對某礦井水文地質(zhì)勘察特征的探討

張明昌

（貴州省六盤水市水城縣煤碳管理局，貴州 六盤水 553040）

1 前言

某礦井田南北長約6km，東西寬約3.2km，面積約為19km2。井田為一走向近南北、南部略轉(zhuǎn)向南東、向西傾的單斜構(gòu)造，屬二疊系山西組、石盒子組煤系，含可采煤層6層，總厚約10.1m，其中81，82煤為主采煤層的較穩(wěn)定煤層，厚約7.5m。礦井初步設(shè)計生產(chǎn)能力為90萬t/a。

井田煤系地層隱伏于巨厚的新生界沖積層之下，在可采煤層露頭上方，松散層厚度一般在400m左右，最深可達450m，受古地形所控制，總體上呈自東向西逐漸增厚的趨勢。由于第四紀底部含水層直接覆蓋于煤系露頭之上，而且分布范圍變化大，故對其水文地質(zhì)特征的研究，以及對各含水層的賦水性評價將直接關(guān)系到礦井的安全高效生產(chǎn)，同時對水體類型的劃分和防水煤柱的合理留設(shè)等問題起著指導(dǎo)作用。

2 水文地質(zhì)特征

2.1 含水、隔水層

勘探資料揭示，礦井田松散層兩極厚度約為378.8～445.4m，平均厚約為404.28m，按其巖性組合及區(qū)域資料對比，自上而下可分為4個含水層(組)和3個隔水層(組)共7個部分，分別簡稱為一含、二含、三含、四含，一隔、二隔和三隔。一含為潛水一弱承壓含水層。底界埋深平均34左右，主要以淺黃色細砂、粉砂及黏土質(zhì)砂層為主，夾2～3層薄層狀砂質(zhì)黏土，其中含水砂層均厚約20.8m。一隔底界埋深平均為48m，由淺黃色及棕黃色黏土及砂質(zhì)黏土組成，夾粉細砂，富含鈣質(zhì)結(jié)核；隔水層均厚10右，分布穩(wěn)定，隔水性能較好。二含為承壓含水層。底界埋深平均91m左右，由淺黃色細砂、粉砂夾砂質(zhì)黏土組成，其中含水層均厚21m，但砂層單層厚度小，變化大。二隔底界埋深平均121m，由棕黃灰、黃色砂質(zhì)黏土及黏土組成，夾細砂和黏土質(zhì)砂；隔水層均厚22.7m，分布穩(wěn)定，隔水性能好。三含為承壓含水層。底界埋深平均269.7m，由深黃至棕黃色中砂、細砂、粉砂及黏土質(zhì)砂組成，含水層均厚100.6m；該含水層(組)可分為上下兩段，中間被一厚黏土層隔開，其上段砂層厚度一般大于50m，含水豐富，而下段砂層較上段薄且泥質(zhì)含量高，一般厚為20～40m，含水性稍差。三隔底界埋深平均403m，由灰綠、棕紅色黏土、砂質(zhì)黏土及鈣質(zhì)黏土組成；隔水層均厚為93.9m。四含直接覆蓋在煤系地層上，其巖性較復(fù)雜，多由半固結(jié)及固結(jié)狀礫石和黏土質(zhì)砂組成，其厚度變化主要受古地形控制，約在0～11.35m內(nèi)，平均厚為3.43m，分布極不穩(wěn)定。

2.2 水文地質(zhì)特征

根據(jù)勘探抽水資料，松散層各含水層水文地質(zhì)特征參數(shù)見表1。

由表1分析可知，松散層一含富水性屬中等，二含富水性屬弱一中等，三含下段比上段的含水性差，而四含的富水性較弱。

2.3 松散層含水層之間的水力聯(lián)系

在自然條件下，一含地下水，其上部為潛水，下部屬弱承壓水，兩者之間的水力聯(lián)系密切，其主要補給來源為大氣降水入滲，以及少量蓄水入滲及地下水側(cè)向徑流等。其主要排泄途徑是以人工開采和蒸發(fā)等垂直排泄方式為主。二、三含水層(組)均屬多層結(jié)構(gòu)的承壓含水層，以區(qū)域?qū)娱g徑流補給為主，但在一隔局部變薄地段隔水層具有弱透水性，從而構(gòu)成了一、二含水層(組)間的越流補給關(guān)系。且三含存在城市供水，水位會持續(xù)下降。處于半封閉狀態(tài)，主要補給來自有限的側(cè)向補給和弱透水層的壓密釋水。四含上部有隔水性良好的三隔存在，致使四含與上部各含水層無水力聯(lián)系。由于四含相對不發(fā)育，含水層厚度薄，分布不穩(wěn)定，但在局部地段又直接覆蓋在煤系地層和太原組及奧陶系石灰?guī)r上，四含水不僅與煤系砂巖裂隙水有一定的水力聯(lián)系，而且還是溝通基巖各含水層(段)地下水的通道。

2.4 水環(huán)境質(zhì)量特征

根據(jù)礦井地下水的現(xiàn)狀，結(jié)合水質(zhì)分析資料，采用水環(huán)境綜合指數(shù)評價法對松散層各含水層環(huán)境水文特征加以分析。在此采用N.L.Nemlvow(尼梅羅)指數(shù)公式計算地下水環(huán)境質(zhì)量系數(shù)：

式中：I為綜合污染指數(shù)；Pi地下水污染物i的污染指數(shù)，Pi=Ci/Coi；Ci為污染物i的實測濃度，mg/L；Coi為地下水中污染物的對照值(按國家生活飲用水衛(wèi)生標準)；maxP為污染因子的最大分指數(shù)；aveP為各污染因子的平均指數(shù)。Pi表示某項所造成的相對污染情況，其值大于1，為已造成污染，水需要加以適當處理；其比值越小，說明水質(zhì)越好。maxPi(或aveP)值越大，水質(zhì)污染越嚴重。選取對水環(huán)境產(chǎn)生主要影響的幾種污染因子：總固形物、總硬度、COD，CL-，SO42-，F(xiàn)-，得出的具體評價結(jié)果見表2。

表2 松散層各含水層水環(huán)境質(zhì)量綜合評價結(jié)果

一含地下水是農(nóng)村飲用和灌溉用水的主要水源，評價結(jié)果均符合生活飲用水標準，反映出受污染程度較輕。但隨著礦區(qū)開采的進行，應(yīng)加強對淺層地下水的管理和合理利用，以避免礦井生產(chǎn)給水源帶來的污染。深層三、四含水層與地表水的水力聯(lián)系微弱，受入為活動因素的影響較小。由于區(qū)內(nèi)各含水層埋藏較深，處于較封閉狀態(tài)，補、排、徑流各方面條件較差，因此從部分采樣分析來看，礦化度、總硬度及一些離子含量都偏高。其主要是受沉積環(huán)境及地下水緩慢徑流補給不暢所造成的。

3 三隔與四含的隔水、含水性分析

3.1 三隔特征分析

圖1 泥灰?guī)r直接與煤系地層接觸區(qū)

三隔在本區(qū)層(組)厚度大，分布穩(wěn)定，黏土多為厚層狀，可塑性好，塑性指數(shù)為l8.24～35.47，膨脹性強，該層(組)為礦井內(nèi)重要的隔水層，使其上部的地表水及一至三含水與下部四含及煤系砂巖裂隙水無直接水力聯(lián)系。但其底部存在泥灰?guī)r層分布，其厚度不等，在穿過新地層的鉆孔中，有46個鉆孔見泥灰?guī)r層，全井田對該層控制密度為2.4個/km2，其鉆孔控制程度較高。從整個礦井來看，泥灰?guī)r層厚0-32.3m，平均為l0.59m，局部直接沉積在煤系古地表之上，沉積厚度與巖性受到古地形控制。全區(qū)泥灰?guī)r層厚度總體變化趨勢為南厚北薄，東薄西厚。在6～12號勘探線沉積分布相對較厚，對泥灰?guī)r分析后得到的具體分布狀況見圖1。泥灰?guī)r層的巖石學(xué)特征，主要根據(jù)鉆探取芯觀測，對巖石鑒定，并結(jié)合測井資料進行分析研究，確定為灰色至灰白色，呈巖塊體，鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)，局部純度高，溶蝕現(xiàn)象明顯，為化學(xué)沉積的產(chǎn)物。

受工程量的限制，勘探精查階段未能對泥灰?guī)r層進行專門的抽水試驗與評價工作，單從鉆探時泥漿消耗量觀測來看，僅有13，83，84，94，95 等 5 個鉆孔發(fā)生漏水現(xiàn)象，漏水孔率為11%?？梢哉J為是局部泥灰?guī)r層存在巖溶裂隙發(fā)育特性。

3.2 四含特征分析

根據(jù)精查資料分析，勘探區(qū)內(nèi)共有24個鉆孔揭露四含，該層位直接覆蓋在煤系地層上方，厚度變化相對較大。其中在4號勘探線和l0號勘探線間局部地段呈透鏡狀分布，總體上從西北向東南逐漸增厚。根據(jù)勘探取芯觀測，四含的巖性特征較為復(fù)雜，總體上以礫石或黏土夾礫石為主，其組成大致分為①角礫石層：由大巖塊組成，塊徑為2～20cm，巖塊之間充填黏土；巖塊巖性組合簡單，多以棱角狀、次棱角狀的紫紅色中細砂巖為主，硅質(zhì)膠結(jié)，堅硬。②含巖塊礫石層：由大小不等巖屑組成，塊徑2～10cm，分選性差，礫石之間充填黏土；礫石以紫紅色細砂巖為主，其次為石英礫石、雜色巖屑。③黏土夾礫石：礫石粒徑較小，一般為2～5cm，黏土含量占20%～50%，局部砂質(zhì)黏土，礫石一般為紫紅色細砂巖，形狀不規(guī)則。④硬砂巖：又稱砂巖盤，呈固結(jié)狀，硅質(zhì)膠結(jié)，堅硬。⑤黏土質(zhì)砂：淺黃色，局部較密實，以粉細砂為主。精查階段僅對四含做過1次抽水試驗，未對底礫石層進行物理力學(xué)試驗，但從l07孔抽水資料分析，其賦水性不強。

3.3 存在的問題

目前，勘探階段將泥灰?guī)r層作為三隔底部進行劃分，實際上其局部溶蝕現(xiàn)象較為發(fā)育，筆者認為應(yīng)將其與底含水層合并作為同一巖層劃分為四含更為合理。其一，從水文地質(zhì)特征上分析，兩者均具有含水和貯水的可能性，而且兩者均有與煤系地層接觸區(qū)，對煤礦開采過程中礦井充水影響較大；其二，兩者合并后累計厚度約為5.5～24.7m，分布范圍更廣，主要集中在8號～l2號勘探線，從生產(chǎn)角度考慮利于進行抽水試驗等專項研究，可全面評價底部含水層的賦水性特征；其三，利于四含長觀孔的水位動態(tài)觀測，分析其水位動態(tài)變化過程，為煤礦安全生產(chǎn)提供豐富的水文資料。

4 結(jié)束語

綜上所述，對于煤礦的礦井的新型開發(fā)，必須注重安全生產(chǎn)與綜合利用同時進行。筆者對于松散層各含水、隔水層基本特征進行了分析研究，重點分析了三隔及四含的各項特征，同時指出必須注重礦井開發(fā)過程對周圍環(huán)境帶來的影響。鑒于勘探階段工程量的不足，僅注重對煤層段水文地質(zhì)特征的評價，而對松散層底部含水、隔水層的研究不足，建議今后應(yīng)在煤礦開采過程中，進一步收集資料，加強對四含水位的動態(tài)觀測，充分研究礦井充水條件。四含為靜儲量特征，且四含水封閉性良好，不但適用于采取疏干降壓方法進行水害防治，而且對于礦井提高回采上升，實現(xiàn)安全回采煤炭資源具有較為有利的地質(zhì)條件。加強對三隔工程地質(zhì)特征特別是其底部泥灰?guī)r特性的研究工作，以及對四含分布特征的研究工作，其目的是為礦井安全生產(chǎn)與管理，合理留設(shè)防水煤柱，加強提高煤炭資源的利用率奠定基礎(chǔ)。