二疊系煤層上覆砂巖裂隙含水層水賦存規律及防治技術探究

摘 要：鄉寧縣位于山西省南部，行政區劃屬臨汾市，境內煤炭資源豐富，境內含煤區整體位于河東煤田鄉寧國家規劃礦區的南部，二疊系主要可采煤層有1號、2號、3號煤層，開采期間的礦井充水因素除地表水和構造對開采充水的影響外，開采期間的直接充水含水層下石盒子組K8砂巖含水層是影響1號、2號、3號煤層開采的主要自然因素。探究礦井1號、2號、3號煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水的賦存規律及開采期間的防治技術，對治理礦井水害、保證礦井安全生產、改善礦井生產條件、提高生產效率有著重要的促進意義。

關鍵詞：二疊系煤層上覆;砂巖裂隙含水層;賦存規律及防治技術

裕豐礦位于鄉寧縣南部，處于河東煤田鄉寧國家規劃礦區的東南部，井田內二疊系下統山西組2上、2下煤層開采期間直接充水含水層下石盒子組K8砂巖含水層是影響其開采的直接且主要充水因素。K8砂巖含水層為2上、2下煤層的頂板，根據生產期間實際揭露情況，采掘期間K8砂巖含水層對礦井充水的影響較明顯，局部地段伴有明顯的頂板滴水、淋水，伴有頂板離層現象，對礦井正常采掘進度、支護條件、施工安全造成了一定困難。探究礦井2上、2下煤層上覆K8砂巖裂隙水的賦存規律及開采期間的防治技術，促進礦井安全生產、改善礦井生產條件、提高生產效率，是礦井地質災害防治工作的重要任務。

1 地質及水文地質概況

裕豐礦井田總體為軸向北北東，兩翼傾角較陡的背向斜構造;地層傾角一般2-30°，構造發育地段地層傾角高達60°。井田內褶曲、斷層較為發育，發育有陷落柱。井田內主要含煤地層為二疊系下統山西組和石炭系上統太原組，山西組含煤4-6層，其中2上、2下為井田內全區穩定可采大部可采煤層。2上、2下煤層開采期間的主要充水因素有地表水、構造對礦井充水的影響及煤層上覆K8砂巖裂隙含水層。煤層上覆K8砂巖裂隙含水層是2上、2下煤層開采期間的直接、主要充水水源，會造成開采期間局部地段涌水量增大，對2上、2下煤層開采有一定影響。

2 二疊系煤層上覆砂巖裂隙含水層水賦存規律探究

裕豐礦三采區開拓大巷位臨S1向斜西北側施工，一、二采區位于該向斜兩側。一采區總體為一單斜構造，西北邊緣與S2向斜斜交，一采區2014年開采至今，現回采工作面為一采區最后一個工作面，位于一采區單斜中上部地段。二采區總體為背斜（S3）構造，背斜西北一翼發育有次一級向斜構造，二采區2016年開采至今。

2.1 構造與煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水賦存規律的關系

一采區設計三個區段，自下而上分別為區段一、區段二、區段三。首采面位于采區區段一，工作面開采期間涌水量3-12m3/h（不含疏放老空水量）。采區內工作面開采期間自下而上涌水量呈明顯遞減趨勢，至最上部工作面，開采期間涌水量1-4m3/h（不含疏放老空水量）。區段一首采工作面開采時設置有K8砂巖裂隙水疏放孔，鉆孔單孔疏放水量達5m3/h，至工作面回采結束，最后一個鉆孔單孔涌水量0.3m3/h。采區開采期間，區段一內工作面遇向斜、背斜、斷層、陷落柱時，均有明顯的滴、淋水現象，而區段二、區段三內工作面遇向斜、背斜、斷層、陷落柱時，滴、淋水現象明顯減少，大部分情況下沒有滴水現象。通過分析總體構造形態及開采期間的水文地質工作，可見向斜構造發育地段K8砂巖裂隙水賦存量相對較大，斷層、陷落柱附近的裂隙帶對K8砂巖裂隙水有明顯的疏放作用。

2.2 地層形態與煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水賦存規律的關系

工作面回采后的采空區內老空水補給水源主要為K8砂巖裂隙水。一采區工作面內均有開展探放老空水工作。區段一疏放老空水量累計約81000m3;區段二疏放水量累計約2400m3，現預計區段內有6600m3積水;區段三疏放老空水量僅約400m3，現預計區段內無積水。通過結合地質條件綜合分析，K8砂巖裂隙水受地層形態影響，有高處向低處的同層水量補給關系，向斜兩翼尤為明顯。

2.3 層厚與煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水賦存規律的關系

二采區設計有三個區段，自東向西分別為區段一、區段二、區段三。區段三為采區標高最低處。區段三南部施工的K8砂巖裂隙水疏放鉆孔單孔涌水量最高達3m3/h，疏放三個月后基本停止出水，累計疏放水量約4300m3。S2向斜處的K8砂巖裂隙水疏放鉆孔單孔涌水量最高達4.53m3/h，至回采時涌水量0.2m3/h，水量較大分析與構造形態有關。區段一南側的K8砂巖層厚達10m，為一、二采區K8砂巖層厚最大地段，通過綜合分析區段一南部的水文地質資料，對比一采區的觀測資料，可見K8砂巖裂隙水的賦存量與層厚存在關系。同等地質條件下，K8砂巖層厚越大，K8砂巖裂隙水賦存量越大。

2.4 采掘活動與煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水賦存規律的關系

部分巷道掘進期間的頂板滴、淋水現象時常與掘進施工保持著“追趕姿勢”。地質條件相似的地段，在迎頭向后的一定距離內，始終伴有頂板滴、淋水現象，嚴重影響施工安全及效率。在構造發育地段，頂板的滴、淋水現象尤為明顯，且局部伴有明顯的頂板離層及礦壓顯現現象。2上煤層已回采的地段，2下煤層采掘期間，頂板滴、淋水量要相對于上層煤未采地段的涌水量明顯較小。通過綜合分析采掘期間的水文地質觀測資料，可見采掘活動對K8砂巖裂隙含水層水起到一定的疏放作用，同時，K8砂巖裂隙含水層水的下滲對薄層泥巖發育地段的煤層頂板有著明顯的軟化、離層作用，影響巷道的支護強度。

2.5 其他關系因素

煤層上覆K8砂巖裂隙含水層水賦存規律還與地表水的補給條件、上層含水層的補給條件、含水層的地表出露條件等有一定關系。

3 煤層上覆砂巖裂隙含水層防治技術探究

礦井生產期間，對煤層上覆砂巖裂隙含水層水的賦存規律進行了驗證，采用鉆探、物探以及采掘工程等對裂隙水的防治技術進行了大量的探索，在物探富水異常區、褶曲等地段效果顯著，防治技術手段概括如下：

①礦井在采掘前以及采掘過程中，應通過鉆探、物探手段查明煤層上覆K8砂巖裂隙含水層富水情況，結合地質資料綜合分析各個采掘地段煤層上覆K8砂巖裂隙水的賦存條件，必要時采取鉆探手段提前對煤層上覆K8砂巖裂隙水施工穿層鉆孔進行疏放，并留有足夠的超前疏放時間。構造發育地段、淋水較大地段，同時應加強支護及頂板觀測、管理工作，確保人員及施工安全;

②礦井應扎實開展隱蔽致災地質因素普查工作。根據煤層上覆K8砂巖裂隙含水層富水情況，結合地質條件，地測部門及時提出地質、水害各類預報，對頂板裂隙水可能造成的安全問題及時提出問題及建議。

綜上所述，對于老生常談的煤層上覆砂巖裂隙含水層水富水不均勻、影響生產等問題，我們應該結合采掘工程、礦井地質、水文地質條件綜合分析，加強探查，查清影響施工安全、施工效率的裂隙水問題，積極采用鉆探等技術手段超前疏放煤層上覆裂隙含水層水，著手于保證施工安全、提高工作效率、改善支護條件等而不斷探索研究，確保水害治理完全，礦井安全、高效生產。

參考文獻：

[1]山西保利裕豐煤業有限公司兼并重組整合礦井地質報告[R].山西保利裕豐煤業有限公司，2011（1）.

作者簡介：

陳少東（1991- ），男，陜西渭南人，本科，研究方向：地質工程。