托克逊县十二号井田水害隐蔽致灾因素分析

吴 员，崔德广

（1.新疆煤炭综合勘查院，新疆乌鲁木齐830000；2.新疆煤田地质局，新疆乌鲁木齐83000）

煤矿隐蔽致灾因素较多且具有隐蔽性强的特点,做到提前预防难度较大。近年来出现了较多隐蔽致灾的因素及灾害,其中水隐蔽致灾因素是较常见的一种形式。通过对煤矿水害隐蔽致灾因素的分析研究并提出相关建议、以期在后期源头治理上，及早采取相关措施。

1 井田概况

新疆托克逊县克布尔碱煤矿区十二号井田位于托克逊县城西北（方位330°）55km，井田呈不规则的多边形，东西长约5.26km，南北宽约3.98km，面积约21.195km2。

地层发育由老到新有：中石炭统硅质岩、凝灰硅质岩及凝灰质粉砂岩夹灰岩、三叠系上统小泉沟群湖相碎屑岩、间夹河流相的粗碎屑岩沉积，侏罗系下统八道湾组碎屑沉积岩，含煤2～5层，即1-1、1-2、KB、KB上及4-2 号煤层，可采煤层4 层，为1-1、1-2、KB、4-2 号煤层；三工河组细砂岩，夹粉砂岩及中砂岩；中统西山窑组粗碎屑岩、细碎屑岩和炭质泥岩，含煤6层，编号由下往上分别为5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6 等，头屯河组砾岩、砂砾岩和粗砂岩、中砂岩、细砂岩互层，第四系全新统砾石、砂土，砾石。

井田南部为克尔碱向斜，北部由次一级的克尔碱小背斜和克尔碱小向斜组成，在井田的中东部则是一条次一级的北东向向斜。发育F1断层，f57为北东向平推逆断层，f58为北东向逆断层，f66为一正断层，走向北西向。见图1。

图1 井田构造图

2 井田含（隔）水层

井田内的地层由松散岩类、半固结岩类、煤层和沉积碎屑岩类组成，经综合分析，共划分了一个透水不含水层，五个含水层及二个隔水层，见表1。

2.1 含水层

井田内的含水层4层。

2.1.1 第四系全新统（Qhal）冲积中等富水性孔隙含水层（H0）

该含水层单位涌水量0.1447L/(m·s)，渗透系数4.7m/d，中等富水性，pH值7.6～7.7，属HCO3·SO4-Na·Ca型水；中侏罗统头屯河组（J2t）不含煤承压裂隙中等富水性含水层（H1），单位涌水量0.1384～0.2221L/(m·s)，渗透系数0.672～0.950m/d，富水性中等。矿化度446mg/L，pH值8.1，属HCO3·SO4-Na·Ca型水。

2.1.2 中侏罗统西山窑组(J2x)承压裂隙弱富水性含水层（H2）

该含水层统径统降单位涌水量0.00366～0.011L/(s·m)，渗透系数0.0038～0.028m/d，富水性弱。水化学类型SO4·Cl-K·Na，Cl·SO4-Na，矿化度5524～9740mg/L。

2.1.3 下侏罗统八道湾组（J1b）承压裂隙水弱富水性含水层（H3）

该含水层单位涌水量0.0104L/(s·m)，渗透系数0.01899m/d，富水性弱。水化学类型为Cl-K·Na 型水，矿化度3060mg/L。

2.1.4 石炭系中统弱富水性含水系(H4)

主要岩性为灰黑色硅质岩、凝灰硅质岩及凝灰质粉砂岩夹灰岩。上部为凝灰安山岩、凝灰岩、火山角砾岩膨润土。该地层在井田北部和东部有局部出露，组成该矿区的沉积基底。总体上划分为弱富水性含水层。

2.2 隔水层

井田范围内隔水层共2层：下侏罗统三工河组相对隔水层G1，岩性上部为灰色、深灰色粉砂岩、泥岩互层，夹菱铁矿薄层及中粗砂岩透镜体，下部为粉砂岩、细砂岩互层，底部含薄层煤或炭质泥岩；三叠统上部隔水层G2，为一套灰绿、黄绿色粉砂岩、细砂岩夹薄层杂色泥岩、灰绿色砂岩、粗砂岩，局部夹似层状或凸镜状泥灰岩。

2.3 不透水层

第四系全新统（Qhpl）洪积透水不含水层（T1），井田内第四系除去H0 含水层之外的部分，以砾卵石为骨架，充填细、粉砂岩，厚度0～40m。因其补给源贫乏，不存在储水构造而成为透水而非含水层(T1)。

3 充水水源

3.1 大气降水

井田范围属浅切割的侵蚀剥蚀低山丘陵区，干旱—半干旱气候决定了平均降雨量仅20.3mm，而蒸发量则为5826.2mm，故大气降水对矿井充水甚微。

3.2 地表水

区内地形西北高，东南低，相对高差约340m。相对最低侵蚀基准面标高约+800m。地表水系发育有井田西界以西0.4km 克尔碱沟，常流量0.12～0.21m3/s；沟底标高+830～+800m。春季融雪期水量较大，最高洪峰出现在7～8 月，最大洪水流量为88.73m3/s。由于井田范围内之前小煤矿开采所造成的影响，克尔碱沟的地下水通过地下巷道系统由西向东运移，使地表水成为矿井的直接充水水源或间接充水水源。通过测算，侧向补给约2000m3/d。

3.3 地下水

井田内含煤地层以上地下水富水性弱至中等，含煤地层含水层基本上是煤层的直接充水含水层，侵蚀基准面以上的煤层顶板砂岩含水层，水量小，富水性弱，平硐开采易于排水。侵蚀基准面以下煤层顶板含水层均为承压水，富水性弱至中等，易于疏干，对开采造成危害小。

3.4 老空水

3.4.1 采空区

通过物探手段加之钻孔验证，确定井田内共4处采空区。CKTX-1 位于东西长约700m，南北宽约200～250m，面积约0.153km2，采空垂深40～150m；CKTX-2东西长约710m，南北宽约75～125m，面积约0.078km2，采空垂深40～90m；CKTX-3 东西长约825m，南北宽约100～200m，面积约0.128km2，采空垂深40～150m；CKTX-4 东西长约750m，南北宽约80～285m，面积约0.162km2，采空垂深40～230m，见图2。

图2 采空区综合成果图

经估算井田內采空区积水量为832631m3，采空区积水量较大。因此后期防止矿井涌水量增加，同时伴有矿井突水或突固的可能性，建议制定有预防预控措施（预留煤柱，采空区钻探放水等），对于老窑出水情况应进行实时观测、记录，发现异常及时解决，坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，严防老窑积水涌入矿井的可能。

3.4.2 火烧区

火烧区呈椭圆形的带状分布（图1），顶板埋深在1.58～6.69m，延深在45～64.8m，向南倾，倾角35°～40°，地表投影面积约0.035km2。验证钻孔8-6 煤层顶底板多为粉砂岩、细砂岩，烘烤岩底板33.05m，燃烧的煤层为西山窑组5-2 煤层，5-1 煤层顶底板岩石比较干燥，煤层未见燃烧、热异常等情况，钻孔水位埋深29.50m，水位标高755.85m，结合物探成果，井田内煤层火烧区范围较小，说明火烧区岩层含水性微弱，透水性差。

4 充水通道

井田充水通道主要是煤层开采形成的冒落、冒裂裂隙，其次为原生结构面裂隙，局部为断层裂隙。

4.1 垮落带导水裂隙

通过经验公式经计算，当前主要开采的煤层垮落带、导水裂隙带高度计算结果见表2：5-1 煤层垮落带高度1.36～27.6m，导水裂隙带最大高度9.89～102.28m；4-2 煤层垮落带高度1.20～27.72m，导水裂隙带最大高度9.33～102.71m；KB 煤层垮落带高度1.24～19.24m，导水裂隙带最大高度9.47～72.85m；通过测算的导水裂隙带最大高度经与煤层间距进行比较，可以看出，井田内局部地段下部煤层导水裂隙带与上层煤层采空区相互沟通，因此在下部煤层的施工和设计过程中，应考虑上部采空老窑积水对矿井生产的危害。

表2 垮落带、导水裂隙带高度统计表

4.2 断层导水性

井田内断层较多，以压性逆断层为主。除井田北部的F1逆断层断距大于370m外，其他断层断距一般2～66m。井田东部已揭穿f57斜交逆断层，最大垂直断距66m，断层带含水层厚度18.99m，在157.44～217.51m 试段中，水位高出地表1.15m，抽水降深35.46m，统径统降单位涌水量0.008716L/(s·m)，渗透系数0.0588m/d，水化学类型SO4·Cl-Na，矿化度4044mg/L。井田北部揭穿的F1断层，在3.31～46.75m试段中，抽水降深32.43m，统径统降单位涌水量0.01113L/(s·m)，渗透系数0.02733m/d，水化学类型Cl·SO4-Na，矿化度12793mg/L。表明断裂带内承压水头较高，富水性及导水性弱。但在煤层开采临近断裂时，还应该注意观测矿坑涌水量的变化，防患于未然。

4.3 不良封闭钻孔

井田内累计施工140余个探煤钻孔，一般钻孔均按要求全孔封闭，尽管现有资料中未发现封闭不良钻孔，由于施工年代跨度大，封闭质量难以保证。因此封闭不良钻孔也可能是导水通道。

5 结论

（1）井田范围内充水水源有地表水、地下水、老空区积水等3类。地表水和第四系潜水含水层等上部含水层水，以及克尔碱沟为矿井的间接充水水源。雨季期间应对煤矿防治水工作进行全面检查，加强雨季巡查工作，储备足够的防洪抢险物资，对检查出的事故隐患，应当制定措施，防止地表洪水涌入井下造成突水事故。

（2）井田内西山窑组H2的裂隙承压水及八道湾组H3这些裂隙承压水虽具有一定的水头压力，但在天然状态下其富水弱—中等弱，易于疏干，为矿井充水的主要水源对煤层开采不会造成大的威胁。

（3）井田内充水通道有顶板垮落带、导水裂隙带、底板岩层破坏裂隙、断层裂隙带和封闭不良钻孔等形式，其中以顶板垮落带、导水裂隙带为主要充水通道，断层导水也有一定的危害。

（4）第四系潜水含水层、地表水对矿井生产影响较小；上部H1、H2 砂岩裂隙含水层均为富水性弱—中等的含水层，厚度较薄，不会形成大的突水；老空水含水量较大，在导水构造的影响下，如若与地表水流沟通，或者在开采沟通的情况下，矿井将面临突水的威胁。在后期开采过程中，侧向补给水、老空水将会影响矿井的正常生产，故需采取有针对性的防治水措施。