1、曹村井田奧灰水對下組煤開采的影響因素分析摘要：由于曹村礦區(qū)下組煤開采中突水量大，為安全開采下組煤，本文根據(jù)曹村礦建 井至今的實際開采資料，通過對揭露含水層的水文地質(zhì)及區(qū)域水文地質(zhì)論述，闡述了 奧灰承壓水的突水影響因素，對礦區(qū)下組煤的開采具有重要的借鑒意義。關(guān)鍵詞：奧灰水；下組煤；影響因素；曹村井田1曹村礦-區(qū)域水文地質(zhì)1.1巖溶地下水系統(tǒng)及邊界條件本區(qū)水文地質(zhì)單元是由汾河斷陷盆地及周圍的呂梁山、霍山山區(qū)組成的。它是一 個大的匯水盆地。在這個單元中廣泛分布的是奧陶系巖溶含水層。整個形態(tài)是一個沿 SSW-NNE方向延伸的條帶，出口在洪桐縣一帶。奧陶系以上的含水層均分布在這個條帶 狀的盆地中。奧陶系

2、水文地質(zhì)單元屬于本區(qū)次級水文地質(zhì)單元。一般可分為郭莊、廣勝、龍祠 泉域三個單元，各單元水文地質(zhì)特征分述如下：1）北部郭莊單元：排泄區(qū)位于霍縣縣 城南7km處的郭莊附近、下團(tuán)柏斷層與郭莊背斜的交匯處。屬受隔水?dāng)鄬右幌聢F(tuán)柏斷 層阻隔而涌出的上升斷層泉。2）東部廣勝單元：排泄區(qū)位于洪桐縣城東北13km、霍山 背斜南傾伏端與霍山斷層斜切部位。3）南部龍祠單元：排泄區(qū)位于臨汾市西12km，羅 云山斷層帶上。其補給區(qū)為克城一喬家灣向斜兩翼大面積奧陶系石灰?guī)r出露區(qū)，補給 面積900km。1.2巖溶地下水的補、逕、排條件奧陶系石灰?guī)r地下水的補給、逕流、排泄受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件控制。本井田含水 層末出露地表，其補

3、給源主要在區(qū)外霍山山前的奧陶系石灰?guī)r露頭及斷裂破碎帶處， 大氣降雨直接或間接通過第四系松散層補給奧陶系灰?guī)r巖溶水。奧陶系石灰?guī)r的逕流 區(qū)和分布區(qū)一致。在本區(qū)首先是從北向南至曹村礦中央水倉；其次為一部分水與東部 來水匯合繼續(xù)向南及西南方向流去。其排泄為向曹村礦中央水倉和辛置礦的集中排泄 及向南部地層的橫向補給。1.3巖溶水系統(tǒng)與礦區(qū)地下水的關(guān)系曹村井田處于郭莊、廣勝泉域之間，但由于霍山斷層與赤峪斷層均屬于隔水?dāng)鄬樱?起到了地下水帷幕的作用，井田含水層受外部含水系統(tǒng)影響較小，可作為相對獨立的 系統(tǒng)進(jìn)行分析。從區(qū)域巖溶水等水位線圖可以看出，赤峪斷層以東，地下水自東、東 北向西、西南方向流動從曹村礦中

4、央水倉處排出，自成一體。而斷層以西，地下水則 向西、西北方向向汾河河谷排泄；其次，巖層富水性在赤峪斷層以東較差，而斷層以 西富水性較強；水文地質(zhì)條件也是東區(qū)中等或復(fù)雜而西區(qū)復(fù)雜。2曹村井田礦井充水充水水源和充水途徑2.1充水水源在各煤層開采，主要充水水源和含水層有：1）大氣降水；2）地表水；3）第四系砂礫 巖孔隙含水層;4）第三系泥灰?guī)r砂礫巖裂隙承壓含水層；5）二疊系砂巖裂隙含水層;6） 石炭系石灰?guī)r裂隙承壓含水層和奧陶系石灰?guī)r裂隙巖溶承壓含水層。2.2礦井充水途徑在各煤層開采過程中，主要充水途徑有：1）含水層直接與煤層接觸，如擴(kuò)區(qū)東南 部K8砂巖裂隙含水層組與2#煤接觸；2）地下水通過采動裂

5、隙帶進(jìn)入礦井，這是本井 田普遍存在的突水方式。在采動影響下底板產(chǎn)生裂隙帶。在煤層回采中礦山壓力和自 重壓力的共同作用，使頂板巖層也產(chǎn)生冒落裂隙帶。3)通過導(dǎo)水陷落柱潰入礦井，本 井田陷落柱異常發(fā)育，有些具有導(dǎo)水性，成為礦井突水的通道。4)通過斷裂破碎帶進(jìn) 入礦井；有些斷層使含水層與煤層聯(lián)通，成為含水層進(jìn)入礦井的通道；5)靠近老窯分 布區(qū)，因探放水措施不力或小煤礦破壞保安煤柱越界開采，造成老窯積水進(jìn)入巷道；6) 奧陶系灰?guī)r巖溶含水層水壓高，沿隔水層垂直通道突破煤層底板薄弱帶涌入礦井。3奧灰突水影響因素分析曹村井田中奧陶系與華北型煤田中奧陶系灰?guī)r的沉積旋廷雷同，為一巨厚的復(fù)合 含水層。奧陶系灰?guī)r是

6、對下組煤開采威脅最大的含水層之一，影響其突水性的因素有 六項。3.1隔水底板軟巖與硬巖組合據(jù)前人研究成果，隔水底板抗壓強度及隔水能力與地層組合有很大關(guān)系。區(qū)內(nèi)11#煤底 板至奧灰間巖層平均厚度為20.99m,巖層組合以泥巖為主，平均占65.5%；其次為砂巖， 平均占19.36%；煤系灰?guī)r平均占11.51%；煤層平均占3.63%。軟巖與硬巖比值系數(shù)約為1.90： 1，這種互層狀的軟、硬巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)對提高底板的抗壓強度及隔水能力3.2底板抗壓強度與隔水能力據(jù)以往對代表性礦區(qū)各類巖石抗壓強度及隔水能力的測試成果，剛性巖石隔水性 差但抗壓強度大，柔性巖石則相反。一般剛性巖石的等效隔水系數(shù)約是泥巖的0.4

7、倍; 而柔性巖石的等效抗壓強度系數(shù)約是剛性砂巖、灰?guī)r的0.50.7倍。巖性等效隔水系數(shù)試驗抗壓強度(Mpa/m)泥巖、泥灰?guī)r、粘土、頁巖1. 00.05無巖溶化灰石、泥灰石1. 30.10砂頁巖0. 80.07褐煤0. 7砂巖0. 40.10砂、礫石、碎石、巖溶化灰?guī)r、冒落裂隙帶03.3礦壓擾動帶有效隔水層厚度在采煤影響下，煤層底板一般可分為三個帶，即礦壓擾動破壞帶、有效隔水帶和 潛越導(dǎo)水帶。根據(jù)本次注水試驗資料分析計算，并參考以往經(jīng)驗確定礦壓擾動破壞帶 深度，潛越導(dǎo)水帶高度。因此，準(zhǔn)確計算隔水層的有效厚度是預(yù)防奧灰突水的行之有 效的措施。3.4底板斷層發(fā)育程度曹村井田范圍內(nèi)共有5m以上斷層3

8、2條，其中落差在100m以上的斷層僅有一條。 斷距在20m100m之間的斷層有三條，均呈NE向展布。其它小型斷層的走向主要也是 NE-SW向。斷距在5m20m之間的斷層共有28條。斷層不僅使煤層的成層性被破壞，對采煤造成困難，而且還導(dǎo)致底板抗壓能力減 低，成為以后導(dǎo)水的途徑。3.5隔水底板奧灰水壓分布奧灰水壓是影響底板突水性的重要指標(biāo)。在本區(qū)下組煤勘查區(qū)底板奧灰水壓隨其 埋深變化較大，在下組煤開采過程中要引起相當(dāng)?shù)淖⒁狻?.6奧灰富水性及充填帶巖溶發(fā)育程度底板以下奧灰含水層富水性是影響突水量大小的重要因素，表現(xiàn)在兩個方面：1) 在平面上，富水性大的地段，一旦發(fā)生突水其突水量也較大；2)在垂向上，奧灰上、 下段的巖溶發(fā)育程度對突水威脅性影響也較大。4結(jié)論礦區(qū)隔水底板呈軟巖與硬巖組合關(guān)系，這種互層狀的軟、硬巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)對提高底 板的抗壓強度及隔水能力比較有利。奧陶系峰峰組分為兩個含水組共三個含水帶，含 水層富水不均一，在平面上可粗略分為三帶：南部富水性中等，中部富水性強，北部 富水性極弱。根據(jù)地層特征，峰峰組二段相對隔水層的存在，可有效減少奧灰突水影 響，為該區(qū)下組煤的開