陈晓枫

摘 要：奥陶系含水层由于范围广、富水性较强，长期以来一直是煤矿生产的重要地层。以山西临县庞庞塔井田为例，本区奥灰含水层富水性中等，奥灰水位普遍高于主要可采煤层底板标高，底板突水已成为矿井水害防治的重点。因此，从大气降水、地表水、地下水和老空水等充水水源，以及断层、陷落柱和顶底板采动破坏等方面分析了矿井充水条件，这对煤层开压、开采具有比较重要的指导意义。

关键词：富水性；充水条件；充水水源；底板扰动破坏

中图分类号：TD745 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.126

庞庞塔煤矿位于山西省临县县城以东城庄镇程家塔村—木瓜坪乡杨家崖村—玉坪乡永丰村一带，地处吕梁山脉中段西部的中低山丘陵区，为典型的梁峁状黄土丘陵地貌，地形切割剧烈，沟谷多呈“V”字形，植被稀少，水土流失严重，地势为东高西低。

柳林岩溶水系统位处晋西南吕梁复背斜的西翼，即吕梁山中段的西部，其东部为中高山和中山地形，一般海拔为1 200～1 500 m，地形陡峭，沟谷发育，沟谷深切，基岩裸露；西部为低山丘陵地形，塬、梁、峁和沟壑密布，黄土丘陵延绵起伏，地形复杂，大部被黄土覆盖，局部基岩裸露；中部为山间盆地（河谷），一般海拔为800～1 000 m，地势较为平坦，起伏不大，发育有河床、河漫滩和不对称阶地。纵观全区，地势东高西低，南北高、中部低，由北、东和南三面向三川河谷倾斜。勘查区位于柳林泉域排泄区东北部的岩溶水径流—滞留区。

依据区内地层发育状况及其水文地质特征，可将研究区地下水含水层划分为奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水岩组，石炭系上统太原组石灰岩岩溶裂隙含水岩组，二叠系下统山西组砂岩裂隙含水岩组，二叠系石盒子组砂岩裂隙含水岩组，二叠系石千峰组和三叠系砂岩裂隙含水层组，第三、四系砂砾石孔隙含水岩组。据区内水文孔抽水实验分析：上马家沟组富水性中等；峰峰组富水性不均匀，大体为从弱到强；太原组为弱富水性；山西组为中等富水性；上、下石盒子组由于含水层埋藏深，裂隙不发育，富水性较弱；第三、四系砂砾石含水岩组富水性大部分为中等，部分较弱。

1 主要水源

矿井充水水源主要有大气降水、地表水、老空水和地下水。

1.1 大气降水和地表水

本区无常年性河流，仅仅在雨季沟谷内有流水。在煤层埋藏浅部地段，第四系孔隙水会下渗进入矿井，使矿井涌水量增大。井田东部是煤层埋藏最浅地段，由于已形成大面积的采空区，地表水极易进入旧采空区，进而沟通巷道。尤其在雨季的沟通可能性更高。由此可见，大气降水和地表水是矿井充水水源之一。

1.2 老空积水

井田的地质构造形态为一向西倾斜的单斜构造，预测在井田东侧煤层露头带或浅埋区可能分布有众多历史遗留的老窑和小煤窑。在煤层开采过程中，历史遗留的老窑水可能通过巷道进入采区，因此，老空积水是矿井充水水源之一，开采中需进一步开展老窑水的调查。

1.3 地下水充水水源

1.3.1 上组煤（5#）充水水源

上组煤顶板直接充水水源主要来自P1s地层砂岩和P1x地层K4砂岩水，间接充水水源主要来自P1x地层K5和P2s地层K6，K7砂岩水，含水层裂隙不发育，富水性弱。上组煤底板直接充水水源主要来自P1s地层K3砂岩水，裂隙不发育，弱含水层；上组煤底板间接充水水源主要来自C3t几层灰岩（L1～L5）含水层地下水。据抽水试验，承压水头较高，但单位涌水量只有个别>0.1 L/s·m，富水性弱-中等，矿井容易将水疏干。

1.3.2 下组煤（9#）充水水源

下组煤顶板直接充水水源主要来自C3t几层灰岩（L1～L5）含水层地下水，富水性弱-中等；下组煤底板间接充水水源主要来自中奥陶统O2f和O2s岩溶含水层地下水，构成了井田内富水性最强的含水结构体，且承压水头很高，除井田东部边界以西的局部地段不带压外，井田其他大部为带压开采。奥灰岩溶裂隙含水层作为区域强含水层，却在构造发育部位有导水构造沟通的情况下，矿井开采会受到岩溶水的严重威胁。

2 矿井充水通道

矿井充水通道主要有断层、陷落柱、顶板采动冒落带、底板采动破坏和封堵不良钻孔等。

2.1 断层、陷落柱

本区构造总体上为一向西缓倾斜的单斜构造，井田内落差<10 m的断层较发育，陷落柱现揭露4个。在这些构造发育地段，底板采动裂隙构造裂隙与小断层叠加复合为突水通道。陷落柱周边围岩因柱体垮塌出现产状倾斜和牵引裂隙，即底板水涌出通道。根据现采掘资料，5号煤掘进和煤层附近巷道顶板水泄出通道为裂隙密集带和小断层。

2.2 顶板采动冒落带

根据《煤矿防治水》中引用的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》《矿区水文地质工程地质勘探规范》中的煤层顶板冒落带、导水裂缝带高度计算公式，9号煤层导水裂隙带的最大高度为140 m，大于5与9号煤层间的间距51 m。下组煤回采后，导水裂缝带会达到上部采空区，上部的采空积水通过垮落裂缝带涌入工作面。采空区积水量对下伏煤层开采造成了严重的影响。如果对上部采空积水疏放不及时，将发生淹工作面甚至淹采区的严重后果。5号煤层导水裂隙带的最大高度为85 m，沟通了山西组和下石盒子组的砂岩裂隙含水层。在煤层浅埋区，煤层底板标高最高为+1 150 m，对应的地面标高在+1 210 m以上，导水裂隙带存在导通浅层地表水的可能。同时，5号煤层底板较高处位于井田东旧采空分布区和东北部煤层露头区，应防止地表水与小窑水沟通，进而进入井田引发灌井事件。

2.3 底板采动破坏

在煤层未开采前，水岩处于一定的力学平衡状态，一旦矿体在充分采动后，在隔水层上会形成临空边界，并产生应力释放。在矿压和水压的作用下，隔水底板岩层必然会受到不同程度的破坏，形成新的破裂面或使原有的闭合裂隙活化。一旦这种破裂面或裂隙沟通底板承压含水层水时，必然导致底板下承压水涌入矿井。这种因巷道掘进或矿床开发扰动而使底板隔水层发生的形变，进而成为导水通道的过程称为底板破坏式导水通道。