龍鳳煤礦水文地質特征及充水條件分析

龍鳳煤礦水文地質特征及 充水條件分析

劉秀珍

(貴州省煤田地質局地質勘察研究院， 貴州 貴陽 550081)

摘 要 ： 通過龍鳳煤礦礦 區地質及水文地質調 查， 進行綜合研究， 查明礦 區內區域地質、 水文地質條

件 ， 並主要從充水水源、 充水通道和充水影響程度 3 個方麵對礦區充水因素進行分析 。認為礦 區屬侵

蝕、 溶蝕的岩溶地貌類型 。礦井充水主要受井巷圍岩性質影響， 礦 區水文地質條件以溶蝕裂隙充水為

主 。

關鍵詞 ： 水文地質條件 ; 充水水源; 充水影響程度 ; 龍鳳煤礦

中圖分類號 ： T D 163 文獻標識碼 ： A 文章編號 ： lO04—5716(2O12)O3一O176—03

在煤礦生產過程 中， 各種充水水源通過各種充水通

道在不同充水程度的影響下進人礦井。這既決定於礦

井所處的自然地理、 地質和水文地質特征， 也決定於礦

井建設和生產過程中采礦活動對天然水文地質條件的

改變 ， 即決定於一係列 自然因素和認為因素錯綜複雜的

影響。因此在礦井開采前 ， 查 明區內水 文地質條件 ， 對

礦區水文地質特征及充水因素分析 ， 是水文地質工作者

的一項非常重要 的工作。

龍鳳煤礦位於金沙縣城南偏西 15。 ， 行政區劃屬金

沙縣新化鄉管轄。龍風煤礦 1997 年建井 ， 1999 年 8 月

投人生產 ， 投產 時生產能力 6 X 10 t/ a， 後逐步技改成

3O x 10 t/ a。龍鳳煤礦為改擴建礦井 ， 設計 能力 3O ×

10 t/ a， 服務年限 31a。

礦區可采煤層 5 層 ， 即 4 、 5 、 9 、 13 、 15 煤層 ， 其 中 9

煤層全區可采， 4、 5 煤層大部分可采， 13、 15 煤層局部可

采 。4 、 5 煤層距夜郎組玉龍 山段較近 ， 13、 15 煤層距茅

口組較近 ， 開采易發生頂底板突水事故， 開采中應給予

重視 。

1 井田水文地質特征

井 田內地層按其岩性富水性劃分為 3 個含水層 和

4 個隔水層 ， 從新到老依次為第 四係(Q )、 下三疊係茅草

鋪組(T m )、 下三疊係夜郎組(T )、 上二疊統長興組

(P。 c)、 上二疊統龍潭組 (P。 2)、 下二疊統茅 口組 (Pzm )。

現將各地層水文地質特征分述如下 ：

1. 1 第四係(Q )

零星分布於區內山坡槽穀及地勢低窪處。岩性 以

坡積 、 殘積的棕色 、 黃色等粘土、 砂礫 、 碎石等為主。無

出露泉點， 富水性弱。

1. 2 三疊係上統夜郎組(T 1 )

分為九級灘段 (T Y。 )、 玉龍 山段 (T t )和沙堡灣

段(T y )， 其中玉龍山段岩性以灰岩為主， 有較大岩溶

泉水和地下暗河 ， 該段導水性好 ， 富水性中等一強 ， 為碳

酸鹽岩岩溶含水層。九級灘段 和沙堡灣段以砂 泥岩為

主， 導水性弱 ， 含水性差， 為相對隔水層 。

1. 3 二疊係下統長興組(P。 c)

地表分布於區內中西部， 呈條帶狀分布。岩性主要

由厚層石灰岩為主 。裂隙岩溶發育本層導水性較強， 富

水性 中 等 一 強 。泉 水 流 量 6.7 ～ 30.00I / s， 一 般

7. 45L / s， 水 化 學 類 型 為 H C O 。 一 C a 型 ， 礦 化 度 為

0. 245g/ L ， pH 值為 7. 61。該層富含岩溶水 ， 屬岩溶裂

隙含水層 。

1. 4 二疊係下統龍潭組(P。 z)

煤係地層 出露於區內的中西部。岩性主要由砂岩 、

煤層、 泥岩 、 鋁土岩、 薄層石灰岩等組成 。溪溝水排泄暢

通 ， 但補給條件差， 僅含少量淺層風化裂隙水和老窯水 ，

富水性弱 ， 為砂岩裂隙弱含水層。

1. 5 二疊係中統茅 口組(P2 )

地表無出露， 岩性 主要為石灰岩 ， 富水性強 ， 為碳酸

鹽岩岩溶含水層。

2 礦井充水條件

礦井充水條件既決定於礦井所處的自然地理、 地質

和水文地質特征 ， 也決定於礦井建設和生產過程中采礦

* 收稿 日期 ： 201卜O7一 l1

作者簡介： 劉秀珍(1985一 )， 女(漢族)， 青海互助人， 助理工程師， 現從事水文水資源、 煤田水工環地質研究工作。

2012 年第 3 期 西部探礦工程 177

活動對天然水文地質條件的改變 ， 即決定於一係列 自然

因素和人為因素錯綜複雜的影 響。它們對礦井充水所

起的作用主要為 3 個方麵： 起充水水源作用、 起充水通

道作用 、 起影響充水程度 的作用， 礦井能否充水及其充

水程度的強弱， 正是上述因素相互配合、 相互製約的結

果 。

2. 1 起充水水源作用

對龍鳳煤礦起充水水源作用的主要為大氣降水 、 地

表水 、 老空積水、 頂板岩溶裂隙水 、 頂板砂岩裂隙水、 底

板灰岩岩溶水 ， 分述如下 ：

(1)大氣降水 ： 為間接充水水源 ， 在碳酸鹽類裸露 的

地段 ， 大氣降水通過落水洞 ， 漏鬥迅速滲入地下 ， 補給地

下水 ; 在非可溶岩分布 區， 大氣降水則 沿岩石 的細小裂

隙或孔隙 ， 滲入地下 ， 其充水強度與季節和降水強度 、 持

續時間關係密切， 大氣降水具有周期性變化及降水的影

響隨深度減弱的特點。

(2)地表水 ： 礦區內無大型地表水 ， 僅有一條溪溝楊

家溝， 規模不大， 由兩條小溪彙合而成， 發育於礦區南部

夜郎組灰岩地 層， 由北部流 出礦外 ， 經 D z 斷麵觀測最

大流 量 5602.8L / s， 最 小 流 量 258.00L/ s，一 般

640. 00L / s。

(3)老空積水 ： 礦井周圍有 5 個生產小煤礦 ， 均開采

9號煤層， 這些煤礦開采時間長， 大部分老窯積水， 小煤

礦在開采時無嚴格的管理 ， 采空區位置不清 ， 水體幾何

形狀極不規則 ， 空間分布極不規律， 采空積水 區都分布

於礦井淺部 ， 位置居高臨下 ， 不受含水介質製約 ， 且老空

積水中含 s 一高， pH 值低， 具酸性， 有腐蝕性， 有時隨

水噴出有害氣體 ， 對煤礦的安全生產造成一定的安全隱

患 。

(4)頂板岩溶裂隙水 ： 煤係地層頂部主要有長興組

及夜郎組玉龍山段灰岩岩溶含水層 ， 根據頂板裂隙帶計

算得開采 9 煤層及以上煤層會導致長興組灰岩水進入

礦井 ， 而不會導致夜郎組玉龍山段灰岩水進入礦井， 但

是一旦兩組地層被溝通 ， 大量灰岩水湧入礦井， 將造成

水害事故 ， 應給予重視 。

。

(5)頂板砂岩裂隙水 ： 為煤係地層上段及上覆薄層

砂岩 ， 該地層含水性較小 ， 而且易疏幹 ， 可作為礦井開采

的相對隔水層 。

(6)底板灰岩岩溶水 ： 煤 係地層底部直接與茅 口組

灰岩地層接觸， 該層溶洞及暗河極發育， 富水性極強， 地

表 出露泉點多屬於該地層 。15 號較穩定煤層 與茅 口組

頂部距約 5m ， 局部地區直接接觸 ， 在開采過程中， 該層

一

旦通過構造裂隙及斷裂帶溝通 ， 將會對礦井造成水害

事故。

2. 2 起充水通道作用

對龍鳳煤礦起充水通道作用的主要為斷裂構造及

岩溶塌陷。

(1)斷裂構造 ： 是礦井充水的重要通道 ， 主要表現在

斷層的導水和儲水作用、 斷層縮短了煤層與含水層的距

離 、 降低 了岩層 的強度。龍鳳煤礦 範圍內發現斷層 15

條 ， 均為隱伏斷層 ， 落差均小於 30m ， 其 中 F 、 F1一 s導水

性較好 ， 可成為礦井充水的良好通道。當斷層將上覆或

下伏含水層與開采層的間距拉近或接觸時， 則易造成水

害。由於斷層破碎帶岩石強度低， 加之圍岩開挖形成卸

荷作用 ， 將改變斷層裂隙的 自然狀態 ， 易溝通地表水 ， 地

下水。造成地表水 、 地下水沿斷層破碎帶湧人井巷。

(2)岩溶塌陷： 岩溶塌陷是煤係地層下伏的茅口組

灰岩頂部岩溶發育 ， 常形成 巨大 的溶洞 ， 使 上覆地層失

去支撐 ， 從而在重力作用下垮落形成 。根據岩溶空間的

大小、 岩溶水 的徑流和排泄條件 、 上覆地層 的岩性及構

造裂隙發育程度等 ， 而成為重要的導水通道之一 。

2. 3 起影響充水程度

即影響礦井水量 (包括正常湧水量 、 最大湧水量 和

突水量)大小和防治水難易程度的作用。如井巷相對於

當地侵蝕基準麵的位置 、 井巷距水體的遠近 、 各種水源

本身的特征及其補給條件等。

(1)地形 ： 地形直接影響礦井水的彙集和排泄 ， 它是

控製礦井湧水量大小和防治工作難易程度的主要因素

之一 ， 主要表現在礦井相對 於當地侵蝕基準麵 的位置

上 。對於龍鳳煤礦來說， 主要礦體位於當地侵蝕基準麵

(1078. 0m )以下 ， 地形有利於各類充水水源向礦井彙集

而不利排泄 ， 但龍鳳煤礦周邊無大型河流， 即遠離地表

水體 ， 地表水對礦井充水 的影響較小。

(2)井巷圍岩的性質 ： 當井巷圍岩為含水層時 ， 儲存

於其中的地下水就會成為礦井充水的水源 。當井巷圍

岩為隔水層時， 如果厚度大而穩定 ， 且有足夠的強度 ， 可

起阻止周 圍的水向礦井充水 的作用; 反之， 隔水層厚度

小或不穩定 ， 且強度較低， 或存在各種天然或人為通道

時 ， 即使含水層距井巷較遠 ， 仍能對礦井充水。由此可

見 ， 井巷圍岩的性質對礦井充水起重要作用 。

①充水岩層對礦井充水的影響 ： 主要取決於充水岩

層的含水空間特性 、 厚度和分布範圍、 出露和補給條件

3 個 因素。充水岩層分為直接充水含水層和間接充水

含水層兩類 。

對於龍鳳煤礦， 龍潭組 和茅 口組為直接充水含水

層。其中： 龍潭組岩性主要為以灰、 深灰色薄一中厚層

粉砂岩、 粉砂質泥岩及泥岩為主， 夾細砂岩、 鈣質泥岩及

4～7 層灰 岩 、 泥質灰 岩 ， 含煤 9～ 2l 層 ， 厚 81. 98 ～

l78 西部探礦工程 2012 年第 3 期

107. 49m ， 平均 98. 58m 。為裂隙充水岩層 ， 含水空 間發

育不均一， 其富水性受裂隙發育程度、 分布規律和補給

條件的控製， 富水性較弱， 通常表現為淋水、 滴水或滲

水 ， 水量一般不大， 當無其他水源補給時， 單個出水點的

水量隨時間而減少 ， 礦井湧水量初期隨巷道掘進長度和

回采麵積 的增加而增大 ， 逐漸趨於穩定 。該層全 區分

布， 區內無地表出露 ， 龍潭組與上覆長興組呈整合接觸，

與下伏茅口組呈假整合接觸， 均可作為龍潭組的補給邊

界 。

茅口組岩性上部為淺灰色至灰白色， 中厚至厚層狀

生物碎屑岩 ; 下部為燧石條帶灰岩 、 灰岩及矽質岩 ， 區域

厚 181~ 258m 。為岩溶充水岩層 ， 由於其含水空間分布

極不均一， 致使岩溶水具有宏觀上的統一水力聯係而局

部水力聯係不好， 且水力分布極不均勻的特點。岩溶充

水岩層對礦井充水影響有兩個特點： 位於岩溶發育強徑

流帶上的礦井易發生 突水且 突水頻率高 ， 礦井 湧水量

大; 礦井充水以突水為主。該層全區分布， 區內地表無

出露， 其接受側向補給的能力強， 為礦井突水創造了條

件， 經鑽孔簡易水文地質情況觀測， 2～5 號鑽孑 L在揭露

茅口組地層時湧水， 水頭高出地表 llm ， 在高出地表

1. 30m 處放水 ， 流量達 1. 4047L / s， 為一突水點。

含煤地層上覆的夜郎組玉龍山段和長興組間接充

水含水層。其中： 夜郎組玉龍山段岩性主要為淺灰一灰

色薄一中厚層狀灰 岩， 全區分布 ， 厚 193. 79~ 216. 14m ，

平均 208. 69m ， 為裂隙及 岩溶充水岩層 。區內廣泛 出

露 ， 該層有較大岩溶泉水和地下暗河， 調查泉點 15 個 ，

岩溶點 2 個 ， 為幹溶 洞 ， 泉點最大流量達 10. 60L / s， 一

般 5. 16I / s。

長興組岩性為灰、 深灰色中厚一厚層狀燧石灰岩，

厚度較茅口組小， 全部分布， 厚 33. 96～43. 28m ， 平均

38. 88m 。為裂隙及岩溶充水岩層 。僅在區內中部龍鳳

煤礦副井井 口附近有少量 出露 ， 經鑽孔簡易水文地質情

況觀 測， 4 — 2 號鑽 孔 在揭 露 該地 層 時湧 水 ， 流 量 達

0. 30L/ s。

②隔水岩層對礦井充水的影響： 主要取決於隔水岩

層的阻水能力、 厚度和穩定性、 岩性組合關係 3 個方麵。

鬆散層中的粘土 、 堅硬岩石 中含泥質高的柔性岩石

和膠結很好而且裂隙、 岩溶不發育的岩層 ， 以及 經過後

期膠結的斷層破碎帶都可以起到良好的阻水作用。隔

水岩層的厚度愈大 ， 愈能在各種情況下有效地阻止水進

入礦井， 由剛、 柔相間的岩層組成的隔水岩層則 更有利

於抵抗礦壓與水壓的綜合作用， 在厚度相同的情況下更

有利於抑製底板突水。 ;

龍鳳煤 礦煤 係地層 頂 部 有夜 郎組 沙堡 灣 段 (厚

3. 12~ 19. 25m )作為相對隔水層 ， 阻隔玉龍 山段溶 隙水

進人礦井 ， 另外 ， 4 號煤層為最高層位可采煤層 ， 長興組

與 4 號 煤 層 之 間 為 砂 泥 岩 相 對 隔水 層 ， 厚 12. 95～

31. 72m ， 亦起到阻隔長興溶隙水進人礦井。但需知隔

水岩層 的隔水性質不是不變的 ， 在水壓作用或長期滲透

影響及礦壓等人為因素影 響下 ， 可 由阻水變為導水 ， 此

外， 由於地質作用的複雜多變性， 隔水層既可能因變薄、

尖滅而形成“ 天窗” ， 也可能 因斷層 、 陷落柱等破碎其完

整性而形成導水通道 ， 是礦井充水 。

(3)地質構造 ： 地質構造是影響礦井充水 的重要 因

素， 大多數礦井突水都與地質構造有關。

區內總體為走向近南東一北西的單斜構造， 不易於

彙集和儲存地下水 ， 對礦井充水影響不 大; 區內發育有

一

定程度的小斷層 ， 如鑽孔 中見岩石破 碎等、 煤層層 間

距變小的斷層跡象， 在 15號煤層附近常見擠壓破碎帶，

為小型構造。從總體看， 區內構造複雜程度應為中等。

3 結束語

龍鳳煤礦充水條件較為複雜， 充水水源較多， 充水

影響因素較多， 主要威脅為上覆長興組灰岩溶 隙水 、 下

伏茅口組灰岩溶洞水及煤係本身的裂隙水， 另外， 由於

本區地層傾角較小， 雨洪季節大氣降水及地表水對礦井

的影響較大 。生產中應堅持先易後難 ， 先近後遠， 先地

麵後井下 ， 先重點後一般 ， 地麵與井下相結合 ， 重點與一

般相結合。在 防治水 害的同時 ， 注 意礦井水 的綜 合利

用， 除弊興利， 實現排供結合， 保護礦區地下水資源和環

境 。

參考文獻：

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