等；而在海相沉积区，即在桐梓—遵义—贵阳—安顺—关岭—安龙连线以东的煤田，煤矿床是以顶底板岩溶充水为主，水文地质条件为复杂。而影响煤田矿井水文地质条件的因素有矿井自然地理条件、岩层含水层的富水性、水文地质结构、岩层裂隙及岩溶的发育程度、地质构造、老空水以及地表水发育程度等多种影响因素决定。因此，总结分析各煤田矿井充水水文地质条件及其影响因素对今后矿井水文地质工作及其防治水害有现实指导作用。