永夏煤田順和煤礦水文地質(zhì)特征分析

王 輝，葉書發(fā)

(永煤集團有限公司順和煤礦，河南 永城 476600)

順和礦井位于河南省永城市城關(guān)鎮(zhèn)北20 km，屬順和鎮(zhèn)管轄。本區(qū)呈近東西向的長條形，東西向長約10.7 km，南北寬2.2～5.0 km，面積約34 km2。井田北與薛湖礦井以薛溝斷層為界，南與陳四樓礦井北翼采區(qū)毗鄰，東為煤層露頭，西為斷層邊界。礦井設(shè)計60 Mt/a，服務(wù)年限38.7 a，于2009年10月開工建設(shè)，計劃2013年年底建成投產(chǎn)。

1 地質(zhì)概況

1.1 地層

永夏煤田地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)魯西分區(qū)徐州小區(qū)。順和井田為全掩蓋區(qū)，新生界地層厚度達359.41～439.70 m，區(qū)內(nèi)無基巖出露，全部地層均隱伏于新生界地層之下。區(qū)內(nèi)由老到新依次保留的地層層序為奧陶系老虎山組，石炭系本溪組和太原組，二疊系山西組、下石盒子組和上石盒子組，新生界的新近系和第四系。

本區(qū)含煤地層為石炭—二疊系，其中石炭系太原組和二疊系上石盒子組中僅含薄煤層或煤線，賦存于二疊系下統(tǒng)山西組的二2煤層為本區(qū)的主要可采煤層，賦存于下石盒子組的三2和三4煤層為本區(qū)局部可采煤層。

1.2 構(gòu)造

永夏煤田大地構(gòu)造位置處于華北板塊南緣，嵩箕構(gòu)造區(qū)東部的永城斷隆帶。南部緊鄰秦嶺－大別板緣帶，東部臨近郯廬斷裂帶。

井田位于永城隱伏背斜西翼的后王莊背斜之西北翼。整體為走向為北東東，傾向北北西一單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主要有近東西向、北東向和北西向三組，主要為高角度的正斷層。其中落差≥100 m斷層3條;50～100 m的2條，15～50 m的8條;＜15 m的4條(圖1)。

2 區(qū)域水文地質(zhì)概況

2.1 地表水特征

永城礦區(qū)位于黃淮沖積平原東部，屬于淮河水系，區(qū)內(nèi)地表水系較發(fā)育，溝渠較多，多用于排灌的人工溝渠，呈北西－南東向展布，流向東南的沱河，具“雨增、旱枯”之特點，四季流量相差懸殊，水位一般低于地下水，形成地下水排泄通道，只有洪峰期對地下水有短暫補給。區(qū)內(nèi)洼地較多，呈“碟狀”分布，多為季節(jié)性積水。

圖1 順和礦井構(gòu)造綱要圖

2.2 地下水補給與排泄

淺層地下水一般從西北向東南緩慢運動，但以垂向運動為其主要特征，主要排泄途徑也是垂直蒸發(fā)。

二疊系碎屑巖類裂隙含水層組富水性較弱，地下水以水平側(cè)向滲透補給為主。石炭系碎屑巖夾碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組富水性較強，在礦區(qū)東北安徽肖縣一帶大面積出露，直接受大氣降水補給，循環(huán)條件較好，交替強烈，徑流方向自北東向西南。奧陶系碳酸鹽巖類巖溶含水巖組，灰?guī)r溶洞發(fā)育，但不均一，富水性強，富水性受構(gòu)造、裂隙、溶洞發(fā)育程度控制。

地下水主要儲存于裂隙溶洞之中，補給源為遠方露頭處，直接受大氣降水補給，以水平滲透運移礦區(qū)，具有較大的補給范圍和補給量，補給途徑以溶洞斷裂構(gòu)造、裂隙為主，排泄方式以潛流形式向遠方排泄。

3 井田水文地質(zhì)條件

3.1 主要含水層特征

3.1.1 新生界孔隙含水層組(Ⅰ)

該含水層組由粗、中、細粉砂和粘土、亞粘土、亞砂土組成，總厚度359.41～439.09 m，平均395 m，該組自上而下四個含水層組成:第四系全新統(tǒng)孔隙潛水－I1含水層;第四系更新統(tǒng)松散孔隙承壓水－I2含水層;新近系上新統(tǒng)孔隙承壓水－I3含水層;新近系中新統(tǒng)孔隙承壓水 －I4含水層(表1)。

3.1.2 下石盒子組三煤組頂板砂巖裂隙承壓水－II含水層組

本含水層組以細粒砂巖為主，亦可見中、粗粒砂巖，其間為泥巖、砂質(zhì)泥巖，砂巖一般2～5層，厚度變化大，平均厚21.5 m，水位標高 +30.32 ～ +30.73 m，單位涌水量為0.004 61 ～0.008 L/s·m，滲透系數(shù)0.028 3 ～0.053 7 m/d，水溫26℃，水質(zhì)類型為SO4HCO3－NaCaMg型，礦化度3.032 g/L。

3.1.3 山西組砂巖裂隙承壓水－III含水層組

本含水層段以細砂巖為主，其間為泥巖、砂質(zhì)泥巖，砂巖可見2－6層，巖性厚度變化大，層位不穩(wěn)定，為二2煤直接充水含水層段。厚度為0.80～35.43 m，平均厚 21.5 m，井田內(nèi)14－1孔抽水試驗成果:水位標高+4.28 m，單位涌水量0.007 53 L/s·m，滲透系數(shù) 0.019 5 m/d，水溫 18℃，水質(zhì)類型為SO4Cl－NaCaMg型，礦化度0.511 g/L，屬砂巖裂隙承壓弱含水層。補給源以側(cè)向滲入為主，徑流運動遲緩，水交替條件極差，排泄以側(cè)向水平滲出為主。

3.1.4 太原組灰?guī)r巖溶裂隙承壓水－IV含水層組

本含水層組主要含水層為灰?guī)r，次為砂巖，其間夾有泥巖和砂質(zhì)泥巖?；?guī)r有11層，厚度變化大，局部層位缺失?；?guī)r單層厚度0.50～21.54 m，全組各層灰?guī)r總平均厚度51.47 m。該含水層組分為太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水層和太原組下段灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水層。本組含水層溶洞裂隙發(fā)育，富水性相對增強。兩層主要灰?guī)r其間有泥巖、砂質(zhì)泥巖相隔，在無斷裂構(gòu)造影響下，不會發(fā)生水力聯(lián)系。

3.1.5 奧陶系巖溶裂隙含水層組(V)

該含水組為淺灰色、黃灰色白云巖及石灰?guī)r，厚度大于400 m，富水性極不均一。地下水來源為遠方大氣降水沿裂隙層面水平側(cè)向補給，徑流條件好。根據(jù)井田鉆孔抽水試驗，水位標高 －4.31 m，單位涌水量 0.084 3 ～0.157 L/s·m，滲透系數(shù) 0.168 ～0.286 m/d，水溫 28℃，水質(zhì)類型為SO4Cl～NaCa型，礦化度4.843 g/L。為巖溶裂隙承壓中等－強含水層。

3.1.6 巖漿巖裂隙接觸帶承壓水－VI含水層組

燕山期巖漿巖活動頻繁，巖體個數(shù)多，但規(guī)模不大，以巖基、巖株、巖床、巖脈等侵入于寒武系、奧陶系和石炭、二疊系煤系地層之中。井田內(nèi)48個鉆孔中，有34個穿見了巖漿巖，從基性巖到酸性巖類均有發(fā)現(xiàn)，侵入層位較多，以二疊系山西組及下石盒子組地層較為普遍，并常侵入三煤段煤層和二2煤層。巖漿巖多以大斷裂構(gòu)造為通道，沿“軟弱層”侵入，由于巖漿的熱力烘烤和動力擠壓作用，改變了原有巖石的原始結(jié)構(gòu)，侵入體形成了含水體或溝通鄰近含水層的水力聯(lián)系。

3.2 主要隔水層特征

3.2.1 基巖風(fēng)化帶

井田內(nèi)基巖風(fēng)化帶厚度一般在20～35 m，局部可達50 m以上，上部強風(fēng)化帶裂隙發(fā)育，巖石破碎風(fēng)化成砂土或粘土狀;下部弱風(fēng)化帶隨深度增加，裂隙發(fā)育程度逐漸減弱，風(fēng)化裂隙多被上部松散物所充填，風(fēng)化帶對上部地下水的下滲起了阻滯作用。臨區(qū)抽水試驗證實，其單位涌水量0.001 9～0.000 39 L/s·m，滲透系數(shù) 0.019 1 ～0.001 88 m/d，表明該層風(fēng)化帶滲透性差、富水性微弱。

3.2.2 石炭系、二疊系各基巖含水層之間賦存四層隔水層

(1)上石盒子組底部K5砂巖至三煤組頂部，厚20～30 m，分布較為穩(wěn)定，巖性為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，裂隙不發(fā)育，滲透性差;(2)二2煤頂板砂巖以上至三煤組底板，由鋁土泥巖、粉砂巖、薄層砂巖相間組成，厚40～70 m，隔水性能良好;(3)太原組頂部灰?guī)r至二2煤底板由海相泥巖、細砂巖及粉砂巖互層組成，厚度變化較大，其間距為36.92～57.48 m，單位涌水量 0.008 41 L/s·m，滲透系數(shù) 0.042 3 m/d，可視為相對隔水層;(4)L8灰?guī)r與L2灰?guī)r之間厚60 m左右，主要由砂質(zhì)泥巖、中粒砂巖、粉砂巖、薄層灰?guī)r組成，賦存比較穩(wěn)定，本次井田內(nèi)作分層抽水時，各項水文地質(zhì)特征均有所差別，太原組上下段灰?guī)r之間一般情況下沒有水力聯(lián)系。

3.3 斷層帶及其富水性

礦井北、西、南三面基本上以正斷層為界，形成“巨”字型的封閉隔水邊界。東部二2煤層露頭外石灰?guī)r分布面積有限，區(qū)域灰?guī)r地下水通過遠方側(cè)向水平滲透補給，將受到一定限制。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主要為高角度的正斷層，屬張性斷層，斷層破碎帶多被砂、泥碎塊充填，絕大多數(shù)不導(dǎo)水。斷層破碎帶及影響帶石灰?guī)r含水層巖溶裂隙較發(fā)育，局部富水較強，在采動影響下，有可能增強其導(dǎo)水性。

井田北部邊界F8斷層為一北升南降的正斷層，探明落差100～430 m，落差自西向東逐漸變大，使得奧陶系灰?guī)r與二2煤層直接接觸，若開采時重視不夠可能會造成突水淹井事故。

表1 各含水層水文地質(zhì)特征及礦床充水預(yù)測評估表

4 礦井充水因素分析

通過對各主要含水層和隔水層特征分析，對礦床充水進行預(yù)測評估(表1)。二2煤層的充水水源主要為山西組砂巖裂隙承壓水，含水層多以細 －中粒砂巖為主，厚度變化大。據(jù)附近生產(chǎn)礦井實踐證明，該層含水層補給條件差，以消耗靜儲量為主。隨著開拓面積的擴大，水量將增加，但到一定程度水量就不再增加。較大的斷層和封閉質(zhì)量較差的鉆孔可造成各含水層間發(fā)生水力聯(lián)系，使礦床充水量增大，在斷層破碎帶及影響帶附近，靜水壓力破壞巖石原來結(jié)構(gòu)，可能造成底板突水。

5 結(jié)論

1)順和礦井落底水平－702 m，目前正在二期工程施工，二期井巷工程主要布置在二疊系下統(tǒng)三煤段含煤地層中，下石盒子組三煤組頂板砂巖裂隙承壓水成為巷道主要補給水源，太原組灰?guī)r巖溶裂隙承壓水為間接充水水源，可通過斷層及裂隙發(fā)育處向工作面充水，對工作面掘進有一定影響。

2)井田北部邊界F8斷層，落差較大，使得奧陶系灰?guī)r與二2煤層直接接觸，若重視不夠，可能成為礦床的主要充水通道，導(dǎo)致突水淹井事故。

3)山西組砂巖裂隙承壓水為礦井主采二2煤層的充水水源，該含水層補給條件差，以消耗靜儲量為主。較大的斷層、封閉質(zhì)量較差的鉆孔、導(dǎo)水陷落柱等可造成各含水層間發(fā)生水力聯(lián)系，使礦床充水量增大，可能造成底板突水。

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