吉宁煤矿奥灰水突水危险性分析

李红飞 史振锋

摘要：为了保障煤矿安全生产，分析研究井田奥灰水水文地质条件及峰峰组上部岩层隔水性能，对评价带压开采意义重大。本文以河东煤田南部吉宁井田奥灰水文地质勘探工程为基础，依托奥灰水文补充勘探成果资料，分析了井田10号煤层底板奥陶系灰岩水突水影响因素，预测奥灰突水量，并评价了奥灰水突水危险性。经勘探工程评价后，解放了受奥灰水威胁的10号煤层资源量2811万吨，对煤炭资源开发利用有重要意义。

关键词：奥灰水；相对隔水层；突水系数

Risk analysis of Water inrush on ordovician limestone groundwater in jining coal mine

LI Hong-fei1， Shi Zhen-feng2

1. Beijing Dadi High-tech Geological Co.， Ltd， Beijing 100040 2. Shanxi Huajin Jining Coal Industry Co.， Ltd.， Xiangning 042100， Shanxi， China

Abstract： In order to ensure the safe production of coal mines， the analysis and research on the hydro-geological conditions of the ash water in the well field and the water barrier performance of the upper rock layers of the Fengfeng Formation are of great significance for the evaluation of pressured mining. Based on the Austrian ash hydrogeological exploration project in the Jining Minefield in the south of the Hedong Coalfield， this paper analyzes the influence factors of Ordovician limestone water inrush from the floor of No. 10 coal seam， and predicts the amount of ash ash outburst. The risk of water inrush from Austrian grey water was evaluated. After the evaluation of the exploration project， the resources of No. 10 coal seam threatened by Austrian gray water were 28.11 million tons， which is of great significance to the development and utilization of coal resources.

Key words： Ordovician limestone groundwater； Relative aquifuge； Water inrush coefficient

1.引言

吉寧井田位于河东煤田南缘，区内煤系地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，太原组主要可采煤层为10号煤层，山西组主要可采煤层为2号煤层。煤系地层基底为奥陶系碳酸盐岩地层，该地层地下水位较高，岩溶裂隙发育不均一性造成该区地下水富水性不均一，区内10号煤层开采受奥陶系碳酸盐岩承压水影响较大。井田内10号煤层资源储量5785万吨，受奥灰水严重威胁区域压覆的10号煤层资源储量约3694万吨，严重制约了10号煤层开采计划，因此分析研究奥陶系灰岩水文地质条件对煤层带压开采至关重要，对解放受奥灰水承压威胁的煤炭资源意义重大。

2.地质概况

吉宁井田位于河东煤田南缘，吕梁山隆起之南翼。受北东向构造带影响，井田总体为走向北东、倾向北西的单斜构造，在单斜基础上发育有次一级宽缓的褶曲构造。井田内发育17条落差大于5m的正断层，暂未发现岩溶陷落柱和岩浆岩侵入现象。沉积主要地层有奥陶系上马家沟组和峰峰组、石炭系本溪组和太原组、二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组、第四系。主要可采煤层有2、10号煤层。

3.水文地质概况

本区为禹门口泉域岩溶水系统，该系统位于吕梁山南端龙子祠泉域西南，出露层位为寒武、奥陶系灰岩，岩溶地下水径流除受地形地貌、地层岩性和含水岩组的埋藏条件影响外，还受地质构造严格控制，总体上，泉域岩溶地下水自东北向西南径流，径流方向与地层大致相反，是典型的“单斜逆置型”岩溶水系统模式。吉宁井田位于禹门口岩溶系统径流区，井田岩溶水的赋存运移规律主要受禹门口区域岩溶水系统的制约。

井田内煤层底板充水水源为奥陶系灰岩含水层水，其富水性弱-中等，但水位埋藏较深，承压水头压力较高，可达3.5Mpa，严重威胁10号煤层安全开采。

4.突水因素分析

煤层带压开采突水危险性相关因素有含水层富水性、构造特征、隔水层特征及隔水底板承受的水压。隔水层厚度和奥灰水压共同作用，影响煤层底板发生非直通式突水，导水构造可影响煤层底板发生直通式突水，而含水层富水性是突水量的表征。

4.1含水层富水性

吉宁井田底板奥陶系峰峰组含水层岩性主要为石灰岩、岩溶裂隙不发育，单位涌水量0.0006L/s.m～0.00617L/s.m，渗透系数为0.0013m/d～0.069m/d，为弱富水性，上马家沟组含水层岩性主要为石灰岩、角砾灰岩、豹皮灰岩，岩溶裂隙较峰峰组发育，单位涌水量为0.00067L/s.m～0.5117L/s.m，渗透系数为0.00046m/d～3.2892m/d，为弱-中等富水性，富水性中等区域主要位于井田西北部。

4.2隔水底板承受的水压

隔水底板承受的水压是奥灰水头高度作用在隔水底板的压力，井田内10号煤层底板带压高度为80m～350m，隔水底板承受奥灰水压为0.99Mpa～3.81Mpa，总体上由井田东南向西南增大。

4.3构造特征

吉宁井田断层较发育，暂未揭露陷落柱或岩浆岩侵入。断层均为正断层，落差5m～90m，倾角大多在70°，井下揭露断层时均未发现导水迹象。

4.4隔水层特征

4.4.1煤底板至奧陶系顶隔水层

10号煤层底板隔水层岩性以泥岩、粉、细砂岩、砂质泥岩及本溪组铝土质泥岩为主，厚度6.63m～34.9m，平均18.38m，泥岩抗压强度9.77Mpa～15.2Mpa，抗拉强度0.41Mpa～1.34Mpa，砂岩抗压强度13.0Mpa～98.5Mpa，抗拉强度1.06Mpa～3.8Mpa，局部地段铝土质泥岩因含黄铁矿丰富抗压强度可达88.2Mpa，抗拉强度可达6.0Mpa。泥岩类柔性岩石具有良好的隔水性能，而砂岩类岩石具有较好的抗压和抗拉性能，煤层底板隔水层为泥岩、砂质泥岩、砂岩互层沉积，可有效阻隔奥灰水。

4.4.2峰峰组顶部相对隔水层

据钻孔岩芯特征、钻孔涌水情况、扩散测井、水文地质试验及钻孔简易水文特征综合分析峰峰组顶部存在相对隔水层，厚度为7.45m～27.2m，平均为14.61m。其依据有四个方面：

①峰峰组顶部岩芯较完整，岩性以致密、坚硬的灰岩为主，隐晶质结构，溶孔裂隙不发育，局部有被方解石或泥质充填的小裂隙（照片1、照片2分别为JN-S1、JN-S2孔峰峰组上部岩芯摄影），岩石抗压强度27.8Mpa～84.8Mpa，具备阻水抗压性能。

②勘探阶段28个钻孔在进入峰峰组后泥浆消耗量正常，一般为0.01m3/h～0.08m3/h，局部地段0.1m3/h～0.4m3/h，无较大量漏水情况；补勘时井下JN-S3钻孔在揭露峰峰组26.48m时开始有涌水迹象，JN-S4钻孔在揭露峰峰组36m时开始涌水，可说明峰峰组上部几乎不含水，可视为相对隔水层。

③补勘时施工的JN-S1、JN-S2孔对奥灰地层进行扩散测井，经投盐后所测得5条曲线与投盐前所测得静态曲线对比，峰峰组上部井液电阻率无明显变化段，说明此层段无明显含水层。

④《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-91），一般将钻孔单位涌水量小于0.001L/s.m的岩层可视为隔水层，据水文钻孔对峰峰组抽水试验，单位涌水量0.0006L/s.m～ 0.00617L/s.m，渗透系数0.0013m/d～0.062m/d，可说明峰峰组地层渗透系较差，富水性极弱，可视为隔水层。

5.奥灰水突水量预测

矿井在掘进或回采时遇导水断裂或陷落柱后，可发生单点直通突水或隔水岩层承受水压大于临界水压时发生底板突水，可将巷道穿过的近似垂直断裂或陷落柱视为垂直含水层的水平井，巷道宽度概化水平井半径，采用承压水稳定流裘布依公式估算奥灰水突水量。

6.突水危险性评价

突水危险性评价指标为底板受构造破坏的地段不大于0.06MPa/m，隔水层完整无断裂构造破坏的地段不大于0.1MPa/m。

10号煤层底板相对突水系数为0.03MPa/m～0.14MPa/m，在Ts≤0.06MPa/m区（图中青色区域）、0.06

通过本次勘探评价后，井田内突水系数大于0.1MPa/m的区域压覆10号煤层资源量883万吨，解放受奥灰水威胁的资源量2811万吨。

7.结语

本文通过对吉宁井田奥灰水突水危险相关因素分析，奥灰含水层富水性总体上为弱-中等，煤层底板隔水岩层交互沉积对阻隔奥灰水极为有利，同时峰峰组上部相对隔水岩层的存在，大大增加了隔水层厚度，有效降低了奥灰水突水几率，虽然井田断层较发育，但断层多为不导水断层，总体上10煤层带压开采是可行的。需要注意的是，由于奥灰含水层岩溶发育不均一性，在今后生产过程中要加强对底板水的探查，同时对导水构造的探查研究要予以重视。

参考文献：

[1]山西华晋吉宁煤业有限责任公司奥灰水文地质补充勘探报告[R].北京大地高科地质勘查有限公司， 2020.2.

[2]周杨.王坡井田峰峰组顶部岩层隔水性研究[J].煤矿安全， 2018， 49（05）： 43-46.

[3]李建民，张壮路，张瑞玺.赵各庄矿深部带压开采评价[J].煤炭学报， 2005（05）： 8-11.

[4]尹尚先，徐维，尹慧超，曹敏.深部开采底板厚隔水层突水危险性评价方法研究[J].煤炭科学技术， 2020， 48（01）： 83-89.