葛泉井田岩溶陷落柱导水性分析

刘会盼

冀中能源股份有限公司葛泉矿 河北邢台 054102

1 矿井概况

葛泉井隶属于冀中能源股份有限公司葛泉矿，由原煤炭部石家庄煤矿设计研究院设计。1983年12月开始建井，1989年10月20日建成投产。

根据勘探和煤矿开采揭露资料，地层由老到新有奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系和第四系，缺失上元古界、上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统，矿区上下组煤层开采均不同程度受陷落柱灾害性突水威胁。葛泉井田之内隐伏奥灰岩溶陷落柱数量众多，已发现和揭露陷落柱89个。作为奥灰水特殊的垂直导水通道，导水陷落柱使上、下煤组的开采更具灾害性突水威胁。而导水陷落柱探查与防治是华北型煤田矿井水害中最为复杂、最具威胁的类型[1]。

2 陷落柱的分布

葛泉井田共发现陷落柱89个，其中井下生产过程中采掘工程及钻探工程实际揭露陷落柱69个，经地面物探、钻探工程控制，但未回采揭露的有20个。实际揭露的69个陷落柱，均为不导水陷落柱，其中椭圆形（或近椭圆形）陷落柱有37个，不规则形陷落柱有12个，圆形（或近圆形）陷落柱20个。其最长长轴208m，最短长轴9m，平均长度62.7m，最长短轴76m，最短短轴6m，平均长度34.1m，其面积也不尽相同，面积最大者可以达到14250m2，最小的只有70m2。

井田陷落柱结构致密、轴线垂直岩层面、绝大多数干燥、无水，以形成时期较早、目前已停止发育的古陷落柱为主。陷落柱分布具有以下特征：

（1）密集成群型。在已揭露的陷落柱中，大多数陷落柱均密集成群分布，单个陷落柱孤立发育而附近无其它陷落柱分布的情况很少。分析原因有二：一是与奥灰岩溶发育密集成带有关；二是有些距离较近的几个小陷落柱，深部很可能相连属于同一个大陷落柱。如1328运输见到的X303与X307陷落柱，已打钻证实为同一个陷落柱[2]。

（2）网络带状分布性。井田已揭露的陷落柱主要沿NE、EW、NW三个方向密集成带分布。这三个方向代表了构造运动、深部岩溶、裂隙发育的主导方向。其中，NE向条带最为发育，井田北翼自北向南可划分出3个NE向、6个EW向和10个NW向密集带，基本囊括了已发现陷落柱中的90%以上。在各密集之间，陷落柱稀疏，发育规模较小。其中，NE向和EW向带内陷落柱平均密度分别为20.7和18.7个/km2，大大高于井田平均密度14个/km2。

（3）似等距分布性。从平面上看，上述陷落柱密集带总体上呈近等距平行分布。其中，NE条带间距200m左右，EW向条带间距400-600m，而NW向条带与NW向构造密切相关，条带间距在300-800m，这种似等距分布，主要与基底控溶构造发育的等距性有关。

（4）构造控制性。井田位于西、南部边界断层F4、F5的上盘，NE向陷落柱密集带的展布与边界断层近于平行，在南翼有随F4走向发生偏转的趋势。井田内陷落柱沿北西向断层成条带发育规律也比较明显，且陷落柱多集中发育在断层上盘，比如断层F117、F7、F2。陷落柱与盖层构造（煤系地层构造）关系不大。几个密集带有的沿褶皱轴部发育，有的沿一翼发育，有的沿断层发育，有的垂直褶皱发育。陷落柱往往与小断层存在有很大关系，表明二者具有某种因果成因联系[3]。

3 岩溶陷落柱导水性分析

葛泉井田放水试验观测数据分析，查明大青灰岩主渗流方向自西南向东北，三个陷落柱区段均显示不同程度的高水位异常，且水位降深较小，难以疏降，表明陷落柱导水；在此基础上，建立了葛泉井田大青灰岩含水层三维地下水流动模型，并通过放水试验观测数据对模型进行参数拟合和校正，得出总排泄水量在500m3/h左右，其中陷落柱贡献率约占80%，即400m3/h，即为陷落柱正常涌水量。

（1）对大青灰岩水补给条件的认识：本区大青灰岩主要补给水源为奥陶系灰岩水，主要补给通道为试验区西南侧断层带。

（2）对大青灰岩水径流场的认识。本区大青灰岩主流场方向自西南向东北，从三采区西南侧—下解向斜轴部—东北部伍仲煤矿，即由深部向浅部运移。地下水径流条件基本畅通，说明大青灰岩含水层岩溶裂隙普遍发育，且连通性好。

（3）对大青灰岩水排泄条件的认识。伍仲煤矿下组煤开采区为本区大青灰岩集中排泄区，总排泄水量在500m3/h左右。分析认为，由于8#、9#煤层的开采，顶板垮落疏水与人工钻探疏降使原有的地下水均衡条件被打破并重组，形成带有鲜明特征的人工疏降漏斗，其影响范围已经波及本区中部四采区全部及三采区局部块段。客观上使本区5#煤层底板隔水层所承受的大青水压力有所缓解，但是从长远来看，一旦伍仲煤矿发生奥灰水突出事故或因资源枯竭而闭井，势必使本区大青灰岩水位迅速抬升，使5#煤开采底板突水危险性增加，且使伏青、野青等薄层灰岩含水层富水性增强，从而使本区矿井涌水量大幅度增加，给矿井排水系统造成承重负担。因此，必须严密监测伍仲煤矿开采及水害情况。

（4）对垂向导水通道发育情况的认识。通过三维模拟计算对断层含导水性进行分析后不难发现，本区多条断层为导水断层或局部导水断层，使奥陶系灰岩水通过断层带与大青灰岩含水层发生水力联系。其中包括F2、F17-1局部、F12、F202局部等。但是上述断层是否已经使奥灰水导升至5#煤底板尚不清楚。因此在5#煤巷道开拓掘进过程中应该加强对上述断层的探查。

4 结语

为了预防岩溶陷落柱引发矿井水害的发生，对陷落柱分布和导水性研究分析尤为重要。葛泉井田内陷落柱广泛发育，必须对陷落柱的导水性进行深入而细致的研究，一旦采掘工作面揭露岩溶陷落柱时引起奥灰水进入工作面，就会造成非常严重的水灾事故。