黑玉煤礦開采對小南海泉影響初步分析

宋麗紅，王新玲

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南 鄭州450045)

安陽縣黑玉煤礦地處小南海泉域保護區(qū)內(nèi)，礦區(qū)臨近安陽市主要供水水源地之一的小南海泉。為此，有必要對該礦礦床開采是否對小南海泉造成影響進行初步分析，為政府相關(guān)管理部門提供參考。

1 礦區(qū)概況

1.1 礦區(qū)位置及范圍

礦區(qū)位于安陽縣善應(yīng)鎮(zhèn)黑玉村南，北東距安陽市區(qū)約30 km，北西距安陽—李珍鐵路水冶站約12 km。水冶—鶴壁公路從礦區(qū)東側(cè)通過，交通較為便利。礦區(qū)東西寬490 m，南北長1 560 m，礦區(qū)面積約0.4 968 km2，批準(zhǔn)開采深度為煤層底板標(biāo)高+120 m至－20 m標(biāo)高。礦區(qū)拐點坐標(biāo)如下表(表1)。

表1 礦區(qū)拐點坐標(biāo)一覽表

1.2 礦區(qū)開采情況

黑玉煤礦于1982年7月建井，1983年10月投產(chǎn)。建有主井為斜井，副井為豎井通風(fēng)。2004年核定礦井生產(chǎn)能力為6萬噸/年。該礦采用短壁后退式采煤方法，放炮落煤。通風(fēng)方式為中央并列式。

礦區(qū)主要開采煤層為二1煤層，該煤層為本區(qū)主要可采煤層為，賦存于山西組下部北岔溝砂巖與大占砂巖之間，上距大占砂巖4.5 m，下距北岔溝砂巖17 m。煤層厚3.40～4.50 m，平均厚4.08 m，整體走向北西 －南東，傾向北東，傾角8°左右，煤層層位穩(wěn)定，厚度變化不大，結(jié)構(gòu)簡單(圖1)。在礦區(qū)南側(cè)，煤層沿走向和傾向呈波狀起伏。礦區(qū)內(nèi)煤層賦存標(biāo)高為－20 m～+127 m，深度為24 m～218 m。礦井正常涌水量30 m3/h左右。

2005年11月，為了解決黑玉煤礦的通風(fēng)及運輸問題，并完善井上下生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步提高礦井生產(chǎn)能力，黑玉煤礦對該礦現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)進行技術(shù)改造初步設(shè)計。

圖1 二1 煤層底板標(biāo)高等值線圖

1.3 礦區(qū)及周邊水文概況

礦區(qū)屬海河流域衛(wèi)河水系，礦區(qū)內(nèi)無常年性河流通過，但南部鄰近洹河，該段洹河河谷內(nèi)有小南海泉(圖2)。

圖2 礦區(qū)一帶水文地質(zhì)略圖

(1)小南海泉:出露于礦區(qū)南部外圍、碳酸鹽巖裸露的洹河河谷中，通過河水對河谷地層的侵蝕，切穿奧陶系灰?guī)r含水層而形成泉群，泉水流量平均4.28 m3/s［1］。該泉群是豫北重要工業(yè)城市——安陽市工農(nóng)業(yè)及生活用水的主要供水水源之一。

(2)洹河:發(fā)源于林州市西部山區(qū)，從礦區(qū)南邊界以南約160 m通過，自西向東流，該河流上游(善應(yīng)村以西)為間歇河，主要由小南海泉補給，汛期接納附近沖溝洪水。據(jù)小南海水文站觀測資料，該段河流枯水期流量為6.0 m3/s，汛期流量可達867 m3/s，最高洪水位標(biāo)高達139.38 m;下游(善應(yīng)村以南)常年有水流。

2 地質(zhì)背景

2.1 地形地貌

礦區(qū)位于太行山區(qū)和華北平原的過渡地帶，屬侵蝕剝蝕丘陵地貌區(qū)。區(qū)內(nèi)地勢呈北東、北西高，中部、南部低。最高標(biāo)高約225 m，最低標(biāo)高約143.2 m，相對高差約81.8 m。

2.2 礦區(qū)地層

礦區(qū)一帶屬于侵蝕剝蝕丘陵地貌區(qū)，據(jù)礦井和周圍鉆孔揭露，地層由老至新為奧陶系中統(tǒng)、石炭系上統(tǒng)、二疊系和第四系。

(1)奧陶系中統(tǒng):在礦區(qū)西北部外圍出露。地表出露地層主要為中奧陶統(tǒng)馬家溝組第5巖性段，該段巖性主要分布于F160斷層以西一帶，總厚度達200 m左右。由于受F160斷層影響，該層礦區(qū)內(nèi)沒有出露。根據(jù)礦區(qū)勘探鉆孔資料，各見煤鉆孔均未揭露該層。

(2)石炭系上統(tǒng):據(jù)礦區(qū)周圍鉆孔揭露，本組共含石灰?guī)r5—9層，含煤11—13層，厚度為120～140 m，與下伏本溪組為整合接觸。

(3)二疊系:由山西組和下石盒子組組成。山西組厚度為95～126.0 m，平均110 m，與下伏太原組為整合接觸，為礦區(qū)內(nèi)主要含煤建造，含煤1—2層，其中二1煤層全區(qū)可采，二2煤層不可采;下石盒子組在礦區(qū)內(nèi)僅發(fā)育本組下部三煤段，最大厚度約140 m。

(4)第四第:分布于礦區(qū)內(nèi)地形低洼處，主要由黃土、砂、礫石組成，礫石成份主要為砂巖、石英砂巖。厚0～35 m，平均15 m。

2.3 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)一帶總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向北北東的背斜構(gòu)造，中部、北部漸變?yōu)閱涡睒?gòu)造，地層傾向北東，傾角8°左右。根據(jù)井下觀察，煤層在走向及傾向上呈波狀起伏現(xiàn)象，局部傾角較大，可達20°左右。礦區(qū)西部外圍為 F160斷層，走向北東—南西，傾向南東，傾角75°～80°，斷距大于 200 m。與F160斷層相伴生的次級斷層，位于F160斷層西側(cè)，規(guī)模較小。根據(jù)以往勘探成果結(jié)論，F(xiàn)160斷層對礦區(qū)內(nèi)二1煤層未見有影響。礦區(qū)東部外圍約220～400 m為F159斷層，呈近北東——南西走向，傾向北西，傾角約75°。據(jù)以往地質(zhì)調(diào)查資料，該斷層為壓扭性正斷層，屬相對阻水?dāng)鄬印?/p>

3 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

3.1 礦區(qū)水文地質(zhì)單元位置

礦區(qū)一帶處于太行山復(fù)背斜東翼，總體上為一向東傾斜的單斜匯水構(gòu)造，礦區(qū)處在小南海泉域的排泄區(qū)附近。礦區(qū)附近斷裂構(gòu)造主要為礦區(qū)西北部外圍的F160斷層，該斷層使礦區(qū)內(nèi)二1煤層層位與區(qū)外奧陶系灰?guī)r含水層相對接。由于斷層兩盤巖性的差異，上盤巖性相對阻水，推測沿斷層走向下盤巖溶裂隙相對發(fā)育，使得下盤相對富水。

3.2 礦區(qū)主要含水層

1)第四系砂、礫石含水層

本層屬孔隙含水層。主要由沖、洪積成因的砂、礫石構(gòu)成，分選性差，且常被粘土或粘土夾礫石層分隔，多呈透鏡體狀發(fā)育于溝谷兩側(cè)和山坡坡腳等低洼地段，其厚度主要受基巖風(fēng)化面及斷裂所控制。據(jù)區(qū)內(nèi)及鄰近地區(qū)鉆孔資料統(tǒng)計，含水層累計沉積厚度一般小于10 m，在本礦區(qū)內(nèi)，其沉積厚度具有自北向南逐漸增加的特征。該含水層主要接受大氣降水的補給，水位、水量則受季節(jié)性降水及地形的制約，故其水位、水量在時空展布中相差較大，也無統(tǒng)一的地下水位。鉆孔單孔涌水量為0.02～11.48 L/s.m;民井單井涌量一般為50～90 m3/h。水位隨季節(jié)變化較大，其年變幅為1～20 m，旱季時部分民井可見干涸現(xiàn)象。因其遠距二1煤層，故在正常情況下，對開采二1煤層無直接影響。

(2)二1煤層頂板砂巖含水層

本層屬孔隙裂隙承壓含水層。由二1煤層之上60 m范圍內(nèi)2～7層細、中粒砂巖組成，一般厚在20 m左右，其中以香炭砂巖和大占砂巖為主，含弱裂隙承壓水。據(jù)以往地質(zhì)資料，該含水層裂隙發(fā)育程度和補給條件有限，富水性弱，為二1煤層頂板直接充水含水層。

據(jù)鄰區(qū)及本礦礦井生產(chǎn)資料，大多數(shù)礦井頂板無水或僅有滴、淋水現(xiàn)象，僅東部王家?guī)X煤礦因二1煤層之上基巖殘留厚度較薄，且位于安陽河及彰武水庫附近，因此，頂板發(fā)生過突水淹井事故。該含水層厚度變化較大，分布不均勻，補給條件差，以靜儲量為主。因此，該含水層裂隙水在生產(chǎn)中易于疏排，對二1煤層開采一般不會構(gòu)成大的影響。

(3)太原組上段(L8)灰?guī)r含水層

該層屬巖溶裂隙含水層，為二1煤層底板直接充水含水層。礦區(qū)內(nèi)L8灰?guī)r為本區(qū)域內(nèi)主要標(biāo)志層之一，厚度1.30～37.33 m，上距二1煤層 13.61 ～58.45 m。該層灰?guī)r泥質(zhì)成份較高，裂隙巖溶發(fā)育較差，富水性弱而不均。據(jù)龍山煤礦井下揭露該層證明，L8灰?guī)r含水層富水性弱，水循環(huán)交替作用滯緩，一般情況下，含水量較小。該層為二1煤層底板直接充水含水層。根據(jù)安陽礦區(qū)各煤礦開采經(jīng)驗證明，該層一般情況下對礦井安全生產(chǎn)不構(gòu)成威脅，但由于本含水層厚度分布和富水性不均，隨著開采深度的增加，其水頭壓力也隨之增大，在隔水底板薄弱部位或在斷層附近時，有可能產(chǎn)生底板突水，危及礦井安全生產(chǎn)。

4)中奧陶統(tǒng)(O2)灰?guī)r含水層

屬裂隙巖溶含水層。據(jù)區(qū)域資料，本層厚度大于400 m，在西部太行山區(qū)有廣泛出露，其層位穩(wěn)定，巖溶裂隙發(fā)育，有利于大氣降水和地表水的滲漏補給，因而富水性強，但極不均一。在淺部，由于受山前斷裂(龍泉斷裂和天喜鎮(zhèn)斷裂等)及巖漿侵入作用的影響，使灰?guī)r與碎屑巖或巖漿巖相接觸，形成阻溢型巖溶大泉，如小南海泉。泉水溢出量0.14～7.00 m3/s，水位標(biāo)高為 +134左右，水化學(xué)類型為 HCO3～Ca.Mg和 HCO3—Ca型水，礦化度為 0.57g/L，PH=7.7，屬中性優(yōu)質(zhì)水，泉水動態(tài)較穩(wěn)定。

3.3 礦區(qū)主要隔水層

1)二1煤層頂板隔水層

自二1煤層頂面60 m以上起，上至基巖面，一般厚度多大于100 m，該層主要由厚層泥巖、砂質(zhì)泥巖組成，其間雖夾有中粗粒砂巖含水層，但其裂隙不發(fā)育，導(dǎo)水、富水性差，而其力學(xué)強度較高，在該層中可起到骨架作用，對第四系孔隙潛水充入二1煤礦礦坑具有良好的阻隔作用，是二1煤層頂板的良好隔水層。

2)二1煤層底板隔水層

由泥巖、砂質(zhì)泥巖和薄層灰?guī)r組成，厚度19.00～55.50 m，平均厚度為42.92 m。該層從礦區(qū)南部向北部有逐漸增厚的趨勢。泥巖、砂質(zhì)泥巖層位穩(wěn)定，厚度大、分布廣，以往勘探鉆孔中，在該層段未發(fā)現(xiàn)涌、漏水現(xiàn)象，其導(dǎo)水性差，隔水性較好，對阻隔太原組上段(L8)灰?guī)r水充入二1煤礦礦坑能起到良好的阻隔作用。

4 礦床開采對小南海泉的影響分析

4.1 從泉水的補給條件方面進行分析

小南海泉位于礦區(qū)南部外圍約160 m，主要泉水出露點(奶奶廟一帶)位于礦區(qū)東南約250 m。從小南海泉的成因分析，小南海泉是由來自西部山區(qū)的地下水，通過深部強徑流帶徑流至泉域東部，由于受泉域東部北北東向斷層束(主要是天喜鎮(zhèn)斷裂和龍泉斷裂等)的影響，使奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層與區(qū)外相對阻水的煤系地層對接，并在洹河的強烈侵蝕下，切穿奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層而使地下水溢出形成的。

根據(jù)以往調(diào)查資料，小南海泉域內(nèi)巖溶地下水主要發(fā)育在奧陶系中統(tǒng)馬家溝組第1、2、3巖性段碳酸鹽巖含水層中［2］，由于碳酸鹽巖區(qū)的富水性分布極不均勻，地下水多富集在溶隙裂隙發(fā)育的地段，稱之為強徑流帶。巖溶地下水強徑流帶，是地下水對可溶巖的裂隙孔洞溶蝕開拓的結(jié)果，在泉域系統(tǒng)內(nèi)的分布具有集中徑流的特點，表現(xiàn)出有類似地下河系那樣的系統(tǒng)性，即由干流和支流組成的徑流帶系統(tǒng)。干流和支流都直接與兩側(cè)弱巖溶區(qū)的裂隙、溶隙導(dǎo)水網(wǎng)絡(luò)密切聯(lián)系著，并與巖溶水一起構(gòu)成一個完整、獨立的地下水系統(tǒng)。小南海泉域共有兩個巖溶地下水強徑流帶，即陵陽－天喜鎮(zhèn)巖溶強徑流帶和橫水～南善應(yīng)巖溶強徑流帶(圖3)。礦區(qū)大致位于這兩個強徑流帶之間，地下水徑流相對較弱。

圖3 小南海泉域巖溶強逕流帶分布示意圖

在小南海水庫大壩附近，受大壩一帶巖漿巖侵入體的阻隔(圖2)，巖溶地下水主要通過白玉村東南部向小南海水庫下游逕流，由于善應(yīng)鎮(zhèn)一帶洹河的強烈切割侵蝕，切穿奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層，并在斷層的綜合影響下使地下水溢出地表而形成小南海泉(圖4)。由此可見，小南海泉的補給來源主要來自西部奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層的地下水，而黑玉煤礦開采的煤層位于石炭系上部和二疊系下部，煤層與奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層之間有多層隔水層相隔，一般情況下該煤礦開采導(dǎo)致礦床與奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層溝通的可能性小，即對小南海泉的影響小。

圖4 A—B水文地質(zhì)剖面圖

4.2 從斷裂構(gòu)造條件方面進行分析

礦區(qū)東側(cè)F159斷裂距離礦區(qū)220～400 m，距離較遠，而且該斷層為壓扭性正斷層，相對阻水。礦區(qū)西側(cè)的F160斷裂，走向北東—南西，傾向南東，傾角 75～80°，斷距大于200 m。與F160斷層相伴生的次級斷層，位于F160斷層西側(cè)，規(guī)模較小。根據(jù)以往勘探成果結(jié)論，F(xiàn)160斷層對礦區(qū)內(nèi)二1煤層未見有影響。另據(jù)斷層?xùn)|、西兩側(cè)地質(zhì)勘探鉆孔資料，在斷層破碎帶中發(fā)育有石膏礦，相對阻水，斷裂西側(cè)(下盤)為奧陶系中統(tǒng)第5巖性段灰?guī)r。前面已述，奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層主要發(fā)育在馬家溝組第1、2、3巖性段灰?guī)r中。斷層附近馬家溝組第1、2、3巖性段埋藏較深，根據(jù)黑玉石膏礦勘探鉆孔資料，斷層西側(cè)鉆孔(ZK6)深度為120 m，未見揭露。斷層?xùn)|側(cè)鉆孔(ZK5)深度為195m，已經(jīng)揭穿二疊系并進入石炭系。由此看出，奧陶系中統(tǒng)馬家溝組第1、2、3巖性段的埋藏深度在F160斷層西側(cè)應(yīng)超過120 m，東側(cè)應(yīng)超過195 m。從黑玉石膏礦的開采情況來看，黑玉石膏礦開采的石膏礦層位于F160斷層破碎中，開采過程中未發(fā)現(xiàn)有突水現(xiàn)象，說明F160斷層屬阻水?dāng)鄬樱磁c奧陶系中統(tǒng)主要含水層溝通。但鑒于斷層帶中石膏礦層的不均勻性，不排除局部地段有導(dǎo)水的可能，礦方應(yīng)引起足夠重視。從目前的掌握的資料來看，F(xiàn)160斷層未溝通奧陶系中統(tǒng)主要含水層，對黑玉煤礦東南部的小南海泉流量不造成直接影響。由此看來，奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層中的地下水通過斷層直接進入煤礦礦床的可能性小，對礦區(qū)東南部的小南海泉流量不會造成直接影響。

4.3 從水質(zhì)分析結(jié)果方面進行分析

從水質(zhì)分析結(jié)果來看，河南省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊在2001年11月5日為完成《河南省安陽市小南海泉域地下水資源評價報告》在奶奶廟附近小南海泉口取了1組水樣分析;礦方于2006年9月18日在礦區(qū)內(nèi)不同部位取了4組地下水樣進行分析;本次分析工作中分別在礦區(qū)南部洹河中和奶奶廟附近小南海泉口各取了1組水樣進行分析，以上水質(zhì)分析結(jié)果列于表2。

從不同時期不同部位水質(zhì)分析結(jié)果可以看出，礦坑水、洹河水及小南海泉水水質(zhì)均未超過現(xiàn)行國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)均為良好。且洹河水、小南海泉水水質(zhì)明顯優(yōu)于礦坑水，目前小南海泉水的水質(zhì)與2001年相比并無明顯變化，說明礦區(qū)采礦活動目前并未對小南海泉水水質(zhì)造成影響。

4.4 從煤礦技術(shù)改造初步設(shè)計進行分析

由于小南海泉出露在洹河河谷內(nèi)，洹河河水的水質(zhì)變化將直接影響到小南海泉水的水質(zhì)。從該礦二1煤層的分布特征及該煤礦技術(shù)改造初步設(shè)計［3］來看，未來該煤礦主要是向北部開采，遠離洹河。礦井排水水質(zhì)主要受井下開采過程中散發(fā)的巖粉和煤粉的影響。

表2 水質(zhì)分析結(jié)果一覽表

導(dǎo)致COD和SS增高，設(shè)計中選用1座處理能力為60 m3/h(礦井正常排水量為30 m3/h左右，最大涌水量為40 m3/h)的地上式穿孔旋流反應(yīng)斜管沉淀池(結(jié)構(gòu)形式為鋼砼)。處理后的部分礦井水再經(jīng)深度處理后供工業(yè)場地生產(chǎn)用水，多余部分經(jīng)沉淀處理后直接外排，外排礦井水能夠滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978－1996)表4中二級標(biāo)準(zhǔn)的要求。

工業(yè)場地主要廢水來源為辦公、食堂、聯(lián)合建筑等生活污水以及礦井排水。其中生活污水量約為3.6 m3/h，最大水量為17 m3/h。設(shè)計采用處理能力為10 m3/h的埋地式污水處理設(shè)備進行生化處理，處理后與沉淀、凈化后多余的礦井水一起就近排出場外沖溝內(nèi)。

礦井水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的煤污泥，經(jīng)壓濾機脫水后的干煤泥運至儲煤場，以防止環(huán)境的二次污染，同時又增加煤礦的經(jīng)濟效益。

綜上所述，未來采礦活動主要是向北部開采，遠離洹河;設(shè)計未來礦床開采過程中對污染源的處理措施是有保障的，對洹河的污染可能性很小，即對小南海泉泉水的水質(zhì)安全不構(gòu)造威脅。

5 初步結(jié)論與建議

5.1 初步結(jié)論

根據(jù)以上礦區(qū)水文地質(zhì)條件和礦床開采對小南海泉的影響分析，結(jié)合黑玉煤礦目前開采情況及技術(shù)改造初步設(shè)計方案，得出如下初步結(jié)論:

(1)從小南海泉的補給來源分析，小南海泉主要由來自西部奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層的地下水補給，而黑玉煤礦開采的煤層位于石炭系上部和二疊系下部，煤層與奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層之間有多層隔水層相隔，一般情況下該煤礦開采導(dǎo)致礦床與奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層溝通的可能性小，也就是說對小南海泉的影響小。

(2)從目前的掌握的資料來看，F(xiàn)160斷層并未使礦床與奧陶系中統(tǒng)主要含水層溝通，對黑玉煤礦東南部的小南海泉流量不造成直接影響。但鑒于斷層帶中石膏礦層的不均勻性，未來開采仍需注意斷層的局部導(dǎo)水可能。

(3)從礦區(qū)內(nèi)、洹河及小南海泉不同時期水質(zhì)分析的結(jié)果進行分析，礦區(qū)采礦活動目前未對小南海泉水質(zhì)造成影響。

(4)從技術(shù)改造初步設(shè)計進行分析，未來采礦活動主要是向北部開采，遠離洹河，設(shè)計未來生產(chǎn)過程中對污染源的處理措施是有保障的，對洹河污染的可能性很小，即對小南海泉泉水的水質(zhì)安全不構(gòu)造威脅。

5.2 建議

(1)礦區(qū)開采應(yīng)嚴(yán)格控制在批準(zhǔn)的礦區(qū)范圍內(nèi)，嚴(yán)禁越界開采。

(2)實施技術(shù)改造過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)改造設(shè)計方案的要求，加強水處理設(shè)備的投入，將有關(guān)防治水污染的工作落到實處，避免污水排入洹河影響河水水質(zhì)。

(3)在向深部或斷層附近開拓回采前，應(yīng)進行探、放水工作，并留設(shè)防水煤(巖)柱，以避免遇斷裂發(fā)生突水事故。

(4)在技術(shù)改造過程中及后續(xù)開采時，應(yīng)不斷掌握礦區(qū)不同時代巖性變化規(guī)律、掌握斷層和裂隙的發(fā)育規(guī)律，以及掌握地下水的變化規(guī)律，定期監(jiān)控深部奧陶系巖溶地下水的水質(zhì)變化情況，發(fā)現(xiàn)地下水異常要及時報告有關(guān)部門進行處理。

(5)應(yīng)加強與水利、環(huán)保、國土和安全等相關(guān)管理部門聯(lián)系與溝通，以便及時各種問題。

［1］宋麗紅，張國建，李坷凌.安陽市小南海泉流量減小的原因分析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì).2003.30(4):86 －89.

［2］王明閣，馬英杰等.小南海、珍珠泉泉域及洹河漏失段水文地質(zhì)調(diào)查報告［R］.河南省地質(zhì)局水文地質(zhì)一隊，1981.8.

［3］郝富昌等.安陽縣善應(yīng)鎮(zhèn)黑玉煤礦技術(shù)改造初步設(shè)計說明書［R］.大地工程開發(fā)有限公司，2005.7.