红柳林煤矿直罗组砂岩含水层特征及防治水对策.pdf

收稿日期：基金项目：陕西煤业化工集团有限公司 年度重点科研项目（）作者简介：郭涛（），男，陕西榆林人，工程师，现从事煤炭地质勘查工作。红柳林煤矿直罗组砂岩含水层特征及防治水对策郭涛，苗彦平，马万超，杨磊，路波（陕西省一八五煤田地质有限公司，陕西 榆林 ；陕煤集团神木红柳林矿业公司，陕西 榆林 ；陕西省地质环境监测总站，陕西 西安 ）摘要：直罗组古河道砂岩含水层成为陕北侏罗纪煤田中西部矿井涌水的主要充水水源，直接威胁着煤矿的安全生产。揭示直罗组砂岩含水层水文地质条件及对煤矿开采的影响，在分析直罗组砂岩含水层分布及厚度的基础上，认为红柳林煤矿西一盘区应以防控直罗组古河道砂岩含水层为主。该含水层具有分布面积大、区域连通性好等特征，虽然在原始应力状态下富水性较弱，但在采动影响下，裂隙发育后渗透性明显增强，应加强西一盘区水文地质补充勘探。进一步查明直罗组古河道砂岩含水层水文地质条件，是红柳林煤矿西一盘区防治水的重点工作。关键词：直罗组；古河道；砂岩含水层；防治水；保水采煤中图分类号：；文献标志码：文章编号：（），（，；，；，）：，：；引言红柳林煤矿是神府南区生产能力 的特大型矿井，近年来，煤矿东盘区开采已经接近尾声，西一盘区即将开发。与东盘区比较，西一盘区水文地质条件发生了很大变化，直罗组古河道砂岩含水第 期郭涛苗彦平马万超等红柳林煤矿直罗组砂岩含水层特征及防治水对策层成为西盘区煤矿防治水的重点防控对象 。直罗组古河道砂岩很早就被认识到，年陕西省一八五煤田地质有限公司及李思田教授等就在科研成果中阐述了直罗组古河道的分布范围 ，但当时地质勘查程度、对于古河道砂岩控制精度较低。近年来，直罗组古河道砂岩含水层成为陕北侏罗纪煤田中西部矿井涌水的主要充水水源，也直接威胁着煤矿安全，大水矿井形成多与直罗组砂岩含水层有关 ，其成为陕北侏罗纪煤田顶板水害防治的重要防控目标层位，红柳林煤矿西一盘区 煤层开采就直接受到直罗组砂岩含水层地下水的威胁。为此，论述直罗组古河道砂岩含水层分布、富水性，以提出红柳林煤矿西一盘区防治水对策。直罗组砂岩含水层分布及厚度直罗组古河道砂岩含水层在区域上分布于内蒙古自治区东胜市到陕西省神木市一带，形成了一个巨大的古河道砂体含水层。砂体上段以泥岩为主，下段以中粗粒砂岩为主，下段厚度 ，厚度最大的区域，也是古河道发育的中心地带，从红碱淖红柳林煤矿一带厚度最大，普遍在 以上，形态总体上呈带状，且向北东和南西方向逐渐减薄，在中鸡镇东部及孙家岔镇西部，砂体呈指状分叉，局部有星点状砂体发育，形成向东和东南方向展布的多个小分支，东方向的砂体分支延伸较长，但东南方向的砂体分支延伸较短，如图 所示。?图 直罗组古河道砂岩厚度变化趋势示意 在红碱淖西南方向也出现了多个分支，砂体的厚度变薄，呈指状分叉，且延伸都较短；在锦界镇西南方向存在一个高值区，呈朵状展布，其北部和西南部各出现了 个分支，且西南方向的分支砂体规模较大，在锦界镇东北方向和正东方向发育一个较大的朵状砂体；在高值区内部有零星的低值区存在，但其厚度大小都在直罗组古河道砂岩底部局部地段发育有砾岩，砾岩厚度最大 ，一般为 ，砾石厚度分布整体上呈西北东南方向的趋势，与古河道发育方向一致，呈串珠状，有一定的连续性。在研究区的东北与南部出现零星的高值区域，呈孤岛状，展布区域较小。砾岩厚度高值区域多分布在北西至南东轴线一带，东北与西南大部分地区均未出现砾岩。砾岩厚度等值线图长轴方向具有一定的定向性，与古河道砂体方向具有很好的一致性。直罗组砂岩含水层富水性直罗组含水层主要分布于研究区的中西部，厚度总体变化趋势为由西向东、由南向北逐渐变薄，在柠条塔、红柳林、锦界井田东部边界处尖灭。直罗组由于沉积环境及构造运动的影响，垂向上主要发育层含水层组，是区内矿井主要的充水含水层。其一是安定组缺失区由于基岩顶部风化形成的风化基岩含水层组；其二是直罗组正常基岩含水层。直罗组风化基岩含水层段研究区东部安定组剥蚀区，直罗组顶部遭受不同风化形成南北向分布的直罗组风化基岩条带，风化基岩厚度 ，平均 ，厚度较大区域主要位于柠条塔井田南翼、红柳林井田西区及锦界煤矿西北部，直罗组残存地层基本全部风化。由于直罗组岩石强烈风化，次生结构面及风化裂隙网络发育，为地下水储存创造了良好的空间，使之含水性能强于下部正常岩段，是研究区东部矿井的主要充水水源。直罗组正常基岩含水层段直罗组正常基岩段主要分布在直罗组安定组覆盖区，直罗组地层保存完整。研究表明，直罗组具有明显的河流相沉积特征，可分为上、中、下 段，中上段以灰绿色泥岩和褐红色细砂岩为主，沉积相以曲流河三角洲和湖泊三角洲为主，平面上非均质性强。下段上部主要为粗砂岩，中部以细砂岩为主，并夹有粗砂岩、中砂岩和细砂岩，底部主要发育巨厚层状粗砂岩，局部地段为含砾砂岩或砾岩，沉积相为辫状河三角洲和曲流河三角洲，砂体平面上连续性较强，砂体规模巨大，即“古直罗河”河道砂体。根据 件直罗组岩石样测试结果，中上段孔隙度、渗透率分别为 ，陕西煤炭 年 以上，且规模不大。，其中大于 的样品占比 ，主要集中在 ，渗透率大于 的样品占比 。下段孔隙度、渗透率分别为 ，其中孔隙度大于 的样品占比 ，主要集中在 ，渗 透 率 大 于 的 样 品 占 比 。直罗组中上段以低孔、特低孔为主，占比 ，渗透率类型主要为低渗和特低渗，渗透率小于 的样品占比 。直罗组下段砂岩以中孔为主，占比 以上，渗透率类型主要为中渗，部分由于钙质胶结作用形成超低渗含水层。因此，直罗组下段砂体是含水层段，中上段含水性稍差，可视为隔水层。直罗组正常基岩含水层富水性特征直罗组正常基岩含水层厚度 ，根据 抽 水 试 验 资 料，单 位 涌 水 量 （），渗透系数 。根据 煤矿防治水细则 对含水层的富水性给出的等级划分标准，直罗组正常基岩含水层富水性等级均为弱，但在采动影响下，直罗组裂隙发育后，地下水连通性增大，巨大的含水体会形成较大的矿井涌水量，甚至造成矿井水害。年柠条塔煤矿南翼 工作面发生的水害事故，就是直罗组古河道砂岩地下水所致。西一盘区防治水对策 直罗组砂岩对矿井涌水量的影响直罗组分布面积大，下段物性条件较好，地下水整体 自 西 北 向 东 南 流 动，承 压 高 度 ，自西向东逐渐降低。直罗组矿化度自西北向东南逐渐降低，西北区域溶解性总固体含量较高，大部分在 范围内波动，在尔林兔东勘查区的 钻孔直罗组地下水矿化度达到 。根据矿区西部边界以外的呼吉尔特矿区开采情况，矿井涌水来源主要为直罗组砂岩含水层，矿井总涌水量达到 ，并呈现逐年上升趋势。矿区南部紧邻的锦界煤矿，自 年投产以来，矿井涌水量一直较大，最大达到 。从 年至今，矿井涌水量均保持在 左右，年全年矿井涌水量平均值达到 ，矿井水也以直罗组古河道砂岩地下水为主。由此说明，直罗组含水层具有储存空间好、水压大、矿井涌水量大、供水能力强等特点，在采动影响下，是矿井充水的主要水源。直罗组砂岩水害防治对策通过范立民等 课题组研究，已经初步查明了包括红柳林煤矿西一盘区在内的神府南区直罗组古河道砂岩水文地质条件，从区域上阐明了直罗组砂岩沉积演化、形成过程和物质组成，分析了直罗组砂岩富水性，为煤矿防治水提供了依据。但从红柳林西一盘区的工程实际出发，仍然需要进一步加强直罗组砂岩含水层的勘探，重点研究西一盘区一带古河道砂岩含水层水文地质条件及其与煤层的空间赋存关系，揭示直罗组古河道砂岩含水层对煤矿的矿井突水的作用机理，划分突水危险性区域，并提出针对直罗组古河道砂岩水害防控、水资源保护 的采煤技术方法。因此，建议尽快开展红柳林煤矿西一盘区水文地质补充勘探，为煤矿防治水和水资源利用提供科学依据。结论（）红柳林煤矿西一盘区煤矿防治水的重点是直罗组古河道砂岩含水层，该含水层具有分布面积大，区域连通性好等特征，是未来煤矿防治水的重点防控层位。（）区域上，直罗组古河道砂岩水文地质条件基本查明，但从红柳林西一盘区的工程实际出发，仍然需要进一步查明直罗组砂岩含水层与煤层的空间赋存关系，揭示直罗组砂岩含水层水文地质条件及对煤矿开采的影响，确保煤矿安全生产。参考文献：范立民，马雄德 保水采煤的理论与实践 北京：科学出版社，陕西煤田地质勘探公司 队 陕北早中侏罗世含煤岩系沉积环境 西安：陕西科学出版社，李思田，程守田，杨士恭，等 鄂尔多斯盆地东北部层序地层及沉积体系分析 北京：地质出版社，焦养泉，王双明，范立民，等 鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系地下水系统关键要素与格架模型 煤炭学报，（）：苗彦平，蔚波，姬中奎，等 侏罗纪浅埋煤层开采典型水害模式及分区 煤矿安全，（）：路波 神南矿区红柳林煤矿水害及防治水工作探讨 企业技术开发，（）：孙魁，苗彦平，陈小绳，等 鄂尔多斯盆地北部直罗组赋存特征及富水性 煤炭学报，（）：（下转第 页）第 期郭涛苗彦平马万超等红柳林煤矿直罗组砂岩含水层特征及防治水对策 郭佐宁，高?，薛忠新，等 张家峁选煤厂智能化建设架构设计研究 煤炭工程，（）：孙再征 基于 的选煤厂 正向设计方法研究 煤炭工程，（）：杨新，焦柯，鲁恒 基于 的建筑正向协同设计平台模式研究 土木建筑工程信息技术，（）：张德海，韩进宇，赵海南，等 环境下如何实现高效的建筑协同设计 土木建筑工程信息技术，（）：李彦辉，张有为，胡玉龙 煤矿智能化系统在复杂地质条件下的应用探讨 陕西煤炭，（）：晏锐 魏墙煤矿绿色矿山建设技术与应用 陕西煤炭，（）：杨博，刘斌，孙维维 雅店煤矿绿色矿山建设实践与探索 陕西煤炭，（）：，栗欣 绿色矿山文化建设模式的分析 中国矿业，（）：，杨骐麟 基于 的可视化协同设计应用研究 成都：西南交通大学，高恒 在建筑方案设计过程中的应用研究 镇江：江苏大学，檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （上接第 页）方楚婧，杨泽元，范立民，等 神府南区直罗组含水层富水性研究 灾害学，（）：范立民，迟宝锁，苗彦平，等 神府南区古河道沉积环境演化及开采地下水位变化规律 榆林：陕西陕煤陕北矿业有限公司，陕西省地质环境监测总站等，范立民，孙魁，李成，等 榆神矿区煤矿防治水的几点思考 煤田地质与勘探，（）：范立民 保水采煤的科学内涵 煤炭学报，（）：张磊，许博，刘斌，等 煤矿防治水智能化技术研究现状及展望 陕西煤炭，（）：，檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （上接第 页），（）：赵丽娟，范佳艺，李明昊 复杂煤层采煤机螺旋滚筒渐变可靠性设计 煤炭学报，（）：刘春生，于念君，张艳军 极薄煤层采煤机滚筒的装煤过程与性能评价 黑龙江科技大学学报，（）：孙聪，曹亮，史志明，等 基于离散元法的施肥机排肥性能分析 中国农机化学报，（）：，王培涛，任奋华，蔡美峰 基于离散元方法的粗糙性节理岩体直剪力学及尺寸效应特性 煤炭学报，（）：，（）：，（）：陈丽，张艳 基于离散元法的综采工作面块煤率分析 工矿自动化，（）：陕西煤炭 年