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1、- 1 -煤炭学术学会交流论文同华煤矿三采区水文地质特征及充水因素分析重庆松藻煤电有限责任公司同华煤矿李 明二一一年六月- 2 -同华煤矿三采区水文地质特征及充水因素分析同华煤矿地测科 李明摘 要 通过对同华煤矿三采区水文地质条件，主要含水层的富水特征，地下水文动态及含水层间的水力联系等因素，对三采区岩溶、裂隙的发育规律及矿井充水因素进行全面的分析与论证，认为现矿井中、浅部开采，以二叠系龙潭组 K1煤层底板茅口组岩溶充水为主，顶部长兴组灰岩水为次要。并对三采区涌水量进行了预算: 预计正常涌水量 6804.72m3/d（283.53m 3/h） ，最大涌水量46787.28m3/d（1949.4
2、7m 3/h） ，认为计算的涌水量是可靠的，对今后随着采掘深度不断延深，下伏茅口组灰岩水与上部长兴组灰岩水将成为矿井主要充水因素，这对有效防治矿井透水，消除或降低淹井事故的发生，具有重要的现实意义，为矿开采水害防治提供了参考资料和决策依据。关键词 同华煤矿三采区；水文地质条件；含水层；充水因素；涌水量预算概 述 同华煤矿位于綦江县主城区南东 155方向，直距城区 40Km，行政区划属綦江县安稳镇所辖，地理坐标为东经 1064439 1064824之间，北纬 283716284031之间，矿区南北走向长约 5.68km，倾斜平均宽2.248km，矿区面积 12.7332Km2。1 水文地质条件1
3、.1 水文地质概况本区内地势，东南高而西北低，与向斜的单翼构造基本一致，但由于受观音河、后溪河、三岔河等顺向和横向河谷的强烈切割，地貌上呈现侵蚀构造的小型河间地块，地表起伏较大，高低差达 500m 以上，地表迳流畅通。由于本区沟谷切割显著，气候潮湿，雨量丰富，地下水主要靠地表降雨补给。本区内含水岩层，主要为喀斯特化的石灰岩，煤组地层下伏的茅口组石灰岩，煤组地层上覆的长兴灰岩、玉龙山灰岩、嘉陵江灰岩。这些灰岩均裸露地表，受水面积占井田面积 76%以上，补给广泛，加之观音河、后溪河均横穿过各含水层和煤系，地表水与地下水发生了水力联系，而煤系地层大部份埋藏在地下水位之下，因此本区水文地质条件复杂。-
4、 3 -1.2 主要含水层与隔水层根据同华煤矿三采区水文地质条件，结合矿井生产资料，现三采区充水水源以K1煤层底板茅口灰岩岩溶水为主，采区涌水量 160.5m3/h，最大涌水量1588.57m3/h，随着三采区向深部开采，矿压、水压逐步增高，上覆长兴灰组灰岩水也是采区充水因素主要之一。本区上覆第四纪沉积物较少，分布也较零散，厚度一般为 35m 左右。发育较好的为河谷、嘉陵江溶蚀凹地和煤组槽地中，个别厚度可达 10 余米。根据沉积条件、岩性、水力特征、含水层、隔水层的组合关系，结合对主要可采煤层的影响，按沉积顺序矿区自上而下可归并为五个含水层和三个隔水层，它们是向矿井直接或间接充水的水源，是确定
5、煤层顶、底板水文地质类型的依据。现将主要含、隔水层分述如下：1.2.1 含水层1）三叠系下统嘉陵江组四段（T 1j4）,厚 455.25481.06m，平均厚 467.58m。下部厚 192.68m，为灰深灰色厚至中厚层状石灰岩，夹泥质条带，岩溶发育，泉水较多，流量不大，含水性中等；上部厚约 274.90m，主要为灰灰白色白云质灰岩、白云岩、石灰岩组成，并夹有 20 余米厚盐溶角砾状灰岩。岩溶裂隙发育，形态各异，泉水流量大，最大达 280.16 m3/s 含水性强。2）三叠系下统嘉陵江组一、二段（T 1j1+2）,厚 115.01-136.80m，平均厚127.22m 为厚中厚层状石灰岩，岩溶
6、发育，并有暗河，如梨园坝井田的梨园坝至穿洞暗河长达 1500 余米就发育在此段，含水性强。3）三叠系下统玉龙山组（T 1y）：厚 122.23144.30m，平均 133.24 m。根据岩性和含水性可分为三段：一段为灰色钙质泥岩夹泥质灰岩，泉水少见，为隔水层。二、三段为厚中厚层状石灰岩或泥质石灰岩，裂隙发育，地表时有泉水出露，含水性中等。4）二叠系上统长兴组（P 3c）：厚 46.9359.75m，平均 49.94 m，为灰色、深灰色厚中厚层状石灰岩，一般水位标高 354.6605.5m，出露面积 1.6km2。卡斯特发育，长兴石灰岩二层更为发育，常形成垅状卡斯特地形。泉水多沿河谷两侧出露，西
7、侧较多，观音河旁 49#泉最大流量达 31.13 m3/s，316 号孔抽水试验的观测表明已与后溪河畔的 119#泉发生水力联系，抽水时单位涌水量为 0.0702m3/s。观音河谷116 号专门抽水钻孔中，曾在井深 90.3390.51m 处，遇一 0.18m 的溶蚀裂隙，低于- 4 -当地河面 85.3m(标高 269.7m)，抽水时对岸的 49#泉已被疏干。217 号孔距河约190m，抽水试验时，单位涌水量为 0.0814m3/s, 49#泉也受到一定影响，与河水也有一定联系。含水性强。5）二叠系中统栖霞组和茅口组(P 2q+m)：厚 364380m，平均厚 374m,为厚层状石灰岩、泥质
8、灰岩、白云质灰岩组成；绵亘于全矿区，组成矿区东面的主要山脉。茅口组石灰岩岩溶发育，各种形态的岩溶类型均有出现，如长达 8000 多 m 的暗河（梨园坝井田） ，景色绮丽的溶洞（仙洞河溶洞） ，星罗棋布的漏斗、落水洞等。泉水多出露于河谷两岸，数量虽较少但流量大，成为地下水的集中排泄区。单位涌水量为 0.00019560.0000000413m 3/s。水质大多数为重碳酸盐钙型水，反映出地下水迳流条件好，是区内主要强含水层。大气降雨可通过岩溶裂隙渗入地下，构成煤系底板含水层，威胁着矿井安全。1.2.2 隔水层1)三叠系下统嘉陵江组三段（T 1j3） ，厚 36.2740.81m 平均厚 38.89
9、m。为薄层状紫红色钙质泥岩，裂隙不发育，无泉水出露，属隔水层。2)三叠系下统飞仙关组（T 1f）：厚 161.03204.73m，平均 178.44 m。为紫红色钙质泥岩和黄绿色泥岩，浅部具风化裂隙水，流量小，深部不含水，为隔水层。3)二叠系上统龙潭组（P 3l）：厚 84.9697.83m,平均 89.85 m，以灰黑色泥岩、砂质泥岩为主，夹粉砂岩及泥质石灰岩，含可采、局部可采煤层 810 层，顶部夹二至三层石灰岩，总厚度约 12m 左右。龙潭组呈带状分布于背斜两翼，受侵蚀剥蚀作用形成槽谷地貌。浅部有少量风化裂隙水及老窑水流出，流量均小于 1 m3/S，深部含水性极弱，可视为相对隔水层。对长
10、兴石灰岩与茅口灰岩能起隔水作用。2 矿井充水因素2.1 矿井充水因素分析根据区内水文地质条件，并考岩溶裂隙育情况和地下水赋存及运动特征，矿井充水因素主要受充水水源和充水通道所控制。2.1.1 充水水源1）大气降雨从矿井涌水量相关曲线图可以看出，涌水量曲线总是与降水量曲线相一致，时间一般滞后 23 天。这一规律在侵蚀基准面以上的地下水垂直循环带中表现得尤为明显，如 2001 年 6 月降水量为 190.4mm,当月矿井最大涌水量达 374.61m3/h、而最小- 5 -涌水量为 121.58m3/h；再如 2007 年 6 月降水量为 157.9mm，当月矿井涌水量最大达669.08m3/h、最
11、小涌水量为 210.32m3/h。矿井最大涌水量一般发生在每年的 58 月、而最小涌水量则出现在每年的 9 月次年的 2 月，如在 2007 年同华煤矿最大涌水量669.08m3/h 发生在 6 月、而出现在 9 月的最小涌水量只有 78.16m3/h，减少590.92m3/h。据多年最大与平均涌水量比较，相差在 1.22.1 倍，明显地表现出矿井涌水量大小受着降水量制约。大气降水为矿井主要充水水源之一。2）地表水区内地表水体主要为三岔河、观音溪河，上述河流均横切对矿井充水有直接影响的含水层，为河水通过含水层进入矿井创造了条件。各河床均按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程留设足
12、够的防水煤柱，可有效防止河水沿塌陷裂隙进入矿坑，成为矿井充水水源。现已发现观音河河床及水岸茅口石灰岩岩溶裂隙发育，部分岩溶裂隙管道已与三区巷道中揭露的岩溶裂隙连通，并发生了水力联系，河水通过岩溶裂隙管道，经巷道中突水点涌入巷道，如对河流北岸 P1号岩溶点在 2007 年 3 月 15 日 15 时投放锯木粉 150Kg，经 2:50 后，于 2007 年 3 月 15 日 17:50 观测到锯木粉由+352m 水平巷道 T2号突水点流出，证明两处连通，两点相距约 280m，流速达 1.64m/s；再如 2007年 3 月 3 日，在轨道下山 T5号突水点涌水后，发有乳白色磨石浆涌出，分析磨石浆
13、源于观音河北岸公路边的大理石厂磨制大理石片造成的磨浆液排入观音河，再经 P2号岩溶裂隙渗入地下经岩溶管道流入巷道 T5突水点涌出，此现象历时近 2 个月，证明观音河河水与矿井巷道突水有水力联系，并接受河水的补给。观音河 P1漏水点上、下游河水漏失观测到其漏失量为 28.82184.88 m3/h，在此期间矿井巷道 T3突水点涌水量大时达到 239 m3/h（2007 年 6 月 6 日） 、260 m3/h（2007 年 6 月 18 日） ，其量远大于河水漏失补给量（184.88 m3/h） ，该点漏失的水量不可能是全部进入了矿井，应可能还有其它出路。多的水量来自何处，除去观测工作可能产生的
14、误差，可以认定还有一些我们没有找到的补给水源，这一水源极可能是另一种岩溶裂隙充水管道，这一点必须引起重视，观音河水的漏失补给，只能是矿井充水的一部分(见插图 1)。- 6 -插图 1 河流漏失补给矿井示意图 +3520718N观音桥河 T4P23）地下水 K3b煤层顶板水：长兴组石灰岩下距 K3b煤层 26.2954.79m，平均 44.9m，由上述 1.1.2 节介绍为强含水层 ，其间以砂质泥岩、石灰岩、砂岩等坚硬岩石为主，理论计算 K3b煤层开采后最大导水裂隙带高度为 47.31m，已达长兴石灰岩含水层。长兴石灰岩岩溶、裂隙水成为采空区主要充水水源。 K1煤层底板水：煤层底板含水层主要为茅
15、口组灰岩水，岩溶含水层充水性为主的三类二型，口灰岩与 K1煤层间仅有 0.43.0m 的铝土泥岩相隔，含水层厚度大，出露面积广，地表岩溶发育，层内喀斯特极为发育，溶洞、溶道、漏斗在标高 400至 600m 间较发育。泉水沿沟谷两侧发育，泉水面与河水面极为接近，有的与河水相通。在最低侵蚀面标高 305m 附近有溶蚀裂隙，溶孔等发育。为主要充水水源之一。2.1.2 充水通道1）顶板充水通道K3b煤层开采后，由导水裂隙带把强含水层长兴灰岩水导入采空区，通过石门流入井巷。2）底板充水通道区内茅口灰岩岩溶、裂隙非常发育，出露面积广，现已发观音河河床及水岸茅- 7 -口石灰部分岩溶裂隙管道已与三采区巷道中
16、揭露的岩溶裂隙连通，并发生了水力联系，河水通过岩溶裂隙管道，经巷道中突水点涌入巷道。2008 年 9 月至 2008 年 11月煤炭科学研究总院重庆研究院对同华煤矿三区进行了综合物探，并提交了物探报告。该报告共完成物探工作量：高密度电法测线长 13740m，美国地质雷达测线长5705m，国产地质雷达测剖面 58 个。探测结果：有 5 条北东南西向的岩溶通道，分别是： 第 1 条深部岩溶裂隙主要通道是+352 渗水点 T1、+270 总回风斜巷 7#出水点及+270 水平 4#出水点。 第 2 条起点由+352 水平与观音河交叉点东界向东 525m，经过+270 总回风斜巷下山边坡点下 200215m 处岩溶发育区直到+270 水平由北向南 295 330m 岩溶发育段为第 2 条岩溶水主要通道。 第 3 条浅部岩溶裂隙次要通道起点自观音河 P3 号渗漏点向西南经
