1、贺昌煤业 8 号煤层奥灰含水层地层特征分析穆永刚（山西鑫飞能源投资集团有限公司，山西吕梁033300）摘要：基于鑫飞贺昌煤业井田地质及水文地质特征，结合以往煤矿开采过程中的水文地质情况，对贺昌煤业矿井防治水工作进行分析总结，同时根据未来三年采掘衔接计划，预测今后采掘过程中可能存在的水患问题，并有针对性地对 8 号煤层底部奥灰含水层地层特征进行分析，并提出有效的防治水措施，研究制订矿井防治水长期规划，保障矿井生产的安全顺利开展。关键词：井田地质；奥灰含水层；防治水中图分类号：TD163文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0097-020引言根据矿井充水因素、涌水量、突水量
2、、井田及周边地区老窑水分布状况、开采受水害影响程度和防治水工作难易程度，着重对 8 号煤层奥灰含水层底部地层特征进行分析，并提出下一步防治水工作建议，指导矿井采取合理有效的防治水措施1。1矿井及井田基本情况鑫飞贺昌煤业位于柳林县城西北 2 km 处，行政区划属柳林县。地理坐标为东经 11051231105344，北纬 372530372730，鑫飞贺昌煤业东南距柳林县城约 2 km，离军高速公路从煤矿北侧通过，孝柳铁路与 307 国道从煤矿南侧通过。井田东部有公路与 307 国道相连，太中银铁路三线与全国交通网相连，交通较为便利，开采煤层为38号煤层，开采方式为地下开采，生产规模90 万 t/
3、年，井田面积 7.194 7 km2，现主采 8 号煤层。8 号煤层位于山西组底部，煤层直接顶板泥岩比例最大，局部有少量砂质泥岩及细砂岩，底板稳定多为泥岩。8 号煤层为全井田可采稳定煤层，煤层厚度3.04.3 m，平均为 3.65 m。该煤层下为 K3砂岩，厚度约为 3.303.80 m。煤层结构为简单结构，基本不含夹矸或有时含少量夹矸，8 号煤层局部结构复杂，有 36层夹矸。东部井田 8 号煤层被剥蚀。2奥陶系地质概况2.1奥陶系中统碳酸盐岩类岩溶裂隙水含水岩组奥陶系地层在井田内全部被覆盖，由上马家沟组及下马家沟组及峰峰组组成中统。岩性主要为灰岩、泥岩，其次为泥灰岩和泥灰岩巨石膏厚层组成。巨
4、厚层状石灰岩覆盖各组的上段，质地纯正。本次施工的钻孔 L20、L21 均只施工到峰峰组灰岩，通过测井和岩屑录井可知，该组岩性主要为深灰色厚层状石灰岩。据鑫飞贺昌煤业矿井西侧的刘家焉头煤矿水文地质资料，矿井上马家沟组的中上部，该段岩溶裂隙较为发育，为鑫飞贺昌煤业奥灰水主要含水层。L21 孔奥陶系峰峰组灰岩地层含水特征曲线如图 1 所示。2.2奥灰峰峰组岩溶裂隙含水岩组峰峰组岩溶裂隙发育差，富水性弱，根据勘查资料，本矿区内峰峰组顶板埋深一般在 310 m 左右，主要由石灰岩、泥质灰岩、砂岩、角砾状灰岩、石膏岩、砾岩等组成。矿物成分主要为方解石及部分白云石，含少量泥质2-3。岩层在本井田内无裸露，处
5、于深埋区，根据煤田钻探取芯分析，岩溶裂隙的发育程度随着埋藏深度的增加而逐渐减弱。岩溶裂隙发育程度较差，多被方解收稿日期：2022-09-05作者简介：穆永刚（1990），男，山西吕梁人，毕业于阳泉职业技术学院工程地质勘查专业，本科，中级工程师，注册安全工程师，主要从事煤矿地质、防治水技术管理及安全管理工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.037图 1L21 孔奥陶系峰峰组灰岩地层含水特征曲线测井成果测井曲线岩性柱状1500三测向电阻率/（m）03
6、200 0补偿密度/（g cm-3）3.2自然单位/mV-4000自然伽玛/（PA kg-1）03.2井径/mm35050盐化后 2 电阻率/（m）040盐化后 1 电阻率/（m）040盐化前 0 电阻率/（m）040盐化后 3 电阻率/（m）040310320330340350360370380390400410三测向电阻率自然电阻盐化后 1 电阻率盐化后 2 电阻率盐化后 3 电阻率盐化前 0 电阻率补偿密度自然伽玛行业纵横山西冶金E-mail:第 46 卷表 1峰峰组含水层抽（注）水试验一览表石脉和泥沙半充填，部分区域全充填2。根据钻探取芯的资料，岩溶形态主要为溶蚀裂隙，裂隙程度较差，少
7、量溶孔连通性不强，如图 2 所示为矿井井田区内岩溶裂隙含水岩组发育程度的普遍规律。按照地层结构和岩性组合情况分析研究，上覆地层层次较多，形成含水层与隔水层相互叠加的组合结构分布，峰峰组岩地层结构组合在垂向上不利于大气降水入渗和地表水的渗漏补给，该组地层岩溶裂隙发育程度较差，从而导致了峰峰组岩地层含水层的渗透能力和地下水交替传导作用微弱，由此造成了该层组的地下水径流滞缓，水循环条件较弱。综上所述，受诸多因素及区域水文地质条件的影响，导致了矿井井田内奥灰峰峰组含水层深埋区富水程度较弱，在井田浅埋区富水性增强3。按照水质分析结果，煤层处于地层深埋区，与地下水补给和强径流区距离较远，地下水的径流途径交
8、替作用滞缓且较弱，在长期与围岩溶滤作用下，地下水中盐分及溶解物含量高，水质较差。根据鑫飞贺昌煤业水文补充勘查孔抽水试验资料和长期动态观测情况分析，推测井田水位标高796798 m，涌水量 0.0715.747 L/s，单位涌水量 0.001 51.4155L/（s m），渗透系数 0.00181.5157m/d。水质类型以 SO4-Ca 和 SO4-Ca Na 型为主，矿化度约 1.3362.827 g/L，富水性由弱至强。中奥陶峰峰组含水层抽（注）水试验资料如表 1 所示。图 2L21 钻孔奥灰峰峰组中的裂隙孔号 试验段起止深度/m含水层水位标高/m抽水试验渗透系数/（m d-1）时代岩性厚
9、度/m降深/m 涌水量/（L s-1）统一标准单位涌水量/（L s-1 m-1）L19297.60387.21O2f灰岩57.65809.95-31.000.0010.000 0550.000 026L20311.61413.28O2f灰岩53.5796.5661.330.0710.001 50.001 8L21172.50273.86O2f灰岩101.36799.053.415.7471.415 51.515 72.3奥灰上马家沟组岩溶裂隙含水岩组据以往抽水试验结果，鑫飞贺昌煤业上马家沟组地层单位涌水量为 1.41.5 L/（s m），水位标高为790800 m，水质为 HCO3 SO4-C
10、a Mg 型。另据鑫飞贺昌煤业井田北侧相邻贾家沟煤矿抽水试验结果，该地层单位涌水量为 2025 L/（s m），水位标高 790800 m，水质类型为 HCO3 Cl-Na Mg 型。据北部毛家庄矿 L19延深到该组成井水质化验资料，pH 值为 7.858.08，矿化度为 1.7872.004 g/L，水化学类型为 Cl SO4-Na型。奥陶系灰岩岩溶水是开采 8 号煤层的间接充水含水层。井田内奥灰水水位标高在 796798 m，鑫飞贺昌煤业 8 号煤层底板位于奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层水位下，对鑫飞贺昌煤业井田 8 号煤层开采有充水影响。根据 煤矿防治水细则 来计算鑫飞贺昌煤业井田 8
11、号煤层最低点的突水系数。分析预测 8号煤层奥灰水突水的可能性，并进行奥灰水突水危险性分区。突水系数计算公式为：T=p/M，p=（H0-H1+M）0.009 8.式中：T 为突水系数，MPa/m；p 为隔水层底板承受的静水压力，MPa；M 为底板隔水层厚度，m；H1为煤层底板最低标高，m；H0为奥灰岩溶水水位标高，m。根据以往经验分析，受地层构造破坏影响，临界突水系数为 0.06 MPa/m。无构造破坏影响区域的临界突水系数为 0.10 MPa/m，鑫飞贺昌煤业井田无构造破坏影响。经计算可知，8 号煤层最低点奥灰水突水系数为 0.034 MPa/m，小于无构造破坏区临界突水系数值 0.10 MP
12、a/m，属于相对安全区。井田内有 8 个钻孔，其中 4 个钻孔终孔层位为奥陶系地层，4 个钻孔终孔层位为太原组地层。根据钻孔台账记录，未发现废弃和封闭不良钻孔。其中 4 个奥灰水位孔 1-2、1-3、4-2、7-2 孔均位于奥灰水带压开采区，如果这些孔封孔质量不好，会成为奥灰水进入工作面的导水通道。其余 4 个钻孔如果封孔质量不好，则也会成为煤层与太原组之上各含水层水与工作面的导水通道。3矿井未来三年采掘和奥灰水防治规划3.1未来三年采掘规划在对该矿井开采时，必须超前探测上覆煤层是否有老空水（兼并重组前各年代开采老空区），确认无水再行采掘。工作面范围内有补 2 号钻孔及 1 个废弃井筒（庙湾煤
13、矿回风立井），由于对庙湾煤矿回风立井封闭情况不清楚，工作面回采至立井附近时，根据 煤矿防治水细则，经计算得出需在回风立井两帮留设35.86 m 防隔水煤柱，以防止井筒水或井筒溃泥而造成水害事故的发生。工作面回采至补 2 钻孔附近时，需提前对补 2 钻孔的导水性进行探查，（下转第 151 页）982023 年第 5 期依据探查结果对钻孔进行封堵或留设防隔水煤柱。掘进工作面时，必须超前探测上覆煤层是否有老空水（兼并重组前各年代开采老空区），确认无水再行掘进。鑫飞贺昌煤业井田 8 号煤层最低点奥灰水突水为0.034 MPa/m，小于 0.10 MPa/m，未来三年开采 8 号煤层无底板水突水的可能。
14、3.2奥灰岩溶水防治主采 8 号煤层在井田西南部煤层底板标高低于奥灰岩溶静止水位，矿井存在奥灰带压开采现象。鑫飞贺昌煤业井田 8 号煤层最低点的奥灰水突水系数为 0.034 MPa/m，小于 0.10 MPa/m，属于奥灰带压威胁区，但在构造破坏区有突水危险。因此，需通过物探、钻探等手段查明隐伏断层、陷落柱的富水性及导水性，在大断层构造和导水陷落柱区域范围留设合理的防水煤柱。其他隐伏中小断裂及陷落柱在经过综合勘探研究分析的基础上，合理留设防水煤柱或采用注浆加固等方法进行防治。同时要优化工作面开采设计，控制或减少带压区域采煤对底板的采动破坏，奥灰岩溶水水害防治工程量中等。4结论1）奥陶系灰岩岩溶
15、水是开采 5 号煤层的间接充水含水层，经计算得知，鑫飞贺昌煤业井田 8 号煤层最低点奥灰水突水系数为 0.034MPa/m，小于 0.10MPa/m。鑫飞贺昌煤业 8 号煤层位于井田西南部，属相对安全区，对矿井未来三年采掘工程影响程度较小。2）继续采用先进技术和手段查明废弃巷道、老窑、采空区积水情况，同时要在以后开采中重点关注隐伏的断裂导水通道，尤其是带后压内的导水通道，并对其制订行之有效的防治水害防范措施，为煤矿开采提供安全保障。参考文献1李伟.煤矿矿井充水因素及突水防治J.能源与节能，2019（7）：39-40.2董小兵.山西省某煤矿奥陶系峰峰组弱富水性研究J.能源技术与管理，2019，4
16、4（5）：136-137.3张广宁.奥灰峰峰组顶部阻水特征及其水文地质意义J.煤矿现代化，2022，31（4）：46-48；53.（编辑：武倩倩）Analysis of the Stratigraphic Characteristics of the Ordovician Lime Aquifer in the 8th CoalSeam of Hechang Coal IndustryMu Yonggang（Shanxi Xinfei Energy Investment Group Co.,Ltd.,Lvliang Shanxi 033300）Abstract:Based on the geological and hydrogeological characteristics of Xinfei Hechang Coal Mine and the hydrogeological situation duringthe previous coal mining process,this paper analyzes and summarizes the water prevention
