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user: 3. 下组煤底板开采有效隔水层及其厚 3.1. 下组煤底板至峰峰组顶面隔水层 下组煤底板至峰峰组顶面隔水层主要是指回采工作面或巷道底板至奥陶系峰峰组顶板之间的隔水岩层。在以往的研究中一些学者忽略了其底板含水层，仅考虑了奥陶系峰峰组顶部的隔水层，而隔水层岩性、厚度变化对下组煤开采至关重要 [ 12 ]。 通过本次钻探及以往钻探资料，15号煤层至奥陶系峰峰组顶面隔水层岩性主要为铝土质泥岩、砂质泥岩。据钻孔资料显示，这些粘土岩本身不含水，泥浆液消耗量很小，具有良好的隔水性能，该岩层厚度薄且分布不均匀，厚度10.88~29.32 m。钻孔实际揭露的15号煤层至奥灰顶面隔水层岩性组合如下图1。 图1. 井田15号煤层至奥灰地层柱状图 井田钻孔资料显示的15号煤层到奥灰顶面之间隔水层厚度、岩性及奥灰顶部灰岩段特征见表1。 Table 1 15 thickness and lithology of aquifuge between coal seam and Ordovician limestone top surface and limestone section characteristics on top of Ordovician limeston 钻孔编号 隔水层厚度(m) 终孔层位位置 隔水层岩性 顶部灰岩特征 补1 19.06 进入O 2 f 4.75 m 砂质泥岩、铝土质泥岩 风化壳被充填，或裂隙被方解石充填，质地坚硬，冲洗液消耗量很小 补2 22.57 进入O 2 s 207.95 m 补3 18.08 进入O 2 f 7.95 m 补4 10.88 进入C 2 b 5.6 m 补5 29.32 进入C 2 b 20.1 m 补6 18.11 进入O 2 f 8.15 m 补7 11.06 进入O 2 f 16.55 m 补8 19.31 进入O 2 f 4.85 m HY-1 17.05 进入O 2 s 121.15 m HY-2 24.37 进入O 2 s 96.10 m HY-3 23.52 进入O 2 s 99.25 m 表1. 15煤层到奥灰顶面之间隔水层厚度、岩性及奥灰顶部灰岩段特征 从上表可以看出该部分岩层厚度值在10.88~29.32 m之间，最薄厚度为10.88 m，从总体上来说，15号煤层底板至奥陶系峰峰组顶面间的岩层厚度全部在30 m以下。就钻孔岩层分布和岩性而言，15号煤层底板至奥陶系峰峰组顶面岩层主要为太原组一段下部和本溪组岩层，该段岩层岩性组合主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、铝土泥岩，偶夹薄层石灰岩或泥灰岩，含较多黄铁矿结核，与奥陶系灰岩接触关系为平行不整合接触，该部分岩层具有隔水性，可看作隔水层。 3.2. 奥灰顶部岩层相对隔水层 对于峰峰组这一套浅海相碳酸盐岩地层，总体特征是泥质、SiO 2 等难溶于水的成分含量较高，具有一定的可塑性，泥质成分遇水后有一定膨胀性，在收到应力作用挤压破坏产生裂隙时，通过变形、泥分膨胀，减少了客观通的渗水裂隙、通道。岩层本身的完整性较好，岩块内部发育的各种小裂隙多被次生方解石脉充填结晶。部分岩层中夹大量角砾，岩层断面发黄，泥分高，具有纹理易变形，表明其海–陆交换沉积环境。 根据本井田及相邻矿井钻孔资料统计，峰峰组相对隔水层厚度在35~44 m之间(见表2)，其中，本井田峰峰组相对隔水层厚度在35~38 m之间。 奥陶系石灰岩的阻水层段主要为峰峰组顶部，其阻水性的强弱直接关系到上马家沟组下部强含水层对煤层开采时的威胁程度，对峰峰组顶部的阻水性加以分析：峰峰组顶部厚50~72.79 m，岩性由灰绿色、灰黑色泥灰岩、泥质灰岩、灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩和角砾状泥灰岩互层组成，质地不均匀，泥质含量高达26%~61%。多呈薄层状，交互成层，垂向变化快，裂隙不发育，裂隙率为1%，且多被泥质充填，透水性弱，可作为隔水层。 奥陶系灰岩中的岩溶发育具有非均质和各向异性的特征，峰峰组隔水层厚度不仅与古沉积环境、地貌等因素有关，还与地下水运动有关。本次勘查经现场测试，YH-1钻孔进峰峰组顶部35 m钻井液几乎没有消耗，进入峰峰组36 m以后钻井液开始出现消耗，相比之前消耗量并不大。YH-2钻孔进入峰峰组顶部36 m钻井液几乎没有消耗。进入峰峰组37 m以后钻井液开始出现消耗，相比之前消耗量略大。YH-3钻孔进峰峰组顶部38 m钻井液几乎没有消耗，进入峰峰组39 m以后钻井液开始出现消耗，相比之前消耗量略大。 Table 2 Statistics of relative aquifuge thickness of Fengfeng formatio 孔号 厚度(m) 主要岩性描述 泥质岩类含量 备注 YH-1 35 石灰岩、泥灰岩、角砾状泥灰岩、白云质灰岩交互沉积，峰峰组顶部有6-8m的风化壳胶结层，未见裂隙 43% 永红煤矿 YH-2 36 38% YH-3 38 41% GZ 38 50% 寺河煤矿 SC2 43 66% SWY1 38 82% SWY2 36 49% SB1001 44 31% SB1002 35 33% SB1003 37 30% SB1004 36 26% SX1001 44 61% 表2. 峰峰组相对隔水层厚度统计表 通过现场抽(压)水试验及岩芯采取描述可知，峰峰组岩溶发育情况下部相比顶部发育，总体上看峰峰组富水性弱，而上马家沟组岩溶发育情况相比峰峰组发育，总体上看上马沟组富水性强。本次勘查揭露的永红煤矿峰峰组厚度在106.98~109.79 m之间，考虑到导水构造对底板隔水层隔水性的不利影响，本次仅把峰峰组顶部作为隔水层段。由前人的研究成果可知，当渗透系数K < 0.001 m/d时，可将岩层看作隔水层 [ 13 ]，根据压水实验渗透系数在0.000097 m/d~0.000252 m/d之间，可知峰峰组上部35 m厚的岩层区域渗透系数的数量级为10 −4 ，峰峰组上部35 m之后渗透系数及流量发生突变，并且岩层区域渗透系数的数量级为10 −3 。由此可得，峰峰组顶部35 m层段岩层的总体透水性微弱，作为相对隔水层。 结合以往文献中的研究成果，在15号煤层底板完整地段开采时，为保证煤层的安全开采，本研究统一取峰峰组顶部35 m厚度的灰岩作为相对隔水层。在实际开采中可根据进一步的针对性的水文地质勘探资料作适当调整。 3.3. 下组煤底板开采有效隔水层 永红煤矿15号煤开采底板有效隔水层由两部分构成，即15号煤层底板与峰峰组顶界面间的隔水层与峰峰组顶部相对隔水层。此处奥陶系峰峰组顶部相对隔水层段根据上章研究分析的厚度为35 m左右，而15号煤层底板与奥陶系峰峰组顶界面间的隔水岩层厚度，见表3。综合考虑，可得永红煤矿有效隔水层厚度在45.88~64.32 m之间，详见下表3。 Table 3 List of effective aquiclude thickness of No.15 coal sea 孔号 15 # 煤底板标高(m) 奥灰水位标高(m) 奥灰顶界面标高(m) 隔水层底板承受水压(MPa) 终孔层位位置 有效隔水层 厚度(m) 补1 241.72 483.63 222.66 2.960 进入O 2 f 4.75 m 54.06 补2 298.1 481.78 275.53 2.413 进入O 2 s 207.95 m 57.57 补3 313.02 480.12 294.94 2.202 进入O 2 f 7.95 m 53.08 补4 292.97 480.17 282.09 2.331 进入C 2 b 5.6 m 45.88 补5 338.3 479.68 308.98 2.057 进入C 2 b 20.1 m 64.32 补6 318.76 478.52 300.65 2.129 进入O 2 f 8.15 m 53.11 补7 337.49 477.13 326.43 1.857 进入O 2 f 16.55 m 46.06 补8 309.39 477.32 290.08 2.222 进入O 2 f 4.85 m 54.31 HY-1 362.82 476.29 345.78 1.655 进入O 2 s 121.15 m 52.05 HY-2 344.67 479.95 320.3 1.947 进入O 2 s 96.10 m 59.37 HY-3 268.79 482.38 246.39 2.710 进入O 2 s 99.25 m 58.52 表3. 15号煤有效隔水层厚度一览表 根据所计算的各钻孔处的有效隔水层厚度值，绘制永红煤矿15号煤层有效隔水层厚度等值线图空间分布图(图2)。 图2. 15号煤底板有效隔水层厚度等值线