核桃峪井田華池－洛河組水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

牛永強(qiáng)，李世峰

(河北工程大學(xué) 資源學(xué)院，河北 邯鄲056038)

礦區(qū)水文地質(zhì)條件直接決定了礦井建設(shè)及開采階段的礦井涌水量及防治水措施。隨著甘肅隴東地區(qū)煤炭資源的開發(fā)，礦井突(涌)水問題日益顯現(xiàn)，對(duì)于煤層上覆華池組、洛河組巨厚層狀砂巖承壓含水層的水文地質(zhì)條件成為研究熱點(diǎn)［1－2]。侯光才［3]系統(tǒng)地分析了鄂爾多斯盆地白堊系地下水系統(tǒng)的基本規(guī)律，對(duì)大區(qū)域內(nèi)地下水系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)劃分;劉心彪［4]具體探究了隴東盆地地下水的賦存特征，對(duì)深部白堊系承壓水的屬性進(jìn)行了詳細(xì)闡述。本文以甘肅慶陽市南部寧正煤田核桃峪井田為例，以地質(zhì)構(gòu)造、華池－洛河組承壓水的補(bǔ)給、徑流及排泄關(guān)系、導(dǎo)水裂隙的發(fā)育高度，分析評(píng)價(jià)了區(qū)內(nèi)煤層上覆巨厚承壓含水層的水文地質(zhì)條件以及對(duì)建井和開采階段對(duì)礦井充水的影響。

1 井田地質(zhì)概況

核桃峪井田位于甘肅省慶陽市南部，屬寧正煤田的一部分;井田區(qū)域位于鄂爾多斯盆地西南緣相對(duì)獨(dú)立的盆地－隴東盆地(為向斜盆地)南部，南鄰彬縣－黃陵坳陷帶，屬雅店背斜的北冀，羅川隱伏斷層的西盤，基本構(gòu)造形態(tài)為向北西傾斜的單斜，地層傾角較緩。地層自上而下依次為:第四系(Q)、白堊系(下統(tǒng)華池組(K1h)、洛河組(K1l)、宜君組(K1y))、侏羅系(J)、三疊系上統(tǒng)延長群(T3y)，地層傾角一般小于5°，基本呈水平產(chǎn)狀。區(qū)域內(nèi)含煤地層為侏羅系延安組，主采較穩(wěn)定的8#煤，埋深約900 m，可采厚度平均13.16 m;煤質(zhì)屬不粘煤，具有低灰、低硫和高熱值的特點(diǎn)，宜作動(dòng)力及民用燃料［5]。

2 區(qū)域水文地質(zhì)

隴東盆地北高南低，東部子午嶺較高，西部由于六盤山隆起而抬高;東部從北至南發(fā)育有九龍河、無日天溝、四郎河等主要常年性和季節(jié)性河流，流向近西南;中部馬蓮河流向南;西部為自西向東流向的蒲河和涇河;最終向東南匯入涇河(圖1)。區(qū)內(nèi)主要接受大氣降水的補(bǔ)給，地表水依地形起伏沿溝谷由四周向中部馬蓮河匯集，由于地表水的向南部涇河匯集，對(duì)第四系及華池組頂部風(fēng)氧化帶潛水有較好的補(bǔ)給;深層華池、洛河組承壓含水層則主要由來自于東部子午嶺以東華池、洛河組地層裸露區(qū)的補(bǔ)給以及西部六盤山隆起區(qū)的順層補(bǔ)給，順層向中部馬蓮河一帶匯集［6]，而在一些較低的溝谷區(qū)，下部華池、洛河組承壓水沿?cái)鄬訋嫌浚a(bǔ)給上部潛水含水層，在溝谷區(qū)以泉的形式向外排泄，形成完整的地下水流動(dòng)系統(tǒng)，井田所在區(qū)域?yàn)樗泻恿鞯膮R集區(qū)域，地下水較為豐富。

3 華池、洛河組水文地質(zhì)條件

3.1 華池、洛河組地層概況

井田所在區(qū)域內(nèi)華池、洛河組地層位于第四系地層之下，侏羅系地層之上，厚度達(dá)600 m之多，均為軟巖或較軟巖，遇水軟化作用明顯。華池組(K1h)巖性為灰綠、紫紅、黃灰色中―細(xì)粒砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖，呈互層狀，局部泥巖具溶蝕的小孔洞，孔隙率大，伏于第四系地層之下，井田內(nèi)厚度220 m左右，埋深約200 m，與下伏洛河組地層為整合接觸［7];洛河組(K1l)巖性為紫紅、棕紅色沙漠相中―粗粒長石石英砂巖、灰質(zhì)砂巖、含礫砂巖、礫巖和泥巖以及泥質(zhì)粉砂巖組成，發(fā)育大型直線型斜層理和水平層理，孔隙率較大且連通性較好、膠結(jié)性差、結(jié)構(gòu)疏松，地下水賦存條件較好，井田范圍內(nèi)厚度400 m左右，是井田內(nèi)最發(fā)育的一套含水巖組［8]。

3.2 華池、洛河組含水層的補(bǔ)、徑、排條件

本區(qū)內(nèi)白堊系華池、洛河組承壓水在東部主要在子午嶺及以東的陜西富縣、黃陵等地華池組、洛河組地層的裸露區(qū)域接受補(bǔ)給，沿白堊系地層順層越過子午嶺向北東－南西向徑流，在馬蓮河一帶匯集;西部在六盤山隆起區(qū)白堊系露頭區(qū)接受大氣降水的順層補(bǔ)給和潛水的入滲補(bǔ)給，另外六盤山東部由于隆起構(gòu)造作用形成大的南北向斷裂，成為深部含水層良好的補(bǔ)給通道，地下水補(bǔ)給后順層自西往東徑流，在馬蓮河一帶排泄，形成完整的地下水流動(dòng)系統(tǒng)［9－10]。

華池、洛河組地層埋藏深，厚度大，由于東西兩個(gè)方向順層的補(bǔ)給，在馬蓮河一帶形成了華池、洛河組承壓含水層的匯集區(qū)域，井田正好處在承壓水匯集處，承壓性增強(qiáng)，地下水量豐富，另外由于整個(gè)隴東盆地內(nèi)華池、洛河組承壓含水層也由北向南方向的徑流，在馬蓮河及涇河交匯一帶匯集，形成了局部的地下水排泄區(qū)域，這也為礦井的建設(shè)和開采帶來了水害威脅。

3.3 華池、洛河組承壓含水層分析

井田內(nèi)下白堊統(tǒng)華池、洛河組承壓含水層廣泛分布，厚度達(dá)600 m，且具有較高的承壓水頭。

從等水壓線圖(圖2)可以看出，區(qū)內(nèi)華池、洛河組承壓水從北東湘樂一帶向西南政平方向徑流，寧縣以西則基本上由北向南方向徑流，在馬蓮河及涇河交匯一帶匯集;由鉆孔N8、N1、Z2及N15可以得到，華池、洛河組承壓水在由東、西及北部向南逐漸徑流的過程中，承壓水頭高度也由湘樂、羅川等地的20 m左右升至政平的72 m，承壓性明顯增強(qiáng)，核桃峪井田所在區(qū)域正好處在承壓水匯集帶，具有較高的承壓水頭，承壓水量豐富，由于井田南部彬縣－黃陵坳陷構(gòu)造的作用，在局部構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育地段，水力聯(lián)系增強(qiáng)，透水性增大，形成局部富水段［11]。

為查明井田所在范圍華池、洛河組承壓含水層的滲透性，按主井筒及副、風(fēng)井位置布置5個(gè)針對(duì)華池、洛河組含水層的井檢孔，并做混合抽水試驗(yàn)，得出5個(gè)孔的單位涌水量及滲透系數(shù)見表1。

可以看出從順著徑流方向(風(fēng)井至檢3方向)，滲透系數(shù)從0.051 m/d依次增大至0.328 m/d，單位涌水量依次從0.011 3 L/(s·m)增大至0.080 9 L/(s·m)，即越靠近馬蓮河，滲透系數(shù)增大幅度明顯升高;從風(fēng)檢孔向檢3孔方向，滲透系數(shù)也呈指數(shù)性增加(圖3)，另外，風(fēng)檢孔與副檢孔相距100 m左右，但滲透系數(shù)及單位涌水量卻相差很大，可以得出區(qū)內(nèi)華池、洛河組含水層具有局部富水性不均的特點(diǎn)，副檢井導(dǎo)通了局部裂隙導(dǎo)水通道，涌水量較大。

表1 井檢孔水文地質(zhì)參數(shù)Tab.1 The hydrogeological parameters of the inspection hole

表2 8#煤導(dǎo)水裂隙帶及冒落帶高度計(jì)算表Tab.2 Height of water flowing fractured zone and caving zone about 8#coal

4 礦井充水因素分析

由于受井田南部彬縣－黃陵坳陷構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)發(fā)育一些小斷層、節(jié)理及大裂隙，加上華池、洛河組地層松散、膠結(jié)性差、交錯(cuò)層理發(fā)育，在井筒掘進(jìn)過程中由于卸荷作用而使得裂隙發(fā)育更寬，透水性增強(qiáng)，形成局部的導(dǎo)水通道，導(dǎo)水能力增強(qiáng)且易垮落，并富含泥質(zhì)松散物，因此在富水性好的局部裂隙發(fā)育處，涌水量會(huì)因釋壓突然變大，給井筒掘進(jìn)造成較大影響。

開采過程中，形成的冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶向上發(fā)育延伸，能否成為導(dǎo)水通道取決于向上延伸的高度，而發(fā)育高度與煤層厚度、煤層傾斜度、采煤方法和巖石力學(xué)性質(zhì)等有關(guān)。導(dǎo)水裂隙帶高度Hf，冒落帶高度 Hc的計(jì)算公式如下［12]。

式中M －累計(jì)采厚，m;n－分層數(shù)。

核桃峪井田內(nèi)主采8#煤可采厚度1.09～24.13 m，平均13.16 m，可分2～ 4個(gè)開采層，根據(jù)區(qū)內(nèi)勘探資料，取其中4個(gè)勘探孔數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表2。

可以看出，開采形成的冒落帶超過60 m，導(dǎo)水裂隙帶高度超過了160 m，超過8#煤層距離下白堊統(tǒng)洛河組底界100 m左右的距離，貫通洛河組砂礫巖孔隙裂隙承壓含水層30～50 m，使該層承壓水沿裂隙帶進(jìn)入礦井，成為礦井直接充水含水層［13－14]。

5 結(jié)論

1)由于區(qū)域內(nèi)大氣降水較少，地表水流量不大，且開采引起的導(dǎo)水裂隙帶也達(dá)不到地表及第四系潛水層，因此地表水流及第四系潛水對(duì)礦井無充水影響。

2)華池、洛河組承壓含水層是區(qū)內(nèi)主要含水層，具有厚度大、節(jié)理裂隙發(fā)育、水壓大且富水性不均的特點(diǎn)，屬中等富水含水層，井田所在位置為華池、洛河組承壓水的匯集區(qū)域，水量大，建井階段對(duì)井筒的開鑿有很大的影響。

3)8#煤層開采引起的冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶向上發(fā)育，直接到達(dá)洛河組承壓含水層，成為未來礦井主要的充水水源。

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