陜西府谷礦區馮家塔井田礦床充水因素分析
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摘要：馮家塔井田位于府谷縣城北北東方向約15km的府谷縣石炭―二疊紀煤礦區，區內水系發育，黃河由北而南縱貫井田東部。井田內的黃河支流海則廟溝和清水川及其支溝在區內形成網狀水系，兩河流長年流水，但除降水期外流量不大。受區域水文地質的控制，井田在與區域水文地質特征的一致性的同時，受地層分布、埋藏及其地貌的影響，又顯示其差異性。
關鍵詞：府谷縣石炭―二疊紀煤礦區，馮家塔井田，礦床充水，因素分析
0前言
陜北府谷石炭-二疊紀府谷礦區區域上位于陜甘寧臺坳北部東緣，東側鄰接晉西撓褶帶北端，北側鄰接晉北偏關-恒山區域性東西向構造帶與晉西撓褶帶的反接復合部位，西側鄰接陜北臺凹。整體為一向西傾斜的單斜體，其中主要發育兩組構造，即走向北北東方向、以墻頭-高石崖區域性撓褶帶為代表的褶皺構造和走向北西方向、以清水川地塹為代表的脆性斷裂（帶）構造。受區域水文地質的控制，井田在與區域水文地質特征的一致性的同時，受地層分布、埋藏及其地貌的影響，又顯示其差異性。
一、含（隔）水層水文地質特征
受區域水文地質的控制，井田顯示了與區域水文地質特征的一致性，但由于受地層分布、埋藏及其地貌的影響，又顯示了小區域的差異性。根據地下水的埋藏條件及含水介質，區內地下水劃分為即：松散巖類孔隙水，碎屑巖類孔隙裂隙水，碳酸鹽巖類巖溶裂隙水三種類型。較厚層泥巖和粘土巖為隔水層。
二、充水因素分析
?。ㄒ唬┑V坑充水水源
礦坑充水有大氣降水、地表水、地下水、老窯積水和巖溶水等五個因素。
1、大氣降水
大氣降水為礦井充水的間接充水水源，區內年平均降水量最大849.6mm，且多集中在7～8月份。據小窯調查，礦井涌水量一般滯后大氣降水半天至一天時間。
2、地表水
井田由于靠近黃河及處于清水川、海則廟谷底地段，煤層埋藏較淺，煤層開采冒裂帶多已穿過地表與這些水體及風化裂隙帶水溝通，使地表水成為礦坑的直接充水水源或間接充水水源。
3、地下水
本區含煤地層以上地下水富水性弱至中等，含煤地層含水層基本上是煤層的直接充水含水層，侵蝕基準面以上的煤層頂板砂巖富水性弱，易于排水。侵蝕基準面以下煤層頂板均為承壓水含水層，富水性弱至中等，易于疏干，對開采不會造成危害。
井田北緣為清水川地塹由兩條張性斷裂組成，可與基巖風化裂隙帶及煤層冒裂帶相連通，成為礦坑充水的直接或間接充水水源。
4、老窯積水
據調查區內眾多小煤礦及老窯多分布在井田的東側，地層產狀向西傾斜，煤層開采臨近老窯時老窯積水有涌入礦坑的可能。
5、灰巖巖溶水
井田東南部黃河沿岸附近巖溶水水頭低于煤層底界，對煤層開采不會造成影響；西部巖溶水頭高出煤層底界達101.53～264.93m，巖溶水伏于煤層以下，全區均有分布，其水頭高、水量大，是開采煤層最具威脅性的間接充水水源，其承壓水頭西北高東南低，標高約835.29～859.72m，平均840m。據此分析，巖溶水對6號煤層及其以下各煤層（6-11號煤層）開采都可能造成不同的影響。
?。ǘ┑V坑充水通道
煤層開采后形成的冒落帶及導水裂隙帶是礦坑充水的主要通道，其存在溝通了不同基巖含水層，并使松散層潛水、風化裂隙帶潛水由間接充水含水層可能轉化為直接充水含水層而進入礦坑。而伏于煤系以下的巖溶水是根據煤層底板的突水系數而決定其底板突水的可能性。清水川地塹斷裂帶為不可忽視的充水通道。
經計算本井田各煤層冒落帶、導水裂隙帶高度及它們之間的溝通關系見表1。由表可知，煤層之間的冒落帶部分煤層相互溝通，而它們之間的導水裂隙帶則相互溝通。
表1煤層冒落帶、導水裂隙帶高度統計表
我國北方煤礦區突水系數一般為0.60～1.50，考慮到區內煤層開采安全，選擇臨界突水系數為0.60。區內除東南角黃河沿岸附近巖溶水水頭低于煤層底界外，絕大部分地段巖溶水水頭均高于煤層底界。井田內11號煤層底板突水系數計算結果詳見表2。
表2 11號煤層底板突水系數計算結果表
3、清水川地塹導水性
根據地塹內外相同層位的出露位置及高程，以及ZKS3500孔揭露地層的情況，該地塹垂直落差140米左右。兩斷裂帶均與極為豐富的奧陶系巖溶水溝通。（圖1）
三、充水強度分析
充水水源的強弱、直接充水含水層的富水程度及冒裂帶發育高度等因素決定了本井田礦坑的充水強度，各煤層底板的巖溶水突水問題則取決于隔水層厚度及高出煤層底板的水頭高度。
區內黃河岸邊、清水川及海則廟溝等河谷地帶，煤層埋藏淺，煤層冒裂帶多已穿過地表與地表水及風化裂隙帶水溝通，其各煤層單獨開采時所溝通范圍多在清水川、海則廟溝底及井田東側。
煤層從上到下，由2號至11號煤層，其溝通范圍向東逐漸縮小。當煤層處于梁峁之下，基巖富水性微弱，導水系數很小，盡管冒裂帶溝通了不同含水層，但礦井涌水量較小，即煤層開采時充水強度較??；當位于溝通范圍的清水川及海則廟谷底，不僅地表水豐富，尤其7～9月份的雨季，洪水泛濫，而且第四系及基巖風化帶含水層富水性較強，故井田開采時充水強度大，礦井涌水量大。尤其是所有煤層均被開采后，冒裂帶上下連通，礦坑涌水量將明顯增大。
靠近黃河岸邊的煤層除井田東北角小范圍內9-1～11號煤層伏于地表以下外，大多地段煤層高出黃河水面，而且煤層開采范圍大多據黃河較遠，其下又有本溪組泥巖相隔，故黃河水對煤層開采沒有直接影響，僅通過補給巖溶水對煤層開采造成間接影響。
清水川地塹對煤層開采的影響及斷裂帶、斷塊的富水性及導水性的強弱，據S3510孔、S3610孔、ZK3605孔的抽水試驗結果，鉆孔已揭穿斷裂帶，清水川地塹斷塊及斷裂帶內水量不大，富水性弱，導水性差，對煤層開采不會造成威脅。但在煤層開采臨近斷裂時，還應注意觀測礦坑涌水量的變化。
井田最下部的11號煤層，巖溶水水頭在3001、3003、2805、2603及S2010孔連線以東低于煤層底板，突水系數為0；向西及北突水系數逐漸增大，至S3605、3406及S2810孔連線已達臨界突水系數0.6，當在小于突水系數0.6的范圍內對該煤層的開采將不會產生突水現象。由于受墻頭―高石崖撓折帶的影響，再向西突水系數急劇增大，至井田西界增大到0.93～1.87（圖2），水頭高出煤層底板197.70～359.20m，在此范圍內開采11號煤層突水的可能性較大。
11號煤層之上的10-2～6號煤層，其底板距奧陶系頂界面距離逐漸加大，臨界（0.6）突水系數界線較11號煤層逐漸西移，可能突水范圍向西逐漸退縮，安全采煤范圍愈來愈大。 在安全采煤范圍內煤層開采將不會產生底板突水現象，在突水可能發生區域采煤應引起足夠的重視，以防突水事故的發生。
四、結論
井田內地下水有松散巖類孔隙水，碎屑巖類孔隙裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶裂隙水三種類型。奧陶系灰巖巖溶水是區內主要含水層，通過抽水試驗及巖溶水水頭標高資料分析，區內奧陶系灰巖巖溶水對井田內的6～11號煤層西部地段均有不同程度的突水可能。
井田除東、西部靠近河谷、撓折帶地帶礦井充水強度較大外，其余地段可采煤層多數處在侵蝕基準面以上，所有煤層的直接充水含水層為頂板砂巖（少數為灰巖）含水層，地下水補給條件較差，富水性微弱，導水系數小，開采時的充水強度小。
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