偃龍煤田偏橋－龍門西礦區(qū)地下水徑流模式研究

禹志加，李倩倩

(河南省煤田地質(zhì)局二隊(duì)，河南 洛陽(yáng)471000)

地下水徑流是指重力作用下地下水在自然界陸地水循環(huán)過(guò)程中的流動(dòng)[1]。在對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)概況及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)地下水的徑流模式進(jìn)行分區(qū)。礦區(qū)的地下水流動(dòng)系統(tǒng)是建立在對(duì)礦區(qū)的地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄子系統(tǒng)的分析和研究上，以礦區(qū)的地層、巖性、構(gòu)造為框架，充分利用礦區(qū)原有的地質(zhì)資料和礦區(qū)內(nèi)礦井巷道開拓地質(zhì)資料，了解大的區(qū)域構(gòu)造和區(qū)域構(gòu)造對(duì)含水層的影響，分析并確定含水層的各個(gè)水文地質(zhì)參數(shù)。在對(duì)區(qū)域構(gòu)造及巖性分析的基礎(chǔ)上，利用礦區(qū)的水文地質(zhì)概況概化水文地質(zhì)邊界，分析整個(gè)礦區(qū)的補(bǔ)給、徑流、排泄的關(guān)系;特別是對(duì)徑流系統(tǒng)的分析，得出各個(gè)單元的地下水的徑流分區(qū)[2]。在偏橋—龍門西一帶礦井中，根據(jù)地下水動(dòng)力分區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的礦井防治水，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

研究區(qū)位于偃龍煤田西部，根據(jù)區(qū)域地層區(qū)劃，屬華北地層區(qū)豫西地層分區(qū)嵩箕地層小區(qū)。區(qū)內(nèi)地層由老到新依次為新太古界登封群(Ar3)、古元古界嵩山群(Pt1)、上元古界震旦系(Z)、下古生界寒武系(∈)及奧陶系(O2)部分地層、上古生界石炭系(C)及二疊系(P)、中生界三疊系和新生界新近系(N)及第四系(Q)。

本區(qū)處在華北古板塊南緣的嵩箕構(gòu)造區(qū)西部，地跨洛陽(yáng)斷陷和嵩箕斷隆，屬板內(nèi)構(gòu)造區(qū)。煤田內(nèi)主要構(gòu)造形跡有印支期的NW向斷裂構(gòu)造朝陽(yáng)—首陽(yáng)山斷層和伊河斷層、燕山期的NW向走滑平移斷裂、草店斷層和五指嶺斷層以及喜山期由重力滑動(dòng)所形成的龍門滑體(Htl)和嵩山滑體(Htx)，詳見(jiàn)圖1。

圖1 構(gòu)造綱要及水文地質(zhì)單元示意圖

本區(qū)屬嵩山北麓水文地質(zhì)區(qū)的龍門—上莊水文地質(zhì)亞區(qū)之龍門—佛光水文地質(zhì)單元。龍門—佛光水文地質(zhì)單元東以嵩山斷層為界，西以草店斷層為界，南至嵩山分水嶺，北至寒武系(或奧陶系)碳酸鹽巖頂界標(biāo)高－800m為界，構(gòu)成了偃龍礦區(qū)西部一個(gè)較為完整的水文地質(zhì)單元，見(jiàn)圖1。

本區(qū)位于黃河與淮河水系的分水嶺地帶，礦區(qū)南部屬中低山區(qū)，東部五指嶺主峰海拔標(biāo)高1215.90m。山區(qū)溝谷發(fā)育，排泄條件良好，泉水出露較多。區(qū)域上總體地勢(shì)為南高北低，東高西低，南部為寒武系構(gòu)成中低山區(qū)，中、北部為第四系覆蓋，僅局部零星基巖出露，南北向沖溝發(fā)育，有利于地表水的下滲及排泄，該區(qū)屬黃河流域伊河水系，區(qū)內(nèi)有伊河，伊河受季節(jié)性控制變化大，一般流量32.3m3/s。區(qū)內(nèi)發(fā)育的馬澗河、鐵窯河與沙溝河為季節(jié)性水流，由南向北注入伊河。東部上莊煤核查區(qū)內(nèi)主要河流為涉村河(塢羅河)，為季節(jié)性水流，該河發(fā)源于南部嵩山山區(qū)，經(jīng)涉村鎮(zhèn)向西北方向經(jīng)南營(yíng)、夾津口鎮(zhèn)、塢羅水庫(kù)在回郭鎮(zhèn)東部注入伊洛河。

2 構(gòu)造對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件的影響

區(qū)內(nèi)有斷層及次級(jí)小構(gòu)造的存在，這些構(gòu)造使礦層及巖體的連續(xù)性遭到破壞，由于斷層對(duì)巖體的切割破壞降低了巖體的強(qiáng)度，并形成軟弱面，其間的孔隙度增大，為地下水的儲(chǔ)存、運(yùn)移創(chuàng)造了條件，使地下水在局部地段富集并增大了導(dǎo)水能力，使不同的含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，斷層也使煤層與含水層的距離變小，縮短了地下水的運(yùn)移距離，使原為間接的充水含水層轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯映渌畬?。?jù)統(tǒng)計(jì)，在龍門煤礦的39次突水中，有15個(gè)突水點(diǎn)位于在斷層破碎帶上，其中小突水點(diǎn)3個(gè)，中等突水點(diǎn)9個(gè)，特大突水點(diǎn)3個(gè)，如1970年6月8號(hào)在東大巷掘進(jìn)時(shí)遇斷層突水，其最大水量為1 330m3/h，1993年12月在二水平軌道下山遇斷層突水，其最大水量為2 210m3/h，這兩次突水均造成淹井。從突水點(diǎn)分布情況看，多數(shù)突水點(diǎn)分布于斷層附近，且分布密集，斷層造成突水量較大的原因，其一是斷層溝通了不同含水層的水力聯(lián)系;其二是斷層破碎帶是一個(gè)軟弱結(jié)構(gòu)面，其強(qiáng)度低，在采礦條件下，原有的平衡條件被打破，在較高的太原組、寒武系巖溶裂隙水的水壓作用下，地下水向薄弱地段運(yùn)移，當(dāng)斷層破碎帶的強(qiáng)度不足以抵抗水壓時(shí)，在斷層附近出現(xiàn)突水。斷層的存在使礦井的水文地質(zhì)條件復(fù)雜化。因此礦井內(nèi)構(gòu)造的存在，使不同含水層發(fā)生水力聯(lián)系并形成地下水富集帶，在采掘條件下易突水，給采礦活動(dòng)帶來(lái)不利的影響。因此在斷層帶較近的地段采煤時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)礦井水文地質(zhì)條件的研究并做好防水工作，以免造成淹井。

3 礦區(qū)地下水補(bǔ)給、逕流及排泄特征

礦區(qū)總體屬于上莊—龍門水文地質(zhì)亞區(qū)—佛光—龍門水文地質(zhì)單元。總體地勢(shì)為南高北低，東高西低，南北向沖溝發(fā)育，有利于地表水的下滲及排泄。各含水層地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，地表水及各含水層之間的補(bǔ)給，地下水的補(bǔ)給區(qū)主要分布于區(qū)域東部及南部的基巖裸露區(qū)，以嵩山阻水?dāng)鄬訛榻绲叵滤霓熈鞣较蛑饕獮樵谫葞熓蟹鸸庵谅尻?yáng)市龍門一帶，地下水一般由東向西逕流。上莊至佛光一帶，地下水一般由東向西、由南向北逕流。

礦區(qū)的年降水量316～990.6 mm，平均降水量為583 mm，多集中在7、8、9三個(gè)月份，對(duì)地下水的補(bǔ)給作用較為明顯。一般雨季，該區(qū)生產(chǎn)礦井的涌水量增加1.5倍左右。當(dāng)?shù)貦C(jī)井的水位普遍上升。

區(qū)北部的伊河為常年性河流對(duì)地下水補(bǔ)給明顯;區(qū)內(nèi)西部的馬澗河、鐵窯河和沙溝河，為伊河支流，流向NNW，旱季斷流干枯，雨季(尤其是洪水季節(jié))暴漲暴落，東部涉村河(塢羅河)，該河發(fā)源于南部嵩山山區(qū)，經(jīng)涉村鎮(zhèn)向西北方向經(jīng)南營(yíng)、夾津口鎮(zhèn)、塢羅水庫(kù)、回郭鎮(zhèn)東部注入伊洛河，對(duì)地下水有一定的補(bǔ)給作用。

區(qū)內(nèi)的東一干渠，還有趙城水庫(kù)、二龍溝水庫(kù)和緱陽(yáng)水庫(kù)等地表水體，因渠道為粘土碾壓而成，壩基、庫(kù)區(qū)由第四系粘土組成或庫(kù)底淤塞等，滲漏較弱或者微弱，一般對(duì)地下水的補(bǔ)給作用不強(qiáng)。但在二1煤層露頭附近的陸渾?wèn)|一干渠放水期間，對(duì)地下水的補(bǔ)給較為明顯，據(jù)永華能源有限公司焦村煤礦觀測(cè)，一般可使礦井涌水量增加2.5倍以上。

地下水的逕流條件與地形條件、巖性與巖石產(chǎn)狀等有關(guān)。埋藏在第四系砂礫卵石層中的地下水，開始以垂直運(yùn)動(dòng)為主，爾后為水平運(yùn)動(dòng)，地下水由東向西逕流。埋藏于基巖中的地下水，接受補(bǔ)給后，先沿巖層傾向向深部運(yùn)動(dòng)，爾后再轉(zhuǎn)為水平運(yùn)動(dòng)。本區(qū)地勢(shì)南東高，北西低，地下水的逕流方向基本與地勢(shì)相近。但近些年在生產(chǎn)礦井長(zhǎng)期開采的影響之下，本區(qū)山西組砂巖含水層和太原組上段石灰?guī)r中的地下水的天然流場(chǎng)已得到了徹底的改變，已經(jīng)形成生產(chǎn)礦井為中心的降落漏斗，地下水主要從已經(jīng)形成的降落漏斗周邊向其中心逕流。

地下水的排泄方式主要為泉群和人工排泄，泉群排泄位于礦區(qū)西部龍門、佛光及東部羅漢寺、申溝、凌溝，人工排泄主要生活用水和農(nóng)灌之用機(jī)井抽水及煤礦排水，其中，煤礦排水對(duì)本區(qū)水文地質(zhì)條件變化起了重要作用。見(jiàn)圖2。

圖2 地下水等水位線及徑流圖

4 礦區(qū)地下水徑流模式

經(jīng)過(guò)對(duì)本區(qū)的地質(zhì)及水文地質(zhì)概況的調(diào)查研究，得出本區(qū)的強(qiáng)徑流區(qū)、中等徑流區(qū)和緩徑流區(qū)，詳見(jiàn)圖3。

4.1 強(qiáng)徑流區(qū)

地下水有良好的補(bǔ)給來(lái)源且以動(dòng)儲(chǔ)量補(bǔ)給為主，與地表水體水力聯(lián)系密切。強(qiáng)徑流區(qū)范圍上裂隙、斷層的強(qiáng)烈發(fā)育且導(dǎo)水性好，含水層之間有越流補(bǔ)給。主要分布于龍門礦、常村礦、龍門河西礦的太原組、奧陶系及寒武系石灰?guī)r含水層中，強(qiáng)徑流區(qū)補(bǔ)給條件良好，通道較多，斷層發(fā)育，其排水量在2250～2 320m3/h。是礦井主要排水水源。

4.2 中等徑流區(qū)

地下水的有效補(bǔ)給來(lái)源，范圍內(nèi)的地表水體和下部含水層有水力聯(lián)系，地下水能夠得到有效的補(bǔ)給;徑流區(qū)范圍內(nèi)有裂隙、斷層的發(fā)育且有一定的導(dǎo)水性。主要分布龍門礦、常村礦、龍門河西礦的山西組中粗粒砂巖含水層中 。中等徑流區(qū)中補(bǔ)給通道較少，水量十分有限，其滲入方式基本上以第四系潛水沿淺部基巖風(fēng)化裂隙帶及斷層帶滲入礦井中。其礦井水量約80～150m3/h。

4.3 緩徑流區(qū)

地下水有一定的補(bǔ)給來(lái)源，但補(bǔ)給源水量有限;徑流帶范圍內(nèi)構(gòu)造斷裂發(fā)育較差或不發(fā)育，地下水徑流不暢。分布于礦區(qū)石盒子組、新近系中粗粒山巖含水層及第四系砂、礫石含水層中，緩徑流區(qū)與上部有較多隔水層隔離，為單純的充水區(qū)。

區(qū)內(nèi)徑流模式特點(diǎn):地表出露較好，有較強(qiáng)的補(bǔ)給來(lái)源、大氣降水影響較大;充水模式復(fù)雜，太原組及寒武系、奧陶系石灰?guī)r巖溶水充水強(qiáng)烈;斷層發(fā)育，導(dǎo)水強(qiáng)烈。

圖3 徑流分區(qū)圖

5 結(jié)論及建議

(1)礦區(qū)徑流模式可分為3個(gè)區(qū)，強(qiáng)徑流區(qū)、中等徑流區(qū)和緩徑流區(qū)。礦井水的主要來(lái)源主要分布在水流動(dòng)強(qiáng)烈徑流區(qū)，約占整個(gè)礦區(qū)涌水量的96% 。其特點(diǎn)是受大氣降水影響，在枯、平和豐水年礦井內(nèi)的涌水量變化較大。

(2)礦區(qū)地處山區(qū)內(nèi)，地下水徑流分區(qū)明顯?？梢愿鶕?jù)分區(qū)而治的原則，對(duì)現(xiàn)已查明的強(qiáng)徑流區(qū)進(jìn)行專門的防治工作。對(duì)河流附近可以進(jìn)行地面防治水，對(duì)于坑塌嚴(yán)重地段實(shí)行堵塞通道，對(duì)于原生構(gòu)造斷裂可以進(jìn)行注漿堵水[5]。

(3)對(duì)中等徑流區(qū)也要做好相應(yīng)的地質(zhì)檢測(cè)和防治水措施，防止中等徑流區(qū)上的地裂縫進(jìn)一步發(fā)育和區(qū)內(nèi)部分?jǐn)鄬踊罨癁閷?dǎo)水?dāng)鄬踊騼?chǔ)水?dāng)鄬印?/p>

[1]章至潔，韓寶平.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.1994.

[2]陳江中.地下水資源系統(tǒng)分析[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.1992.

[3]李留森，李恩花，禹志加等.河南省偃龍煤田李村煤普查報(bào)告.2009.

[4]張宏剛，鄒葉鋒.地下水動(dòng)力分區(qū)的分析和研究[J].水利科技與經(jīng)濟(jì).2006，12(9):629－631.

[5]陳雨孫，邊際.系統(tǒng)工程與地下水系統(tǒng)[J].工程勘察.1994，(1):26－32.