龙凤煤矿水文地质特征及充水条件分析

龙凤煤矿水文地质特征及 充水条件分析

刘秀珍

(贵州省煤田地质局地质勘察研究院， 贵州 贵阳 550081)

摘 要 ： 通过龙凤煤矿矿 区地质及水文地质调 查， 进行综合研究， 查明矿 区内区域地质、 水文地质条

件 ， 并主要从充水水源、 充水通道和充水影响程度 3 个方面对矿区充水因素进行分析 。认为矿 区属侵

蚀、 溶蚀的岩溶地貌类型 。矿井充水主要受井巷围岩性质影响， 矿 区水文地质条件以溶蚀裂隙充水为

主 。

关键词 ： 水文地质条件 ; 充水水源; 充水影响程度 ; 龙凤煤矿

中图分类号 ： T D 163 文献标识码 ： A 文章编号 ： lO04—5716(2O12)O3一O176—03

在煤矿生产过程 中， 各种充水水源通过各种充水通

道在不同充水程度的影响下进人矿井。这既决定于矿

井所处的自然地理、 地质和水文地质特征， 也决定于矿

井建设和生产过程中采矿活动对天然水文地质条件的

改变 ， 即决定于一系列 自然因素和认为因素错综复杂的

影响。因此在矿井开采前 ， 查 明区内水 文地质条件 ， 对

矿区水文地质特征及充水因素分析 ， 是水文地质工作者

的一项非常重要 的工作。

龙凤煤矿位于金沙县城南偏西 15。 ， 行政区划属金

沙县新化乡管辖。龙风煤矿 1997 年建井 ， 1999 年 8 月

投人生产 ， 投产 时生产能力 6 X 10 t/ a， 后逐步技改成

3O x 10 t/ a。龙凤煤矿为改扩建矿井 ， 设计 能力 3O ×

10 t/ a， 服务年限 31a。

矿区可采煤层 5 层 ， 即 4 、 5 、 9 、 13 、 15 煤层 ， 其 中 9

煤层全区可采， 4、 5 煤层大部分可采， 13、 15 煤层局部可

采 。4 、 5 煤层距夜郎组玉龙 山段较近 ， 13、 15 煤层距茅

口组较近 ， 开采易发生顶底板突水事故， 开采中应给予

重视 。

1 井田水文地质特征

井 田内地层按其岩性富水性划分为 3 个含水层 和

4 个隔水层 ， 从新到老依次为第 四系(Q )、 下三叠系茅草

铺组(T m )、 下三叠系夜郎组(T )、 上二叠统长兴组

(P。 c)、 上二叠统龙潭组 (P。 2)、 下二叠统茅 口组 (Pzm )。

现将各地层水文地质特征分述如下 ：

1. 1 第四系(Q )

零星分布于区内山坡槽谷及地势低洼处。岩性 以

坡积 、 残积的棕色 、 黄色等粘土、 砂砾 、 碎石等为主。无

出露泉点， 富水性弱。

1. 2 三叠系上统夜郎组(T 1 )

分为九级滩段 (T Y。 )、 玉龙 山段 (T t )和沙堡湾

段(T y )， 其中玉龙山段岩性以灰岩为主， 有较大岩溶

泉水和地下暗河 ， 该段导水性好 ， 富水性中等一强 ， 为碳

酸盐岩岩溶含水层。九级滩段 和沙堡湾段以砂 泥岩为

主， 导水性弱 ， 含水性差， 为相对隔水层 。

1. 3 二叠系下统长兴组(P。 c)

地表分布于区内中西部， 呈条带状分布。岩性主要

由厚层石灰岩为主 。裂隙岩溶发育本层导水性较强， 富

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

7. 45L / s， 水 化 学 类 型 为 H C O 。 一 C a 型 ， 矿 化 度 为

0. 245g/ L ， pH 值为 7. 61。该层富含岩溶水 ， 属岩溶裂

隙含水层 。

1. 4 二叠系下统龙潭组(P。 z)

煤系地层 出露于区内的中西部。岩性主要由砂岩 、

煤层、 泥岩 、 铝土岩、 薄层石灰岩等组成 。溪沟水排泄畅

通 ， 但补给条件差， 仅含少量浅层风化裂隙水和老窑水 ，

富水性弱 ， 为砂岩裂隙弱含水层。

1. 5 二叠系中统茅 口组(P2 )

地表无出露， 岩性 主要为石灰岩 ， 富水性强 ， 为碳酸

盐岩岩溶含水层。

2 矿井充水条件

矿井充水条件既决定于矿井所处的自然地理、 地质

和水文地质特征 ， 也决定于矿井建设和生产过程中采矿

* 收稿 日期 ： 201卜O7一 l1

作者简介： 刘秀珍(1985一 )， 女(汉族)， 青海互助人， 助理工程师， 现从事水文水资源、 煤田水工环地质研究工作。

2012 年第 3 期 西部探矿工程 177

活动对天然水文地质条件的改变 ， 即决定于一系列 自然

因素和人为因素错综复杂的影 响。它们对矿井充水所

起的作用主要为 3 个方面： 起充水水源作用、 起充水通

道作用 、 起影响充水程度 的作用， 矿井能否充水及其充

水程度的强弱， 正是上述因素相互配合、 相互制约的结

果 。

2. 1 起充水水源作用

对龙凤煤矿起充水水源作用的主要为大气降水 、 地

表水 、 老空积水、 顶板岩溶裂隙水 、 顶板砂岩裂隙水、 底

板灰岩岩溶水 ， 分述如下 ：

(1)大气降水 ： 为间接充水水源 ， 在碳酸盐类裸露 的

地段 ， 大气降水通过落水洞 ， 漏斗迅速渗入地下 ， 补给地

下水 ; 在非可溶岩分布 区， 大气降水则 沿岩石 的细小裂

隙或孔隙 ， 渗入地下 ， 其充水强度与季节和降水强度 、 持

续时间关系密切， 大气降水具有周期性变化及降水的影

响随深度减弱的特点。

(2)地表水 ： 矿区内无大型地表水 ， 仅有一条溪沟杨

家沟， 规模不大， 由两条小溪汇合而成， 发育于矿区南部

夜郎组灰岩地 层， 由北部流 出矿外 ， 经 D z 断面观测最

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

640. 00L / s。

(3)老空积水 ： 矿井周围有 5 个生产小煤矿 ， 均开采

9号煤层， 这些煤矿开采时间长， 大部分老窑积水， 小煤

矿在开采时无严格的管理 ， 采空区位置不清 ， 水体几何

形状极不规则 ， 空间分布极不规律， 采空积水 区都分布

于矿井浅部 ， 位置居高临下 ， 不受含水介质制约 ， 且老空

积水中含 s 一高， pH 值低， 具酸性， 有腐蚀性， 有时随

水喷出有害气体 ， 对煤矿的安全生产造成一定的安全隐

患 。

(4)顶板岩溶裂隙水 ： 煤系地层顶部主要有长兴组

及夜郎组玉龙山段灰岩岩溶含水层 ， 根据顶板裂隙带计

算得开采 9 煤层及以上煤层会导致长兴组灰岩水进入

矿井 ， 而不会导致夜郎组玉龙山段灰岩水进入矿井， 但

是一旦两组地层被沟通 ， 大量灰岩水涌入矿井， 将造成

水害事故 ， 应给予重视 。

。

(5)顶板砂岩裂隙水 ： 为煤系地层上段及上覆薄层

砂岩 ， 该地层含水性较小 ， 而且易疏干 ， 可作为矿井开采

的相对隔水层 。

(6)底板灰岩岩溶水 ： 煤 系地层底部直接与茅 口组

灰岩地层接触， 该层溶洞及暗河极发育， 富水性极强， 地

表 出露泉点多属于该地层 。15 号较稳定煤层 与茅 口组

顶部距约 5m ， 局部地区直接接触 ， 在开采过程中， 该层

一

旦通过构造裂隙及断裂带沟通 ， 将会对矿井造成水害

事故。

2. 2 起充水通道作用

对龙凤煤矿起充水通道作用的主要为断裂构造及

岩溶塌陷。

(1)断裂构造 ： 是矿井充水的重要通道 ， 主要表现在

断层的导水和储水作用、 断层缩短了煤层与含水层的距

离 、 降低 了岩层 的强度。龙凤煤矿 范围内发现断层 15

条 ， 均为隐伏断层 ， 落差均小于 30m ， 其 中 F 、 F1一 s导水

性较好 ， 可成为矿井充水的良好通道。当断层将上覆或

下伏含水层与开采层的间距拉近或接触时， 则易造成水

害。由于断层破碎带岩石强度低， 加之围岩开挖形成卸

荷作用 ， 将改变断层裂隙的 自然状态 ， 易沟通地表水 ， 地

下水。造成地表水 、 地下水沿断层破碎带涌人井巷。

(2)岩溶塌陷： 岩溶塌陷是煤系地层下伏的茅口组

灰岩顶部岩溶发育 ， 常形成 巨大 的溶洞 ， 使 上覆地层失

去支撑 ， 从而在重力作用下垮落形成 。根据岩溶空间的

大小、 岩溶水 的径流和排泄条件 、 上覆地层 的岩性及构

造裂隙发育程度等 ， 而成为重要的导水通道之一 。

2. 3 起影响充水程度

即影响矿井水量 (包括正常涌水量 、 最大涌水量 和

突水量)大小和防治水难易程度的作用。如井巷相对于

当地侵蚀基准面的位置 、 井巷距水体的远近 、 各种水源

本身的特征及其补给条件等。

(1)地形 ： 地形直接影响矿井水的汇集和排泄 ， 它是

控制矿井涌水量大小和防治工作难易程度的主要因素

之一 ， 主要表现在矿井相对 于当地侵蚀基准面 的位置

上 。对于龙凤煤矿来说， 主要矿体位于当地侵蚀基准面

(1078. 0m )以下 ， 地形有利于各类充水水源向矿井汇集

而不利排泄 ， 但龙凤煤矿周边无大型河流， 即远离地表

水体 ， 地表水对矿井充水 的影响较小。

(2)井巷围岩的性质 ： 当井巷围岩为含水层时 ， 储存

于其中的地下水就会成为矿井充水的水源 。当井巷围

岩为隔水层时， 如果厚度大而稳定 ， 且有足够的强度 ， 可

起阻止周 围的水向矿井充水 的作用; 反之， 隔水层厚度

小或不稳定 ， 且强度较低， 或存在各种天然或人为通道

时 ， 即使含水层距井巷较远 ， 仍能对矿井充水。由此可

见 ， 井巷围岩的性质对矿井充水起重要作用 。

①充水岩层对矿井充水的影响 ： 主要取决于充水岩

层的含水空间特性 、 厚度和分布范围、 出露和补给条件

3 个 因素。充水岩层分为直接充水含水层和间接充水

含水层两类 。

对于龙凤煤矿， 龙潭组 和茅 口组为直接充水含水

层。其中： 龙潭组岩性主要为以灰、 深灰色薄一中厚层

粉砂岩、 粉砂质泥岩及泥岩为主， 夹细砂岩、 钙质泥岩及

4～7 层灰 岩 、 泥质灰 岩 ， 含煤 9～ 2l 层 ， 厚 81. 98 ～

l78 西部探矿工程 2012 年第 3 期

107. 49m ， 平均 98. 58m 。为裂隙充水岩层 ， 含水空 间发

育不均一， 其富水性受裂隙发育程度、 分布规律和补给

条件的控制， 富水性较弱， 通常表现为淋水、 滴水或渗

水 ， 水量一般不大， 当无其他水源补给时， 单个出水点的

水量随时间而减少 ， 矿井涌水量初期随巷道掘进长度和

回采面积 的增加而增大 ， 逐渐趋于稳定 。该层全 区分

布， 区内无地表出露 ， 龙潭组与上覆长兴组呈整合接触，

与下伏茅口组呈假整合接触， 均可作为龙潭组的补给边

界 。

茅口组岩性上部为浅灰色至灰白色， 中厚至厚层状

生物碎屑岩 ; 下部为燧石条带灰岩 、 灰岩及硅质岩 ， 区域

厚 181~ 258m 。为岩溶充水岩层 ， 由于其含水空间分布

极不均一， 致使岩溶水具有宏观上的统一水力联系而局

部水力联系不好， 且水力分布极不均匀的特点。岩溶充

水岩层对矿井充水影响有两个特点： 位于岩溶发育强径

流带上的矿井易发生 突水且 突水频率高 ， 矿井 涌水量

大; 矿井充水以突水为主。该层全区分布， 区内地表无

出露， 其接受侧向补给的能力强， 为矿井突水创造了条

件， 经钻孔简易水文地质情况观测， 2～5 号钻孑 L在揭露

茅口组地层时涌水， 水头高出地表 llm ， 在高出地表

1. 30m 处放水 ， 流量达 1. 4047L / s， 为一突水点。

含煤地层上覆的夜郎组玉龙山段和长兴组间接充

水含水层。其中： 夜郎组玉龙山段岩性主要为浅灰一灰

色薄一中厚层状灰 岩， 全区分布 ， 厚 193. 79~ 216. 14m ，

平均 208. 69m ， 为裂隙及 岩溶充水岩层 。区内广泛 出

露 ， 该层有较大岩溶泉水和地下暗河， 调查泉点 15 个 ，

岩溶点 2 个 ， 为干溶 洞 ， 泉点最大流量达 10. 60L / s， 一

般 5. 16I / s。

长兴组岩性为灰、 深灰色中厚一厚层状燧石灰岩，

厚度较茅口组小， 全部分布， 厚 33. 96～43. 28m ， 平均

38. 88m 。为裂隙及岩溶充水岩层 。仅在区内中部龙凤

煤矿副井井 口附近有少量 出露 ， 经钻孔简易水文地质情

况观 测， 4 — 2 号钻 孔 在揭 露 该地 层 时涌 水 ， 流 量 达

0. 30L/ s。

②隔水岩层对矿井充水的影响： 主要取决于隔水岩

层的阻水能力、 厚度和稳定性、 岩性组合关系 3 个方面。

松散层中的粘土 、 坚硬岩石 中含泥质高的柔性岩石

和胶结很好而且裂隙、 岩溶不发育的岩层 ， 以及 经过后

期胶结的断层破碎带都可以起到良好的阻水作用。隔

水岩层的厚度愈大 ， 愈能在各种情况下有效地阻止水进

入矿井， 由刚、 柔相间的岩层组成的隔水岩层则 更有利

于抵抗矿压与水压的综合作用， 在厚度相同的情况下更

有利于抑制底板突水。 ;

龙凤煤 矿煤 系地层 顶 部 有夜 郎组 沙堡 湾 段 (厚

3. 12~ 19. 25m )作为相对隔水层 ， 阻隔玉龙 山段溶 隙水

进人矿井 ， 另外 ， 4 号煤层为最高层位可采煤层 ， 长兴组

与 4 号 煤 层 之 间 为 砂 泥 岩 相 对 隔水 层 ， 厚 12. 95～

31. 72m ， 亦起到阻隔长兴溶隙水进人矿井。但需知隔

水岩层 的隔水性质不是不变的 ， 在水压作用或长期渗透

影响及矿压等人为因素影 响下 ， 可 由阻水变为导水 ， 此

外， 由于地质作用的复杂多变性， 隔水层既可能因变薄、

尖灭而形成“ 天窗” ， 也可能 因断层 、 陷落柱等破碎其完

整性而形成导水通道 ， 是矿井充水 。

(3)地质构造 ： 地质构造是影响矿井充水 的重要 因

素， 大多数矿井突水都与地质构造有关。

区内总体为走向近南东一北西的单斜构造， 不易于

汇集和储存地下水 ， 对矿井充水影响不 大; 区内发育有

一

定程度的小断层 ， 如钻孔 中见岩石破 碎等、 煤层层 间

距变小的断层迹象， 在 15号煤层附近常见挤压破碎带，

为小型构造。从总体看， 区内构造复杂程度应为中等。

3 结束语

龙凤煤矿充水条件较为复杂， 充水水源较多， 充水

影响因素较多， 主要威胁为上覆长兴组灰岩溶 隙水 、 下

伏茅口组灰岩溶洞水及煤系本身的裂隙水， 另外， 由于

本区地层倾角较小， 雨洪季节大气降水及地表水对矿井

的影响较大 。生产中应坚持先易后难 ， 先近后远， 先地

面后井下 ， 先重点后一般 ， 地面与井下相结合 ， 重点与一

般相结合。在 防治水 害的同时 ， 注 意矿井水 的综 合利

用， 除弊兴利， 实现排供结合， 保护矿区地下水资源和环

境 。

参考文献：

[1] 贵州省煤 田地质局一七四队. 贵州省金沙县龙凤煤矿勘探

地质报告ER2. 2009.

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[5] 房佩贤， 卫中鼎， 廖资生. 专门