【文章內(nèi)容簡介】 石盒子組本組在井田東緣一帶出露，由長石石英砂巖、石英砂巖組成，其中K4砂巖較穩(wěn)定， 砂巖裂隙較發(fā)育，但由于開啟性差，且多被方解石脈充填，受補(bǔ)給條件限制,井田內(nèi)富水性弱，井田外北部343號孔本組抽水試驗(yàn)，單位涌水量 ／sm，／d，／L， 為較軟的微咸水，水質(zhì)類型為HCO3Cl—Na型。②上石盒子組 本組在井田內(nèi)溝谷中廣泛出露，含水層有數(shù)層砂巖，巖性以中、粗粒砂巖為主，砂巖厚度大，分布穩(wěn)定，淺部構(gòu)造裂隙、 風(fēng)化裂隙發(fā)育，并以構(gòu)造裂隙為主，向深部裂隙發(fā)育程度逐漸減弱，鉆孔鉆進(jìn)至本組普遍涌水或漏水，說明本組富水性稍強(qiáng)。本組在淺部接受大氣降水補(bǔ)給，形成無壓潛水或上層滯水，形成眾多小流量泉水，由于基巖補(bǔ)給性能差，貯水系數(shù)小，雖然泉數(shù)量多，／s，133號孔上、下石盒子組放水試驗(yàn)，m，水位標(biāo)高+。井田外北部356號孔本組抽水試驗(yàn)，／s m, ／d。／L，水質(zhì)類型為ClHCO3—Na型。 四．第四系松散孔隙潛水含水層第四系松散孔隙含水層主要受大氣降水、河流補(bǔ)給，分布于溝谷河流兩側(cè)及山麓地段。富水性好，第四系全新統(tǒng)成條帶狀分布于黃河河谷。井田外黃河河谷寬約200m，為近代河流沖積層，砂礫石層的厚度一般小于10m，易于接受大氣降水和河流入滲補(bǔ)給，形成強(qiáng)富水潛水含水層，水質(zhì)類型為HCO3SO4—NaCa型，／L，水質(zhì)良好。但易受污染，對煤礦生產(chǎn)不構(gòu)成威脅。 井田內(nèi)主要隔水層 隔水層帶主要是依靠其本身的厚度和強(qiáng)度在地應(yīng)力的幫助下有效地阻抗承壓水的突出。只有在隔水層帶具有一定的厚度時，才有可能使裂縫不貫通。這樣在地應(yīng)力的幫助下能阻止承壓水的上升。隔水層強(qiáng)度主要起到防止由于強(qiáng)大的礦壓和水壓聯(lián)合發(fā)生作用時對對底板剪切破壞。由于巖石的抗張強(qiáng)度較小，所以只有在地應(yīng)力的作用下，才能有效地阻止承壓水對裂縫的擴(kuò)展和延伸。地應(yīng)力越大對阻止底板突水越有利。隔水層的阻抗水能力取決于它的厚度、強(qiáng)度及巖性組合情況。⑴ 隔水層的厚度，可延長承壓水對裂隙侵蝕擴(kuò)展的時間。多數(shù)突水是發(fā)生在開采的控頂區(qū)，除了直接揭露含水體（充水?dāng)鄬?、充水陷落柱等）發(fā)生爆發(fā)式突水外，多數(shù)緩沖式突水都有一發(fā)展過程。若能延長裂隙擴(kuò)展時間，在導(dǎo)水裂隙還未到達(dá)控頂區(qū)時，工作面已向前推進(jìn)，原控頂區(qū)已垮落壓實(shí)，從而有可能降低突水發(fā)生的機(jī)率。當(dāng)然，厚度大還將不斷消耗承壓水用以不斷克服巖體的抗張強(qiáng)度和途徑阻力以及擴(kuò)展裂隙的水頭。即使在導(dǎo)水破壞帶，雖然失去部分阻水能力，但其厚度還可起到抗變形破壞的作用。⑵ 隔水層的強(qiáng)度，可阻抗承壓水壓裂巖層和沿裂隙擴(kuò)展延伸．若水壓小于巖體抗拉強(qiáng)度。則承壓水不具備壓裂巖體的條件，即使水壓大于巖體抗拉強(qiáng)度，但又小于最小主應(yīng)力與巖體抗拉強(qiáng)度之和，那么巖體在其本身的抗拉強(qiáng)度和地應(yīng)力的作用下仍能阻抗壓裂的產(chǎn)生。⑶ 隔水層的組合不同，則其整體的阻水能力也不同。組合層數(shù)越多，則各種界面越多，由于界面兩側(cè)巖體的性質(zhì)不同，承壓水不可能順利地沿初次張裂裂隙一直向前延展，必然造成擴(kuò)展方向和途徑復(fù)雜多變，并可能到處受阻，甚至中斷，從而不能直接到達(dá)采場。一般說來，若底板隔水層強(qiáng)度高，厚度大裂隙少或較完整，突水機(jī)率就小，反之突水機(jī)率就大。底板隔水強(qiáng)度不夠而突水時，采面底膨、突水點(diǎn)分散。若底板隔水層為一完整巖層即使厚度不大，也有很高的阻抗強(qiáng)度。目前隔水層的阻抗強(qiáng)度多以其厚度表示（或換算成等值厚度）。但是底板隔水層內(nèi)往往不是完整的巖層，而分布有大大小小的斷層或裂隙，由于它們的存在不僅大大降低隔水層的強(qiáng)度，還為承壓水提供了存儲的空間和過水通道，使得承壓水在煤層開采前就早己上升到底板隔水層的不同高度，而減少了隔水層的厚度，從而降低了巖層對承壓水的阻抗和抑制作用。 上組煤隔水層 ⑴ 上組煤頂板隔水層 上組煤頂板多為砂質(zhì)泥巖或粉砂巖，致密，較完整，局部裂隙發(fā)育。砂巖以石英、長石為主，孔隙式膠結(jié)，屬半堅硬類巖石。4煤層頂至K4砂巖底之間層距的隔水層統(tǒng)計如下： 上組煤頂板隔水層巖性分類統(tǒng)計表 表22孔號砂質(zhì)泥巖泥巖粉砂巖累計厚度Ms1Ms2Ms3Ms4Ms5Ms6Ms7Ms8生產(chǎn)過程已揭露的4煤頂板水充水因素已經(jīng)明確。從礦井防治水實(shí)際需要出發(fā)，雙柳煤礦4煤頂板砂巖層系（山西組、下石盒子組）冒裂帶范圍的隔水層組的賦存條件較為清楚。⑵ 上組煤底板隔水層4煤底板至L5或L4灰?guī)r之間巖層稱作結(jié)構(gòu)性隔水層組，為泥巖砂巖互層。隔水層組厚度25~30m，泥巖類比例超過50%，泥巖為不透水巖層但強(qiáng)度較低，遇水碎裂膨脹，據(jù)測試資料，砂質(zhì)泥巖單向抗壓強(qiáng)度為33MPa。其間砂巖為弱透水巖層，但強(qiáng)度較高。據(jù)上組煤底板隔水層巖性及其組合結(jié)構(gòu)分析，泥質(zhì)巖層為不透水的隔水層，粉砂巖為基本不透水的隔水巖層，巖性較致密，巖體較完整，其地層結(jié)構(gòu)為泥質(zhì)巖與砂巖呈相互疊置的地層組合結(jié)構(gòu)，由于泥質(zhì)巖類所占比重較大，這種結(jié)構(gòu)不利于砂巖垂直裂隙的發(fā)育。因此，在無地質(zhì)構(gòu)造影響情況下，其隔水性能對阻止太灰含水層水進(jìn)入礦井是非常有利的。上組煤底板至太灰頂板隔水層統(tǒng)計結(jié)果見表23。 上組煤底板隔水層巖性分類統(tǒng)計表 表23孔號砂質(zhì)泥巖泥巖砂巖累計厚度Ms1Ms224Ms3Ms4Ms5Ms6Ms7Ms8～。各隔水層厚度依次為：～，；～，；鋁（炭）～，；～。下組煤底板至奧灰頂板隔水層巖性分類統(tǒng)計結(jié)果見表24。 下組煤底板至奧灰頂板隔水層巖性統(tǒng)計一覽表 表24孔號巖石名稱與厚度（m）砂質(zhì)泥巖泥巖鋁（炭）質(zhì)泥巖砂巖累計厚度Ms1Ms4Ms613377368367據(jù)下組煤底板至奧灰頂界面隔水層巖性及巖性組合分析，砂質(zhì)泥巖、泥巖、鋁質(zhì)泥巖隔水性能很強(qiáng)，但強(qiáng)度低，砂巖為弱透水層，但強(qiáng)度高，此段地層結(jié)構(gòu)為以泥巖為主的軟、硬地層呈相互疊置的組合結(jié)構(gòu)，因此不利于砂巖垂直裂隙的發(fā)育延伸，破壞后導(dǎo)水性很弱，對下組煤的開采是相當(dāng)有利的。奧灰峰峰組根據(jù)巖性由上至下可分兩段，上段（O2f2）稱為峰峰組二段，下段（O2f2）為峰峰組一段。鉆探巖芯顯示，峰峰組二段巖性為灰色、深灰色灰?guī)r，隱晶質(zhì)泥晶（微晶）結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖石致密、堅硬，礦物成分以方解石為主，次為白云石，微含泥質(zhì)。中夾深灰色薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r，裂隙不甚發(fā)育，且多見方解石所充填。水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探MsMs。鉆探巖芯顯示，該組巖溶裂隙不發(fā)育，且多被方解石所充填，溶孔稀少，反映了巖石裂隙連通性不好，地下水補(bǔ)給條件及徑流條件差、水質(zhì)也明顯變差的特征。據(jù)簡易水文地質(zhì)觀測，峰峰組鉆井液未出現(xiàn)明顯消耗。據(jù)抽水試驗(yàn)，Ms4孔和Ms6孔，自然水位標(biāo)高分別為++，m。水質(zhì)類型分別為HCO3－Na型和ClSO4－NaCa型。據(jù)148隊雙柳補(bǔ)充地質(zhì)報告，“奧陶系上部古風(fēng)化殼的發(fā)育使得頂部含水層石灰?guī)r中多充填有黃鐵礦、鋁質(zhì)泥巖和泥巖，從而大大影響了其富水性?？傮w來看，本組富水性弱”。按照《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》規(guī)定，“m的巖層視為隔水層”，將峰峰組二段即奧灰頂部30米范圍劃為相對隔水層。2 礦井水文地質(zhì)條件及其水害類型 水文地質(zhì)條件分析 區(qū)域水文地質(zhì)雙柳井田位于黃河?xùn)|岸，屬呂梁山系，為典型的黃土高原地貌，地勢東、北高，西、南低，地表水系不發(fā)育，溝谷兩岸切割地層，形成黃土、基巖侵蝕中等山地地形。井田內(nèi)無較大河流，只有數(shù)條季節(jié)性小河從東向西流入黃河，每年7~9月河水流量占全年50%~70%，枯水期流量很小，甚至干枯。黃河從井田西緣自北向南流過，河床標(biāo)高+610~+650m。據(jù)吳堡水文站19521977年資料，最大流量19500 m3/s 。本區(qū)水文地質(zhì)單元隸屬于柳林泉域。柳林泉位于柳林縣城東3km處，出露層位為奧陶系峰峰組。在泉水排泄區(qū)，大小泉點(diǎn)上百個，以泉群散流形式出露在三川河谷的南北兩岸，，出露標(biāo)高為794～803m。柳林泉域邊界的地質(zhì)及水文地質(zhì)較為簡單，北部、東部及南部均為碳酸鹽巖地層或變質(zhì)巖的分水嶺做為泉域邊界；西部為碳酸鹽巖地層與石炭、二疊系地層接觸帶。北部邊界：以嵐縣普明河、臨縣湫水河與三川河分水嶺為界，即由西向東起自臨縣白文鎮(zhèn)鐵爐溝杏花村，經(jīng)方山縣開府鄉(xiāng)下代坡村兩溝村神堂溝村。東部邊界：為三川河流域與汾河流域地表分水嶺。南部邊界：以三川河的南川河分水嶺上頂山主峰為界，西起中陽縣暖泉鄉(xiāng)劉家莊村，經(jīng)劉家坪鄉(xiāng)鳳尾至王山底村。西部邊界：考慮到柳林單斜巖層向西傾斜，因此將奧陶系頂板埋深300m（或者頂板標(biāo)高在480~570m）做為柳林泉域的西邊界。區(qū)域地下水主要以承壓水含水層為主，含水層在山間溝谷地帶接受大氣降雨的補(bǔ)給，其中二迭系上統(tǒng)砂巖含水層在區(qū)域內(nèi)廣泛出露，寒武—奧陶系可溶巖裸露區(qū)分布于泉域的東部和北部，在山區(qū)成片出露，黃土丘陵區(qū)只在溝谷零星分布，太原組灰?guī)r在區(qū)域北部溝谷中零星出露。在出露區(qū)直接接受大氣降雨的直接補(bǔ)給。區(qū)域內(nèi)石炭、二疊、三疊系含水層富水性較弱，奧陶系巖溶含水層富水性較強(qiáng)，其地下水在巖層露頭接受補(bǔ)給后，分別由北、東、南等方向排向柳林泉，構(gòu)成一個完整的水文地質(zhì)單元—柳林泉域。另外，小范圍分布的老地層和溝谷中的第四系沖積層，構(gòu)成各自的裂隙和孔隙潛水系統(tǒng)。受區(qū)域地勢和構(gòu)造影響，區(qū)域煤系地層地下水由淺部順層自東向西徑流，由于含水層充水條件的限制，地下水徑流強(qiáng)度越來越小，在地層薄弱帶諸如斷層、裂隙帶等排泄，或補(bǔ)給其它含水層，或以泉的形式排泄于溝谷。 井田水文地質(zhì)雙柳井田內(nèi)的主要控水構(gòu)造為東西走向的聚財塔斷層（F1,F2）。井田內(nèi)地下水的運(yùn)移主要地層傾向和構(gòu)造的控制，從北東向西南流。在雙柳井田內(nèi)，奧灰與太灰?guī)r溶水的流向受三個因素的控制，其一，區(qū)域奧灰水流向由北向南，受到聚財塔斷層的阻隔在局部改變流向。其二，雙柳井田內(nèi)地層走向南北，向西傾斜，地下水流向受到巖層傾向的影響。其三，雙柳井田處在柳林泉域西邊界，為巖溶水的滯流區(qū)域。受這三個因素的綜合影響，雙柳井田內(nèi)的巖溶水流向基本為NE－SW向。由于井田內(nèi)基本上沒有灰?guī)r出露，所以灰?guī)r含水層得到的補(bǔ)給量非常有限。二疊系、三疊系砂巖含水層，井田內(nèi)溝谷中出露，接受大氣降水的直接補(bǔ)給，地下水流向基本上沿巖層順層運(yùn)移。井田內(nèi)地下水排泄主要是礦坑排水。 第三、四系砂礫石含水層主要接受大氣降水及河流的入滲補(bǔ)給，徑流途徑較短，排泄主要是人工開采。 礦井開采水文地質(zhì)特征 礦井涌水特征雙柳煤礦從1998年成立以來，沒有發(fā)生大的突水事故。從2000年至2008年，礦井一直開采山西組4號煤層，生產(chǎn)能力由150萬噸增至300萬噸。礦井涌水主要以頂板淋水為主，根據(jù)2007年元月～2008年7月的礦井涌水量臺帳，工作面水量較小，基本在20m3/h以下，出水點(diǎn)集中在運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、工作面及采空區(qū)，涌水量范圍在30~70m3/h之間。圖3－1 ～從上圖31中22個月的礦井涌水量變化中可以看出雙柳煤礦礦井涌水量有幾個特點(diǎn)：首先最小涌水量25m3/h，最大58 m3/h，整個礦井涌水量小，變化幅度不大，平均40 m3/h。其次，涌水量最大在8三個月，正好處于雨季，其它月份逐漸減小。反映出上組煤充水含水層受大氣降水補(bǔ)給影響教明顯，有較好的補(bǔ)給條件。礦井涌水量比較平穩(wěn)，反映出除受季節(jié)性降水影響外，沒有其它水源參與。2008年緊鄰二采水倉施工一平巷時，穿過一條直徑約50m的陷落柱，柱體內(nèi)無水，進(jìn)入柱體邊緣裂隙帶后，迎頭水量起初達(dá)到30m3/h，隨后衰減，持續(xù)穩(wěn)定在10m3/h左右。 主要充水水源及其特征 雙柳井田奧灰含水層組主要指峰峰組和上馬家溝組，峰峰組灰?guī)r溶隙發(fā)育較差且不均勻，因此富水性差，上馬家溝組富水性強(qiáng)，水量、水壓均很大，上、下組煤層底板都承受1～5MPa水壓。所以，奧灰?guī)r溶水是礦井最主要的充水含水層組之一。石炭系太原組灰?guī)r為本區(qū)主要含水層之一，普遍發(fā)育L5～L1五層灰?guī)r，中間沉積了砂巖及砂質(zhì)泥巖夾層。在井田東北部露頭區(qū)接受大氣降水的補(bǔ)給，部分區(qū)域存在其它含水層的垂向補(bǔ)給。整個含水層溶隙發(fā)育不均勻，從鉆孔資料看，某些鉆孔揭露該層段溶隙發(fā)育較好，而有些鉆孔則溶隙發(fā)育差甚至不發(fā)育。由于太灰的露頭區(qū)面積較小，補(bǔ)給較差，所以整個含水層的富水性弱。；，L1灰?guī)r為8號煤的直接頂板，距離奧陶系灰?guī)r水70～80m。太灰含水層是上組煤底板直接充水水源，同時又是下組煤煤頂板充水水源。因此對其水文地質(zhì)特征和突水的可能必須引起足夠的重視。上組煤開采頂板淋（充）水水源為山西組、石盒子組砂巖裂隙水。砂巖裂隙含水層屬于巨厚型，其巖性是泥巖和砂巖交替沉積，含水性弱，但由于裂隙發(fā)育的影響，在局部地段存在富水區(qū)，同時受煤層開采的影響，冒落裂隙帶發(fā)育，所以在一定條件下，上覆砂巖裂隙水可成為影響生產(chǎn)的頂板水害突水水源，由于頂板砂巖裂隙含水層補(bǔ)給條件差，一般在溝谷中接受大氣降水補(bǔ)給為主，含水層富水性受季節(jié)影響較明顯。但是由于補(bǔ)給量小，含水層以消耗靜儲量為主，充水在初采、初期老頂初次跨落，以淋水方式進(jìn)入采面，所以涌水量一般較小，大約在5～10m3/h左右。、老空水、斷層水地表水有兩種途徑可以進(jìn)入礦坑，第一種是通過封閉不良鉆孔。鉆孔可能溝通多個含水層，一旦突水，水量大而穩(wěn)定，對礦坑產(chǎn)生極大的危害，第二種是由于采動的影響使得頂板冒落裂隙帶高度達(dá)到勾通上部地表水，成為礦坑底板的突水水源。斷層的水文地質(zhì)特征差別較大，在礦井采掘活動中發(fā)現(xiàn)各主要斷層在不同程度伴生次級小斷層的存在，各種斷層的存在不僅為礦井各種充水水源提供了相互的導(dǎo)通通道，其本身也可能成為礦井的充水水源之一。雙流煤礦在采掘過程中揭露20余條大小不一的斷層，均不含水也不導(dǎo)水。在