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摘要：冯家塔井田位于府谷县城北北东方向约15km的府谷县石炭—二叠纪煤矿区，区内水系发育，黄河由北而南纵贯井田东部。井田内的黄河支流海则庙沟和清水川及其支沟在区内形成网状水系，两河流长年流水，但除降水期外流量不大。受区域水文地质的控制，井田在与区域水文地质特征的一致性的同时，受地层分布、埋藏及其地貌的影响，又显示其差异性。
关键词：府谷县石炭—二叠纪煤矿区，冯家塔井田，矿床充水，因素分析
0前言
陕北府谷石炭-二叠纪府谷矿区区域上位于陕甘宁台坳北部东缘，东侧邻接晋西挠褶带北端，北侧邻接晋北偏关-恒山区域性东西向构造带与晋西挠褶带的反接复合部位，西侧邻接陕北台凹。整体为一向西倾斜的单斜体，其中主要发育两组构造，即走向北北东方向、以墙头-高石崖区域性挠褶带为代表的褶皱构造和走向北西方向、以清水川地堑为代表的脆性断裂（带）构造。受区域水文地质的控制，井田在與区域水文地质特征的一致性的同时，受地层分布、埋藏及其地貌的影响，又显示其差异性。
一、含（隔）水层水文地质特征
受区域水文地质的控制，井田显示了与区域水文地质特征的一致性，但由于受地层分布、埋藏及其地貌的影响，又显示了小区域的差异性。根据地下水的埋藏条件及含水介质，区内地下水划分为即：松散岩类孔隙水，碎屑岩类孔隙裂隙水，碳酸盐岩类岩溶裂隙水三种类型。较厚层泥岩和粘土岩为隔水层。
二、充水因素分析
（一）矿坑充水水源
矿坑充水有大气降水、地表水、地下水、老窑积水和岩溶水等五个因素。
1、大气降水
大气降水为矿井充水的间接充水水源，区内年平均降水量最大849.6mm，且多集中在7～8月份。据小窑调查，矿井涌水量一般滞后大气降水半天至一天时间。
2、地表水
井田由于靠近黄河及处于清水川、海则庙谷底地段，煤层埋藏较浅，煤层开采冒裂带多已穿过地表与这些水体及风化裂隙带水沟通，使地表水成为矿坑的直接充水水源或间接充水水源。
3、地下水
本区含煤地层以上地下水富水性弱至中等，含煤地层含水层基本上是煤层的直接充水含水层，侵蚀基准面以上的煤层顶板砂岩富水性弱，易于排水。侵蚀基准面以下煤层顶板均为承压水含水层，富水性弱至中等，易于疏干，对开采不会造成危害。
井田北缘为清水川地堑由两条张性断裂组成，可与基岩风化裂隙带及煤层冒裂带相连通，成为矿坑充水的直接或间接充水水源。
4、老窑积水
据调查区内众多小煤矿及老窑多分布在井田的东侧，地层产状向西倾斜，煤层开采临近老窑时老窑积水有涌入矿坑的可能。
5、灰岩岩溶水
井田东南部黄河沿岸附近岩溶水水头低于煤层底界，对煤层开采不会造成影响；西部岩溶水头高出煤层底界达101.53～264.93m，岩溶水伏于煤层以下，全区均有分布，其水头高、水量大，是开采煤层最具威胁性的间接充水水源，其承压水头西北高东南低，标高约835.29～859.72m，平均840m。据此分析，岩溶水对6号煤层及其以下各煤层（6-11号煤层）开采都可能造成不同的影响。
（二）矿坑充水通道
煤层开采后形成的冒落带及导水裂隙带是矿坑充水的主要通道，其存在沟通了不同基岩含水层，并使松散层潜水、风化裂隙带潜水由间接充水含水层可能转化为直接充水含水层而进入矿坑。而伏于煤系以下的岩溶水是根据煤层底板的突水系数而决定其底板突水的可能性。清水川地堑断裂带为不可忽视的充水通道。
经计算本井田各煤层冒落带、导水裂隙带高度及它们之间的沟通关系见表1。由表可知，煤层之间的冒落带部分煤层相互沟通，而它们之间的导水裂隙带则相互沟通。
表1煤层冒落带、导水裂隙带高度统计表
我国北方煤矿区突水系数一般为0.60～1.50，考虑到区内煤层开采安全，选择临界突水系数为0.60。区内除东南角黄河沿岸附近岩溶水水头低于煤层底界外，绝大部分地段岩溶水水头均高于煤层底界。井田内11号煤层底板突水系数计算结果详见表2。
表2 11号煤层底板突水系数计算结果表
3、清水川地堑导水性
根据地堑内外相同层位的出露位置及高程，以及ZKS3500孔揭露地层的情况，该地堑垂直落差140米左右。两断裂带均与极为丰富的奥陶系岩溶水沟通。（图1）
三、充水强度分析
充水水源的强弱、直接充水含水层的富水程度及冒裂带发育高度等因素决定了本井田矿坑的充水强度，各煤层底板的岩溶水突水问题则取决于隔水层厚度及高出煤层底板的水头高度。
区内黄河岸边、清水川及海则庙沟等河谷地带，煤层埋藏浅，煤层冒裂带多已穿过地表与地表水及风化裂隙带水沟通，其各煤层单独开采时所沟通范围多在清水川、海则庙沟底及井田东侧。
煤层从上到下，由2号至11号煤层，其沟通范围向东逐渐缩小。当煤层处于梁峁之下，基岩富水性微弱，导水系数很小，尽管冒裂带沟通了不同含水层，但矿井涌水量较小，即煤层开采时充水强度较小；当位于沟通范围的清水川及海则庙谷底，不仅地表水丰富，尤其7～9月份的雨季，洪水泛滥，而且第四系及基岩风化带含水层富水性较强，故井田开采时充水强度大，矿井涌水量大。尤其是所有煤层均被开采后，冒裂带上下连通，矿坑涌水量将明显增大。
靠近黄河岸边的煤层除井田东北角小范围内9-1～11号煤层伏于地表以下外，大多地段煤层高出黄河水面，而且煤层开采范围大多据黄河较远，其下又有本溪组泥岩相隔，故黄河水对煤层开采没有直接影响，仅通过补给岩溶水对煤层开采造成间接影响。
清水川地堑对煤层开采的影响及断裂带、断块的富水性及导水性的强弱，据S3510孔、S3610孔、ZK3605孔的抽水试验结果，钻孔已揭穿断裂带，清水川地堑断块及断裂带内水量不大，富水性弱，导水性差，对煤层开采不会造成威胁。但在煤层开采临近断裂时，还应注意观测矿坑涌水量的变化。
井田最下部的11号煤层，岩溶水水头在3001、3003、2805、2603及S2010孔连线以东低于煤层底板，突水系数为0；向西及北突水系数逐渐增大，至S3605、3406及S2810孔连线已达临界突水系数0.6，当在小于突水系数0.6的范围内对该煤层的开采将不会产生突水现象。由于受墙头—高石崖挠折带的影响，再向西突水系数急剧增大，至井田西界增大到0.93～1.87（图2），水头高出煤层底板197.70～359.20m，在此范围内开采11号煤层突水的可能性较大。
11号煤层之上的10-2～6号煤层，其底板距奥陶系顶界面距离逐渐加大，临界（0.6）突水系数界线较11号煤层逐渐西移，可能突水范围向西逐渐退缩，安全采煤范围愈来愈大。 在安全采煤范围内煤层开采将不会产生底板突水现象，在突水可能发生区域采煤应引起足够的重视，以防突水事故的发生。
四、结论
井田内地下水有松散岩类孔隙水，碎屑岩类孔隙裂隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水三种类型。奥陶系灰岩岩溶水是区内主要含水层，通过抽水试验及岩溶水水头标高资料分析，区内奥陶系灰岩岩溶水对井田内的6～11号煤层西部地段均有不同程度的突水可能。
井田除东、西部靠近河谷、挠折带地带矿井充水强度较大外，其余地段可采煤层多数处在侵蚀基准面以上，所有煤层的直接充水含水层为顶板砂岩（少数为灰岩）含水层，地下水补给条件较差，富水性微弱，导水系数小，开采时的充水强度小。
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关键词：府谷县石炭—二叠纪煤矿区，冯家塔井田，矿床充水，因素分析
0前言
陕北府谷石炭-二叠纪府谷矿区区域上位于陕甘宁台坳北部东缘，东侧邻接晋西挠褶带北端，北侧邻接晋北偏关-恒山区域性东西向构造带与晋西挠褶带的反接复合部位，西侧邻接陕北台凹。整体为一向西倾斜的单斜体，其中主要发育两组构造，即走向北北东方向、以墙头-高石崖区域性挠褶带为代表的褶皱构造和走向北西方向、以清水川地堑为代表的脆性断裂（带）构造。受区域水文地质的控制，井田在與区域水文地质特征的一致性的同时，受地层分布、埋藏及其地貌的影响，又显示其差异性。
一、含（隔）水层水文地质特征
受区域水文地质的控制，井田显示了与区域水文地质特征的一致性，但由于受地层分布、埋藏及其地貌的影响，又显示了小区域的差异性。根据地下水的埋藏条件及含水介质，区内地下水划分为即：松散岩类孔隙水，碎屑岩类孔隙裂隙水，碳酸盐岩类岩溶裂隙水三种类型。较厚层泥岩和粘土岩为隔水层。
二、充水因素分析
（一）矿坑充水水源
矿坑充水有大气降水、地表水、地下水、老窑积水和岩溶水等五个因素。
1、大气降水
大气降水为矿井充水的间接充水水源，区内年平均降水量最大849.6mm，且多集中在7～8月份。据小窑调查，矿井涌水量一般滞后大气降水半天至一天时间。
2、地表水
井田由于靠近黄河及处于清水川、海则庙谷底地段，煤层埋藏较浅，煤层开采冒裂带多已穿过地表与这些水体及风化裂隙带水沟通，使地表水成为矿坑的直接充水水源或间接充水水源。
3、地下水
本区含煤地层以上地下水富水性弱至中等，含煤地层含水层基本上是煤层的直接充水含水层，侵蚀基准面以上的煤层顶板砂岩富水性弱，易于排水。侵蚀基准面以下煤层顶板均为承压水含水层，富水性弱至中等，易于疏干，对开采不会造成危害。
井田北缘为清水川地堑由两条张性断裂组成，可与基岩风化裂隙带及煤层冒裂带相连通，成为矿坑充水的直接或间接充水水源。
4、老窑积水
据调查区内众多小煤矿及老窑多分布在井田的东侧，地层产状向西倾斜，煤层开采临近老窑时老窑积水有涌入矿坑的可能。
5、灰岩岩溶水
井田东南部黄河沿岸附近岩溶水水头低于煤层底界，对煤层开采不会造成影响；西部岩溶水头高出煤层底界达101.53～264.93m，岩溶水伏于煤层以下，全区均有分布，其水头高、水量大，是开采煤层最具威胁性的间接充水水源，其承压水头西北高东南低，标高约835.29～859.72m，平均840m。据此分析，岩溶水对6号煤层及其以下各煤层（6-11号煤层）开采都可能造成不同的影响。
（二）矿坑充水通道
煤层开采后形成的冒落带及导水裂隙带是矿坑充水的主要通道，其存在沟通了不同基岩含水层，并使松散层潜水、风化裂隙带潜水由间接充水含水层可能转化为直接充水含水层而进入矿坑。而伏于煤系以下的岩溶水是根据煤层底板的突水系数而决定其底板突水的可能性。清水川地堑断裂带为不可忽视的充水通道。
经计算本井田各煤层冒落带、导水裂隙带高度及它们之间的沟通关系见表1。由表可知，煤层之间的冒落带部分煤层相互沟通，而它们之间的导水裂隙带则相互沟通。
表1煤层冒落带、导水裂隙带高度统计表
我国北方煤矿区突水系数一般为0.60～1.50，考虑到区内煤层开采安全，选择临界突水系数为0.60。区内除东南角黄河沿岸附近岩溶水水头低于煤层底界外，绝大部分地段岩溶水水头均高于煤层底界。井田内11号煤层底板突水系数计算结果详见表2。
表2 11号煤层底板突水系数计算结果表
3、清水川地堑导水性
根据地堑内外相同层位的出露位置及高程，以及ZKS3500孔揭露地层的情况，该地堑垂直落差140米左右。两断裂带均与极为丰富的奥陶系岩溶水沟通。（图1）
三、充水强度分析
充水水源的强弱、直接充水含水层的富水程度及冒裂带发育高度等因素决定了本井田矿坑的充水强度，各煤层底板的岩溶水突水问题则取决于隔水层厚度及高出煤层底板的水头高度。
区内黄河岸边、清水川及海则庙沟等河谷地带，煤层埋藏浅，煤层冒裂带多已穿过地表与地表水及风化裂隙带水沟通，其各煤层单独开采时所沟通范围多在清水川、海则庙沟底及井田东侧。
煤层从上到下，由2号至11号煤层，其沟通范围向东逐渐缩小。当煤层处于梁峁之下，基岩富水性微弱，导水系数很小，尽管冒裂带沟通了不同含水层，但矿井涌水量较小，即煤层开采时充水强度较小；当位于沟通范围的清水川及海则庙谷底，不仅地表水丰富，尤其7～9月份的雨季，洪水泛滥，而且第四系及基岩风化带含水层富水性较强，故井田开采时充水强度大，矿井涌水量大。尤其是所有煤层均被开采后，冒裂带上下连通，矿坑涌水量将明显增大。
靠近黄河岸边的煤层除井田东北角小范围内9-1～11号煤层伏于地表以下外，大多地段煤层高出黄河水面，而且煤层开采范围大多据黄河较远，其下又有本溪组泥岩相隔，故黄河水对煤层开采没有直接影响，仅通过补给岩溶水对煤层开采造成间接影响。
清水川地堑对煤层开采的影响及断裂带、断块的富水性及导水性的强弱，据S3510孔、S3610孔、ZK3605孔的抽水试验结果，钻孔已揭穿断裂带，清水川地堑断块及断裂带内水量不大，富水性弱，导水性差，对煤层开采不会造成威胁。但在煤层开采临近断裂时，还应注意观测矿坑涌水量的变化。
井田最下部的11号煤层，岩溶水水头在3001、3003、2805、2603及S2010孔连线以东低于煤层底板，突水系数为0；向西及北突水系数逐渐增大，至S3605、3406及S2810孔连线已达临界突水系数0.6，当在小于突水系数0.6的范围内对该煤层的开采将不会产生突水现象。由于受墙头—高石崖挠折带的影响，再向西突水系数急剧增大，至井田西界增大到0.93～1.87（图2），水头高出煤层底板197.70～359.20m，在此范围内开采11号煤层突水的可能性较大。
11号煤层之上的10-2～6号煤层，其底板距奥陶系顶界面距离逐渐加大，临界（0.6）突水系数界线较11号煤层逐渐西移，可能突水范围向西逐渐退缩，安全采煤范围愈来愈大。 在安全采煤范围内煤层开采将不会产生底板突水现象，在突水可能发生区域采煤应引起足够的重视，以防突水事故的发生。
四、结论
井田内地下水有松散岩类孔隙水，碎屑岩类孔隙裂隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水三种类型。奥陶系灰岩岩溶水是区内主要含水层，通过抽水试验及岩溶水水头标高资料分析，区内奥陶系灰岩岩溶水对井田内的6～11号煤层西部地段均有不同程度的突水可能。
井田除东、西部靠近河谷、挠折带地带矿井充水强度较大外，其余地段可采煤层多数处在侵蚀基准面以上，所有煤层的直接充水含水层为顶板砂岩（少数为灰岩）含水层，地下水补给条件较差，富水性微弱，导水系数小，开采时的充水强度小。
注：本章论文的所有图表及公式以PDF形式查看