中國陸地面積約占世界陸地總面積的1 /15,中國煤炭產(chǎn)量居世界第一位,研究和掌握中國煤田水文地質(zhì)特征和規(guī)律,對(duì)世界煤田水文地質(zhì)科學(xué)具有非常重要的意義。

 

  1 中國煤田水文地質(zhì)條件多種多樣

 

  研究?jī)?nèi)容非常豐富

 

  中國領(lǐng)土遼闊, 成煤時(shí)代多,煤田分布范圍廣,各煤田成煤時(shí)的古地理?xiàng)l件、沉積環(huán)境及所處的大地構(gòu)造背景,成煤后的地質(zhì)歷史、煤田的構(gòu)造形態(tài)、煤層的變質(zhì)程度和圍巖的成巖程度及所處的自然地理?xiàng)l件各有不同,因而煤田的水文地質(zhì)條件亦表現(xiàn)為多種多樣,各有不同的特點(diǎn)。

 

  從對(duì)煤礦充水的主要含水層的性質(zhì)和充水特

 

  征來看,有以巖溶水為主的煤田,有以裂隙水為主的煤田,有以孔隙水為主的煤田,有在巨厚孔隙含水層覆蓋下的巖溶充水或裂隙充水的煤田,還有煤層本身就是主要含水層的煤田,以及廣泛分布有特殊的“燒變巖”含水層的煤田和有熱水的煤田。

 

  從對(duì)煤礦充水的含水構(gòu)造來看,有位于面積幾千平方公里的大型自流盆地中的煤田,有位于中、小型自流盆地或自流斜地中的煤田,有位于封閉斷塊或地壘、地塹中的煤田,還有位于含水推覆構(gòu)造至多層次推覆構(gòu)造之下的煤田。

 

  以所處的自然地理?xiàng)l件來看,有些煤田處于西北干旱高原,供水非常困難;有些處于東部多水地區(qū),礦井屢遭淹沒; 有些處于侵蝕基準(zhǔn)面以上;有些則處于江河、湖、海之下; 還有些處于島狀凍土地區(qū)。

 

  從礦井充水特征來看,有的以底板進(jìn)水為主,有的以頂板進(jìn)水為主,有的以斷層或陷落柱出水為主,有的以地表水灌入為主,還有的以老窯突水為主。礦井涌水量有的高達(dá)每小時(shí)幾千甚至幾萬m3 ,有的則基本上無水。

 

  從與水文地質(zhì)有關(guān)的工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)問題來看,有些煤田能發(fā)生流沙潰入礦井有些能發(fā)生井巷嚴(yán)重變形,不易維護(hù),有些能發(fā)生底鼓突水甚至淹沒礦井,有些易產(chǎn)生露天邊坡滑落,還有些能使礦區(qū)及其周圍地區(qū)發(fā)生大范圍巖溶塌陷,嚴(yán)重破壞村莊、農(nóng)田及其他地面建筑。

 

  總之,中國的煤田水文地質(zhì)條件是多種多樣。

 

  其類型之全,情況之復(fù)雜,實(shí)為世界所罕見。各種類型、各種情況的煤田勘探與開采中都有其應(yīng)著重解決的水文地質(zhì)問題和不同的方法。內(nèi)容非常豐富。

 

  2 巖溶水(尤其是底板溶水)是威脅

 

  我國煤礦安全的最突出的水文地質(zhì)問題

 

  中國石灰?guī)r分布非常廣泛, 面積達(dá)200 萬km2 約占我國國土面積的1 /5。這些石灰?guī)r與煤礦的關(guān)系非常密切。有些構(gòu)成煤系的沉積基底,有些構(gòu)成煤系的蓋層,有些直接位于煤層底板之下或頂板之上,有些則夾于各煤層之間。還有的煤田由于多次構(gòu)造推覆的結(jié)果,使煤系與灰?guī)r多次疊置呈“互層”狀(如吉林的杉松崗煤田) ,或由于斷層錯(cuò)動(dòng)使煤層與灰?guī)r直接對(duì)接。這些灰?guī)r大都巖溶化強(qiáng)烈,含水豐富,煤層開采時(shí)常成為煤礦充水的主要水源。不僅威脅著我國大部分古生代煤田的開采; 而且還威脅著一部分中生代及新生代煤田的開采。

 

  以巖溶水為主的煤田,在中國分布非常廣泛。除東北及西北少數(shù)省、區(qū)外,幾乎遍及全國,其中又以底板巖溶水為主的煤田分布最廣。包括大多數(shù)古生代煤田及少數(shù)中生代及新生代煤田。尤以焦作、鶴壁、峰峰、邢臺(tái)、井陘、開灤、霍縣、韓城、澄合、淄博、肥城、滎鞏、煤炭壩、恩口、斗笠山、云湖橋、辰溪、連陽、合山、扶綏、貴陽等煤田的底板水問題最為嚴(yán)重,最為復(fù)雜。

 

  在華北區(qū),煤層底板下面的高壓巖溶含水層主要為中奧陶統(tǒng)馬家溝灰?guī)r,巖溶發(fā)育強(qiáng)烈,含水構(gòu)造規(guī)模巨大,水量異常豐富。煤層開采時(shí),高壓巖溶水往往突破采區(qū)或巷道的底板,或借助于斷層或巖溶陷落柱等導(dǎo)水通道大量涌入礦井,使許多礦井屢遭淹沒,其突水量可高達(dá)每分鐘數(shù)百至2053m3 (開灤范各莊礦)。其突水量之大,實(shí)為世界煤礦之最,不僅對(duì)現(xiàn)有各煤礦的安全生產(chǎn)是一個(gè)嚴(yán)重威脅,而且還使太原組中大量煤炭資源難以開發(fā)。

 

  華南區(qū)煤層底板下伏的巖溶含水層則主要為下二疊統(tǒng)茅口灰?guī)r。其礦井涌水量雖一般較華北區(qū)為小,但也常達(dá)每分鐘數(shù)十立方米之多,也常使礦井淹沒。當(dāng)?shù)V井大量排水時(shí),還常使礦區(qū)及其周圍大范圍內(nèi)產(chǎn)生地表巖溶塌陷坑群,使大片村莊、農(nóng)田及其他地面設(shè)施遭受嚴(yán)重破壞,甚至造成人、畜傷亡,因此而使那些附近有重要地面設(shè)施的礦區(qū),雖有可觀的煤炭資源,迄今未敢開采(如辰溪煤田、云湖橋煤田)。雨季時(shí),地面水沿這些巖溶塌陷坑大量灌入礦井,又常導(dǎo)致礦井淹沒(如恩口煤礦1990年雨季被淹)。這種由于煤礦排水而引起的特殊的環(huán)境工程地質(zhì)現(xiàn)象,在我國華南各煤礦區(qū)非常普遍,亦堪稱世界所罕見。

 

  無論華北區(qū)或華南區(qū),當(dāng)煤礦大量疏排巖溶水時(shí),都能導(dǎo)致大范圍的地下水位下降,地表及淺部水源枯竭、井、泉干涸,給礦區(qū)及其周圍的水資源及自然環(huán)境造成破壞,給人民生活及生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響,這種矛盾,反過來又在一定程度上制約著或即將制約著煤礦的發(fā)展,這也是一個(gè)非常復(fù)雜而亟待研究解決的問題。

 

  3 隨著成煤時(shí)代的不同其煤田水文

 

  地質(zhì)特征亦有顯著的差異

 

  我國的古生代煤田以巖溶水為主,裂隙水、孔隙水次之; 中生代煤田以裂隙水為主,巖溶水、孔隙水次之;新生代煤田以孔隙水為主,裂隙水巖溶次之。這一隨著成煤的不同而不同的水文地質(zhì)特征,是由我國特定的地質(zhì)歷史條件所決定的。

 

  早古生代時(shí),我國除了松遼、膠遼、大別、江南、閩浙、阿拉善、松潘、康滇、準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木、羌塘等古陸呈島狀分布外,絕大部分地區(qū)均長(zhǎng)期沉沒于海水之中,廣泛沉積了寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)碳酸巖系。加里東運(yùn)動(dòng)使我國絕大部分地區(qū)先后上升為陸。華北地區(qū)經(jīng)過了從晚奧陶世至早石炭世的長(zhǎng)期剝蝕夷平之后,廣泛堆積了海陸交替相的石炭二疊紀(jì)含煤地層。使高度巖溶化的寒武系、奧陶系石灰?guī)r,尤其是中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r普遍成為煤系的直接基底。其中的高壓巖溶水嚴(yán)重地威脅著其上覆煤層的開采。而且太原組中還含有多層石灰?guī)r,均含有巖溶裂隙水,并通過斷層及巖溶陷落柱與中奧陶系石灰?guī)r發(fā)生水力聯(lián)系。因而使華北的晚古生代煤田尤其是太原組煤層普遍受到巖溶水的威脅。

 

  華南地區(qū)則從泥盆紀(jì)至早、中三疊世幾經(jīng)海浸與海退,使晚古生代各紀(jì)含煤地層(側(cè)水組、梁山組、龍?zhí)督M)與碳酸巖系交潛沉積、使這些含煤地層被夾在下伏及上覆碳酸巖系之間。淺海相的含煤地層吳家坪組中還含有多層石灰?guī)r。這些碳酸巖系及含煤地層中的石灰?guī)r都含有較豐富的巖溶水,對(duì)煤層開采有較大的威脅。尤以下二疊統(tǒng)茅口灰?guī)r對(duì)上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M煤層開采的威脅最為嚴(yán)重而普遍。

 

  古生代煤田除了以巖溶水為主外,含煤地層在以后的地質(zhì)歷史中還普遍發(fā)育有各種裂隙(成巖裂隙、構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙等) ,含有裂隙水。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)使黃淮平原下降并沉積了巨厚的新生界松散地層,在一些山間河谷地段還堆積了厚薄不等的砂礫層,使這些地區(qū)的下伏古生代煤層的淺部受到一定程度的孔隙水威脅。

 

  印支運(yùn)動(dòng)使我國除西藏以外的絕大部分地區(qū)均上升為陸,然后產(chǎn)生了一系列的坳陷及斷陷盆地,堆積了以陸相為主或純陸相的晚三疊世及早、中侏羅世含煤地層。除了西藏的土門格拉群( T3 )含有薄層石灰?guī)r,桂東的西灣煤田大嶺組( J1d )中含有厚約30m的石灰?guī)r,存在巖溶裂隙水及巖溶水,以及贛中、奧北、川東的部分晚三疊世煤田、河北的蔚縣煤田( J1- 2 )、柳河煤田( J1- 2 )、吉林的杉松崗煤田( J1- 2 )局部受到古生代或早、中三疊世石灰?guī)r巖溶水的威脅外,其他絕大部分煤田都不含巖溶水,而是以含裂隙水為主。開采那些山間河谷地段的煤層淺部時(shí),還會(huì)遇到孔隙水問題。神榆府煤田( J1- 2 )中還存在“燒變巖”中的孔隙— 裂隙水問題。

 

  中、晚侏羅世之間的燕山運(yùn)動(dòng),使我國東部產(chǎn)生了一系列的北東向斷陷盆地群,在其中堆積了晚侏羅— 早白堊世地層。但當(dāng)時(shí)北緯40°以南氣候干燥, 不適于成煤; 北緯40°以北則氣候濕潤(rùn),植物茂盛,故在我國的東北及內(nèi)蒙東部地區(qū)形成了重要的晚侏羅— 早白堊世含煤盆地群。這些盆地中的含煤地層除了三江— 穆梭河盆地東部的龍爪溝群中含有海相泥巖外,其他均為陸相沉積,其下伏及上覆地層中也不含石灰?guī)r,以含裂隙水為主。但大興安嶺以西的內(nèi)蒙東部地區(qū)燕山晚期運(yùn)動(dòng)較弱,盆地下陷較淺,蓋層較薄,含煤地層所受的溫度和壓力均較低,故其石化程度較差,巖性比較松散,孔隙仍占有一定的地位。此外,位于三江平原,松遼平原以及一些山間河谷地段的煤層,也存在上覆新生界疏松砂層中的孔隙水間煤礦充水之虞。

 

  西藏地區(qū)的白堊紀(jì)含煤地層均為海陸交替相,多為碎屑沉積,應(yīng)以含裂隙水為主,但早白堊世的拉薩群系沉積于侏羅紀(jì)石灰?guī)r之上,含煤地層中還夾有少量石灰?guī)r,可能會(huì)有巖溶水問題。

 

  新生代含煤地層系沉積于燕山末期及喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的斷陷盆地之中,多為陸相沉積。華南沿海地區(qū)雖有淺海相及海灣瀉湖相沉積,但均為碎屑巖。臺(tái)灣的第三紀(jì)含煤地層中雖夾有凸鏡狀石灰?guī)r,也不會(huì)有大的巖溶水問題。新生代煤田主要水文地質(zhì)特征是: 含煤地層的成巖程度較差,砂質(zhì)巖層呈松散或半膠結(jié)狀態(tài),粘土質(zhì)巖層呈塑性變形,以含孔隙水為主,裂隙水次之,少數(shù)煤田的沉積基底為古生代石灰?guī)r(如云南的小龍?zhí)丁⑾蠕h、昭通等煤田) ,局部受到巖溶水的威脅。

 

  4 不同大地構(gòu)造背景形成的煤田水

 

  文地質(zhì)特征

 

  從煤田水文地質(zhì)的觀點(diǎn),并參考王鴻禎教授主編的《中國古地理圖》對(duì)中國大地構(gòu)造格局的劃分,筆者認(rèn)為對(duì)中國煤田水文地質(zhì)特征起重要控制作用的中國大地構(gòu)造基本格局是以天山— 陰山、昆侖— 秦嶺、班公錯(cuò)— 怒江三個(gè)巨型構(gòu)造帶(圖1)將中國劃分為四大構(gòu)造區(qū)域,這四大構(gòu)造域具有各自的地質(zhì)發(fā)展歷史、各自的成煤時(shí)代,各自的構(gòu)造特征,以至各自煤田水文地質(zhì)特征。

 

  4. 1 松遼— 準(zhǔn)噶爾構(gòu)造域

 

  本構(gòu)造域在古生代時(shí),其北部屬于西伯利亞大陸的南緣,南部為廣闊的海槽,不利于成煤。在阿爾泰古陸及完達(dá)古陸的南緣,雖有晚古生代煤層賦存,但均無重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。海西末期,海槽閉合,西伯利亞大陸與中國北方大陸合并。印支運(yùn)動(dòng)使本構(gòu)造域的東部劇烈上升,經(jīng)受強(qiáng)烈的侵蝕剝蝕,仍不利于成煤。西部則比較平靜,利于成煤,形成了巨型的準(zhǔn)噶爾早侏羅世陸相煤田。至晚侏羅世,東部地勢(shì)被基本夷平,在燕山運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的一系列北東向斷陷盆地中廣泛堆積了晚侏羅— 早白堊世含煤地層,形成了東北區(qū)及內(nèi)蒙東部數(shù)十個(gè)重要煤田。并在大興安嶺以東于燕山末期運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的北北東向斷陷帶中形成了撫順、梅河、沈北、舒蘭、依蘭、琿春等老第三紀(jì)煤田。本構(gòu)造域的絕大部分煤田均為陸相,三江— 穆棱河盆地的東部雖有海陸交替相沉積,但不含石灰?guī)r,所有煤層的上覆及下伏地層中也都不含石灰?guī)r,故完全沒有巖溶水問題。中生代煤田以含裂隙水為主,孔隙水次之; 新生代煤田以含孔隙水為主, 裂隙水次之。

 

  4. 2 華北— 塔里木構(gòu)造域

 

  本構(gòu)造域在元古代時(shí)即已固結(jié)成陸臺(tái)。早古生代時(shí),塔里木古陸與華北古陸之間被祁連海槽所分隔,并呈島狀浸沒于海水之中,廣泛沉積了寒武紀(jì),奧陶紀(jì)碳酸巖系。加里東運(yùn)動(dòng)使本構(gòu)造域全部上升為陸。除了中、晚泥盆世祁連地區(qū)有陸相湖盆沉積外,其他絕大部分地區(qū)均經(jīng)受漫長(zhǎng)的剝蝕。

 

  使本區(qū)廣泛分布的寒武系、奧陶系石灰?guī)r普遍強(qiáng)烈?guī)r溶化。直至早石炭世,祁連地區(qū)開始海浸。中石炭世華北地區(qū)也自東至西開始海浸,隨之又緩慢海退。在華北區(qū)廣泛沉積了海陸交替相的石炭二疊紀(jì)含煤地層。使太原組普遍直接覆蓋于強(qiáng)烈?guī)r溶化的中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r含水層之上、并局部超覆于寒武系石灰?guī)r含水層之上。太原組中也含有多層薄至中厚層石灰?guī)r,均不同程度地含有巖溶裂隙水。由于華北大陸早在元古代時(shí)即已固結(jié)成地臺(tái),剛性與整體性均較強(qiáng),古生代時(shí)其構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為明顯的整體緩慢升降,沉積蓋層分布遼闊而穩(wěn)定,因而形成本區(qū)各含水層與煤層均分布遼闊而穩(wěn)定的水文地質(zhì)特征,使太原組煤層開采普遍受到巖溶水的威脅。

 

  賀蘭山- 六盤山以西,則因晚古生代時(shí)地殼運(yùn)動(dòng)較強(qiáng), 成煤條件差,且下伏有泥盆地陸相地層,故不存在巖溶水問題。印支運(yùn)動(dòng)以后,本構(gòu)造域已全部上升為陸、所有中、新代含煤地層全為陸相沉積,不含巖溶水。

 

  但華北區(qū)的北緣有少數(shù)山前盆地(如河北的蔚縣煤田、柳河煤田、吉林的杉松崗煤田) ,早侏羅世含煤地層直接沉積于寒武、奧陶系石灰?guī)r之上,才有巖溶水問題。

 

  4. 3 華南— 羌塘構(gòu)造域

 

  揚(yáng)子古陸與羌塘古陸雖在中、晚元古代時(shí)即已固結(jié)成陸臺(tái),但就整個(gè)構(gòu)造域來說,活動(dòng)性仍較大。早古生代時(shí),長(zhǎng)期呈島群狀長(zhǎng)期沉沒于大海之中。加里東運(yùn)動(dòng),川溪古陸以東的華南地區(qū)全部上升為陸。泥盆紀(jì)時(shí)又自西南向東北開始海浸。從泥盆紀(jì)直至三疊紀(jì),海水幾經(jīng)進(jìn)退,因而形成了華南區(qū)晚古生代各紀(jì)含煤地層與碳酸巖系交迭沉積、各含煤地層均被夾在下伏及上覆巖溶含水層之間的水文地質(zhì)特征。華南地臺(tái)的固結(jié)時(shí)間比華北地臺(tái)為晚,其剛性和整體性均較華北地臺(tái)為弱。

 

  其升降時(shí)間、幅度及沉積巖性,各地頗不一致,其運(yùn)動(dòng)形式是以北東向隆起與坳陷相間為主、而不像華北區(qū)那樣整體隆起和整體沉降。因而使華南區(qū)晚古生代煤田的水文地質(zhì)條件呈現(xiàn)既有東西變化,又有南北差異的復(fù)雜面貌。印支運(yùn)動(dòng)使華南地臺(tái)尤其雪峰古陸以東開始活化,并強(qiáng)烈上升,伴隨著以北東向?yàn)橹鞯南錉铖薨櫤蛿嗔?。?jīng)過剝蝕夷平之后,在燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)中又多次發(fā)生斷裂、斷塊升降運(yùn)動(dòng)及剝蝕、夷平,除了川中、黔西晚古生代含煤地層及其下伏茅口灰?guī)r、上覆長(zhǎng)興灰?guī)r尚有較大規(guī)模的保存外,其他地區(qū)只有較小規(guī)模的殘留。遂成為今日華南區(qū)的含水構(gòu)造規(guī)模以中、小型為主的水文地質(zhì)特征。

 

  至于川滇構(gòu)造帶以西,在印支運(yùn)動(dòng)以前,其活動(dòng)性較強(qiáng),不利于成煤。僅在相對(duì)穩(wěn)定的昌都地塊的延伸方向的狹長(zhǎng)條帶內(nèi)堆積了晚古生代含煤地層。印支運(yùn)動(dòng)后,滇中、藏東有較重要的晚三疊世含煤地層及在一些燕山期斷裂帶中形成了一系列的第三紀(jì)中、小型含煤盆地群。這些含煤地層均以碎屑沉積為主,基本上不存在巖溶水問題。水文地層條件一般比較簡(jiǎn)單,但昭通、先鋒、小龍?zhí)兜鹊谌o(jì)盆地含煤地層直接沉積于古生代石灰?guī)r之上,局部受到巖溶水的威脅。同時(shí),第三紀(jì)含煤地層巖性松軟,砂質(zhì)巖層呈松散或半膠結(jié)狀態(tài),泥質(zhì)巖、塑性變形,其水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件要相對(duì)復(fù)雜。

 

  4. 4 西藏構(gòu)造域

 

  本構(gòu)造域是指班公錯(cuò)— 怒江以南我國國境線以北的地區(qū), 是我國固結(jié)最晚,活動(dòng)最強(qiáng)的構(gòu)造域。早二疊世以前,長(zhǎng)期一片汪洋大海。晚二疊世又全部上升為陸,經(jīng)受侵蝕剝蝕,缺乏沉積。早三疊世至晚侏羅世,雖有海有陸,但活動(dòng)性強(qiáng),古地形高差大,不利于成煤。白堊紀(jì)、第三紀(jì)雖有含煤地層堆積,也因地殼活動(dòng)強(qiáng),地形高差大,而含煤性差,只有局部可采煤層,無重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。其水文地質(zhì)條件一般也比較簡(jiǎn)單。

 

  5 自然地理因素對(duì)煤田水文地質(zhì)條件的影響

 

  我國國土遼闊,自然地理?xiàng)l件差異很大,而煤田分布又遍及全國各省、區(qū),故自然地理?xiàng)l件成為影響我國煤田水文地質(zhì)特征的重要因素之一。

 

  我國的地勢(shì)東部低平,西部高聳; 降水分布則東南豐沛、西北干旱。位于我國東部的煤田一般含水豐富,補(bǔ)給充沛,往往發(fā)生淹井事故,水文地質(zhì)條件一般比較復(fù)雜。位于西北地區(qū)的煤田則一般含水微弱,補(bǔ)給貧乏,煤田水文地質(zhì)條件一般都比較簡(jiǎn)單。但供水水源卻比較困難或非常困難,甚至成為煤田資源開發(fā)及其他工農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要約束條件或先決條件。是我國亟待研究解決的問題之一。

 

  同樣是以巖溶充水為主的晚古生代煤田,華南區(qū)降水充沛,地表及淺部巖溶異常發(fā)育,以大型溶洞及暗河為主。煤礦排水時(shí),地表常發(fā)生大片巖溶塌陷,導(dǎo)致農(nóng)田、村莊、地面建筑嚴(yán)重破壞、地表水大量潰入礦井等嚴(yán)重后果。華北區(qū)則降水較少,地表及淺部的巖溶發(fā)育程度一般較華南區(qū)為差,以小型溶洞及溶隙為主。礦井排水時(shí),一般不會(huì)發(fā)生地表巖溶塌陷,即使發(fā)生也為數(shù)很少,后果也一般不很嚴(yán)重。

 

  同樣是華北型古生代煤田,在太行山以東的華北平原及山前丘陵地帶,煤層多埋藏在地下水位以下,煤層開采時(shí)所承受的下伏奧陶系巖溶含水層的水壓很高,往往易發(fā)生底板突水和淹井。同時(shí)還往往由于上覆有巨厚新生界砂礫含水層,給井筒進(jìn)鑿、維護(hù)及淺部煤層開采造成一定困難。在太行山以西的晉陜高原,除位于河谷地段的霍縣煤田及朔縣煤田外,淺部煤層多賦存于奧陶系灰?guī)r含水層水位以上,上無砂礫含水層的覆蓋,下無巖溶水的威脅,水文地質(zhì)條件一般都很簡(jiǎn)單。只有當(dāng)煤層開采到深部,底板水壓增大到某一程度時(shí),才有可能發(fā)生底板突水。

 

  同是以裂隙充水為主的中生代煤田,位于河谷地段的礦井與位于分水嶺及斜坡地帶的礦井,其水文地質(zhì)條件大不相同。前者水量大,補(bǔ)給較充沛,有時(shí)還可以發(fā)生地表水或泥砂潰入井巷的危險(xiǎn)。后者水量微弱,補(bǔ)給差,地形有利于地表水及地下水的排淺。煤層開采時(shí),除須注意淺部老窯積水外,一般不存在水的威脅。

 

  同一煤田,同一礦井,雨季開采時(shí)與旱季開采時(shí),其礦井涌水量往往大不相同。雨季水量大,旱季水量小,往往相差幾倍至十幾倍。礦井涌水量動(dòng)態(tài)變化常與降水量動(dòng)態(tài)變化或地表水動(dòng)態(tài)變化相一致。開采深度愈淺,上述關(guān)系愈顯著,變化幅度也愈大。隨著開采深度的增加,降水及地表水動(dòng)態(tài)對(duì)礦井水的影響逐漸減弱,礦井涌水的變化幅度也逐漸減小。

 

  6 中國煤田水文地質(zhì)條件具有明顯的區(qū)域特征— 中國煤田水文地質(zhì)分區(qū)根據(jù)中國的地質(zhì)、自然地理及水文地質(zhì)條件,可將中國煤田分為五個(gè)具有不同水文地質(zhì)特征的大區(qū)。

 

  6. 1 東北區(qū)

 

  本區(qū)是指陰山— 燕山— 沈陽— 輝南— 和龍一線以北,內(nèi)蒙狼山以東,我國國境以內(nèi)的地區(qū)。本區(qū)主要成煤時(shí)代為晚侏羅— 早白堊世,其次為老第三紀(jì)。所有煤田均不含巖溶水。中生代煤田以裂隙水為主,孔隙水次之;新生代煤田以孔隙水為主,裂隙水次之。煤田水文地質(zhì)條件一般比較簡(jiǎn)。

 

  礦井涌水量一般為0. 5～ 5. 0m3 /min之間。但位于三江平原、松遼平原及河谷地帶的煤田,開采淺部煤層時(shí),存在上覆砂礫含水層的威脅。第三紀(jì)含煤地層中的流砂層及塑性粘土層也對(duì)煤層開采造成一定的困難。

 

  6. 2 華北區(qū)

 

  本區(qū)北以陰山— 燕山— 沈陽— 輝南— 和龍一線與東北區(qū)相接,南以秦嶺— 大別山— 張八嶺一線與華南區(qū)分界,東瀕黃海,西以賀蘭山— 六盤山一線與西北區(qū)為鄰。本區(qū)的主要聚煤期為石炭二疊紀(jì),次為早、中侏羅世,還有個(gè)別的晚第三紀(jì)煤田(黃縣煤田)。石炭二疊紀(jì)含煤地層普遍沉積于中奧陶統(tǒng)巖溶化石灰?guī)r之上,并局部超覆于寒武系石灰?guī)r之上,太原組中也含有多層石灰?guī)r,水文地質(zhì)條件一般比較復(fù)雜或很復(fù)雜。煤層開采時(shí),底板突水量每分鐘可達(dá)數(shù)十至數(shù)百t ,最大2053m3 /min(開灤范各莊礦)。常使礦井淹沒或部分淹沒。

 

  二疊系不含灰?guī)r,以裂隙水為主,礦井涌水量一般為1～ 10m3 /min。水文地質(zhì)條件一般比較簡(jiǎn)單。但位于黃淮平原中的煤田; 上覆有巨厚的新生界松散含水層,給井筒開鑿、維護(hù)及淺部煤層開采造成一定困難。早、中侏羅世含煤地層均為陸相沉積,水文地質(zhì)條件一般比較簡(jiǎn)單。僅個(gè)別煤田的直接基底為寒武、奧陶系石灰?guī)r,存在底板溶水之虞。

 

  位于陜北地區(qū)的煤田供水水源比較困難。

 

  6. 3 華南區(qū)

 

  本區(qū)是指我國秦嶺— 大別山— 張八嶺以南、西昌— 昆明一線以東的地區(qū)。本區(qū)的主要聚煤時(shí)代為晚二疊世,次為晚三疊世,再次為早二疊世、早石炭世、晚第三紀(jì)及早、中侏羅世、晚二疊世龍?zhí)督M(吳家坪組)被夾在下伏茅口灰?guī)r與上覆長(zhǎng)興灰?guī)r之間, 既有底板水的威脅,又有頂板水的威脅,水文地質(zhì)條件一般比較復(fù)雜,礦涌水量一般每分鐘幾噸至幾十噸,最大可達(dá)467m3 /min(南桐紅巖礦)。且隨著煤礦開發(fā),能導(dǎo)致大片地表巖溶塌陷,產(chǎn)生一系列嚴(yán)重后果,是本區(qū)主要水文地質(zhì)問題之一。在黔西、滇東,龍?zhí)督M與茅口灰?guī)r之間有厚達(dá)數(shù)十米至數(shù)百米的峨嵋山玄武巖隔水層; 在湘南、贛南、皖南、蘇南等地,茅口灰?guī)r相變?yōu)橐怨栀|(zhì)巖為主的當(dāng)沖組。這些地區(qū)的煤田水文地質(zhì)條件才變得比較簡(jiǎn)單。晚三疊世含煤地層均碎屑沉積,不含石灰?guī)r,主要可采煤層距下伏灰?guī)r一般比較遠(yuǎn)。故其水文地質(zhì)條件一般比較簡(jiǎn)單,只有通過斷層錯(cuò)動(dòng),使煤層與下伏灰?guī)r接觸時(shí),才有巖溶水問題。

 

  6. 4 西北區(qū)

 

  本區(qū)包括賀蘭山— 六盤山以西,昆侖山以北,我國國境內(nèi)的六大地區(qū),本區(qū)主要聚期為早、中侏羅世,其次為晚三疊世及晚石炭世,早、中侏羅世含煤地層均為陸相沉積,晚三疊世含煤地層主要為陸相沉積,晚石炭世含煤地層中雖有少量薄層石灰?guī)r,也不含巖溶水,均以裂隙水為主。本區(qū)絕大部分為干旱高原,年降水量不足100mm,只有河西走廊、伊寧等局部地區(qū)年降水量可達(dá)300～400mm, 地下水非常貧乏, 補(bǔ)給條件差、礦化度高,故供水源問題成為本區(qū)煤田開發(fā)的主要水文地質(zhì)問題。

 

  6. 5 西南區(qū)

 

  本區(qū)是指我國昆侖山以南、西昌— 昆明一線以西的地區(qū)。本區(qū)的主聚煤期為晚三疊世及新第三紀(jì),次為晚二疊世及早白堊世。除部分新第三紀(jì)含煤地層直接沉積于古生石灰?guī)r之上,局部受到巖溶水的威脅外,其他煤田水文地質(zhì)條件都比較簡(jiǎn)單。