【文章內(nèi)容簡介】 。 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給，形成強富水潛水含水層，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度在地應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。這樣在地應力的幫助下能阻止承壓水的上升。隔水層強度主要起到防止由于強大的礦壓和水壓聯(lián)合發(fā)生作用時對對底板剪切破壞。由于巖石的抗張強度較小，所以只有在地應力的作用下，才能有效地阻止承壓水對裂縫的擴展和延伸。地應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（充水斷層、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。若能延長裂隙擴展時間，在導水裂隙還未到達控頂區(qū)時，工作面已向前推進，原控頂區(qū)已垮落壓實，從而有可能降低突水發(fā)生的機率。當然，厚度大還將不斷消耗承壓水用以不斷克服巖體的抗張強度和途徑阻力以及擴展裂隙的水頭。即使在導水破壞帶，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 隔水層的強度，可阻抗承壓水壓裂巖層和沿裂隙擴展延伸．若水壓小于巖體抗拉強度。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度，但又小于最小主應力與巖體抗拉強度之和，那么巖體在其本身的抗拉強度和地應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，必然造成擴展方向和途徑復雜多變，并可能到處受阻，甚至中斷，從而不能直接到達采場。一般說來，若底板隔水層強度高，厚度大裂隙少或較完整，突水機率就小，反之突水機率就大。底板隔水強度不夠而突水時，采面底膨、突水點分散。若底板隔水層為一完整巖層即使厚度不大，也有很高的阻抗強度。目前隔水層的阻抗強度多以其厚度表示（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)泥巖單向抗壓強度為33MPa。其間砂巖為弱透水巖層，但強度較高。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，但強度低，砂巖為弱透水層，但強度高，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，破壞后導水性很弱，對下組煤的開采是相當有利的。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，Ms4孔和Ms6孔，自然水位標高分別為++，m。水質(zhì)類型分別為HCO3－Na型和ClSO4－NaCa型。據(jù)148隊雙柳補充地質(zhì)報告，“奧陶系上部古風化殼的發(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)雙柳井田位于黃河東岸，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，其地下水在巖層露頭接受補給后，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，地下水徑流強度越來越小，在地層薄弱帶諸如斷層、裂隙帶等排泄，或補給其它含水層，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給，地下水流向基本上沿巖層順層運移。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，出水點集中在運輸巷、回風巷、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：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給影響教明顯，有較好的補給條件。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，進入柱體邊緣裂隙帶后，迎頭水量起初達到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，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)接受大氣降水的補給，部分區(qū)域存在其它含水層的垂向補給。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給條件差，一般在溝谷中接受大氣降水補給為主，含水層富水性受季節(jié)影響較明顯。但是由于補給量小，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，均不含水也不導水。在下一步的采掘工作中，不能排除有導水斷層的存在，仍需加強對斷層導水性的探查。雙柳煤礦的采空區(qū)積水分布較明確，只需正常探放、舒排，除了增加排水負擔外，不會對礦井安全生產(chǎn)造成嚴重影響。 礦井充水途徑根據(jù)充水水源與水文地質(zhì)條件分析充水途徑，礦井充水途徑主要有四種：采動裂隙導水：雙柳煤礦開采采用綜采一次采全高，全部陷落法管理頂板，這種方法對頂板破壞較大，其采動裂隙發(fā)育高度向上延伸；同樣采動底板破壞裂隙向下的發(fā)育厚度變大，同時煤層下的隔水層具有一定的原始導升和遞進導升高度，這樣煤層底板有效隔水層的厚度變薄，在高壓水開采條件下，底板有可能被高壓水突破，造成水害危險。采動裂隙和由此引起的巖層破壞溝通煤層頂?shù)装宥鄠€含水層，使得頂?shù)装迳皫r水和底板太灰水進入礦坑。導水斷層及陷落柱：斷層錯動切割隔水層，減小有效隔水層厚度，增加下覆含水層突水的可能，特別是底板高壓灰?guī)r水