福建省龍巖市新羅區(qū)洋坑礦區(qū)未來礦井充水因素分析

顏景強(qiáng)

(福建省121地質(zhì)大隊(duì)，福建龍巖364021)

洋坑礦區(qū)位于福建省龍巖新羅區(qū)東南部的適中鎮(zhèn)后祠村，礦區(qū)面積12 km2(如圖1)。地貌形態(tài)屬侵蝕～剝蝕型中低山區(qū)地貌類型，主要山脈分布在礦區(qū)的東部，山脈總體呈近南北走向。礦區(qū)東部高，西南部低，地形切割強(qiáng)烈，溝谷邊坡度較陡，常見懸崖峭壁。大氣降水自然順溝谷逕流，逕流條件較好，排水通暢。礦區(qū)內(nèi)有三條較大的溝谷溪流，分布在礦區(qū)的北部、中部和南部，北部溝谷流水最大和最小流量分別為 108.60 l/s、31.20 l/s;中部溝谷流水最大和最小流量分別為118.70 l/s、37.70 l/s;南部溝谷流水最大和最小流量分別為15.70 l/s、5.20 l/s。其中北部和中部的溝谷溪流上游分別建有人工水庫，為陵坑水庫(最大庫容117.34萬m3，庫底標(biāo)高+760m，最高水位+788.72m)和洋坑水庫(最大庫容122.26萬m3，庫底標(biāo)高+738.00m，最高水位+767.66m)。

圖1 洋坑礦區(qū)水文地質(zhì)簡圖

1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

1.1 巖層的含水性

本區(qū)出露的地層含水性因巖性和構(gòu)造發(fā)育不同呈現(xiàn)不同的富水性特征(如圖2)。各組概略地把它們分為含水巖組和隔水巖組:

圖2 洋坑礦區(qū)第7勘探線剖面圖

1.1.1 含水巖組

(1)第四系(Q)孔隙含水巖組

含季節(jié)性孔隙潛水，富水性十分不均勻，區(qū)域上為弱～中等富水。富水性由所處地形及巖性特征等因素決定。

(2)基巖風(fēng)化帶孔隙～裂隙含水巖組

含孔隙～裂隙型潛水，含水性不勻一，通常富水性弱?；鶐r風(fēng)化帶是大氣降水滲透補(bǔ)給基巖地下水的必經(jīng)通道，直接影響和控制降雨入滲量。

(3)南園組(J3n)、梨山組(J1l)、文賓山組(T3w)、翠屏山組(P2cp)、林地組(C1l)裂隙含水巖組

南園組富水性較弱;梨山組富水性較弱;文賓山組富水性弱;翠屏山組富水性弱～中等，為間接充水含水巖組;林地組富水性弱。

(4)下二疊統(tǒng)童子巖組三段(P1t3)、一段(P1t1)裂隙含水巖組

P1t3、P1t1均含裂隙承壓水，含水性不均勻，富水性弱。

(5)下三疊統(tǒng)溪口組(T1x)裂隙巖溶含水巖組

溪口組溪口組下段灰?guī)r為不均勻巖溶～裂隙含水巖組，富水性中等。

(6)下二疊統(tǒng)棲霞組(P1q)裂隙～巖溶含水巖組

該地層含裂隙～巖溶承壓水，富水性中等～強(qiáng)，且不均勻。巖溶發(fā)育規(guī)律和富水性具有淺部強(qiáng)，深部弱的變化規(guī)律。

(7)火成巖裂隙含水巖組含水性一般較差，富水性弱。

1.1.2 隔水巖組

童子巖組二段(P1t2)、文筆山組(P1w)、大隆組(P2d)為隔水巖組。

1.2 斷裂構(gòu)造帶水文地質(zhì)特征

礦區(qū)總體以滑脫構(gòu)造為主導(dǎo)。滑脫緩斷裂發(fā)育，在童子巖組含煤地層內(nèi)發(fā)育有四條滑脫緩斷裂，為 F0、F02、F03、F04，這四條滑脫緩斷裂使童子巖組含煤地層大部分缺失，造成含煤地層厚度變薄，并為地下水的儲存、運(yùn)移創(chuàng)造了條件，使本來隔水或富水性弱的巖層局部變成了不均勻裂隙含水帶，根據(jù)鉆孔揭露和水文地質(zhì)測繪等資料分析，區(qū)內(nèi)主要斷裂水文地質(zhì)特征(如圖1、圖2)總結(jié)如下:

1)F0斷裂:為隱伏滑脫斷層，地表未出露，上盤地層為童子巖組第一段下亞段(P1t1)及文筆山組(P1w)上部地層;下盤地層為棲霞組(P1q)地層和下石炭統(tǒng)林地組(C1l)。F0斷裂為局部充導(dǎo)水較強(qiáng)。

2)F02斷裂:為滑脫斷層，地表出露2 km，上盤地層為童子巖組第三段中亞段(P1t3－2);下盤地層為童子巖組第一段及文筆山組(P1w)。F02斷裂為導(dǎo)水性弱。

3)F03斷裂:為滑脫斷層。地表出露3 km，上盤地層為翠屏山組(P2cp)中下部地層，下盤地層為童子巖組第三段上亞段至中亞段(P1t3－3)，F(xiàn)03斷裂為導(dǎo)水性弱。

4)F04斷裂:為滑脫斷層。地表出露7 km，上盤地層為下三疊統(tǒng)溪口組(T1x)，下盤地層為上二疊統(tǒng)翠屏山組(P2cp)及童子巖組第三段(P1t3)地層。ZK707鉆孔由于封孔質(zhì)量差，孔口出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，涌水量0.5 l/s，F(xiàn)04斷裂充導(dǎo)水性中等。

1.3 地下水補(bǔ)給、逕流、排泄和動態(tài)特征

地下水主要接受大氣降水的補(bǔ)給，補(bǔ)給通道為基巖風(fēng)化帶及地表斷裂帶等。由于區(qū)內(nèi)地表地形切割強(qiáng)烈，大氣降水多順溝谷排泄出礦區(qū)，僅部分下滲補(bǔ)給地下水。淺部地下水逕流路程短，循環(huán)條件好，當(dāng)溝谷切割含水層時，將以緩慢滲水形式排泄，無明顯的補(bǔ)給、逕流、排泄區(qū);深部地下水逕流路程復(fù)雜，含水性不均勻。

區(qū)內(nèi)地下水具有季節(jié)性動態(tài)變化，雨季水量大，旱季水量小，這種特征淺部較深部明顯。

礦區(qū)內(nèi)有兩個較大的人工水庫，地下水活動存在定水頭補(bǔ)給，季節(jié)性變化減小。大氣降水是本區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源，地表溝谷切割強(qiáng)烈，地表溝谷水及淺部地下水排泄條件好，深部地下水(指深部斷裂帶及深部含水層)含水性不均勻，富水性一般弱，排泄以消耗靜儲量為主，童子巖組弱裂隙含水層是礦坑直接充水含水巖層，深部隱伏的棲霞組(P1q)石灰?guī)r沒有與煤系地層直接接觸，上覆的溪口組(T1x)灰?guī)r也沒有與煤系地層直接對口，F(xiàn)02、F03斷裂構(gòu)造的充水性較弱，F(xiàn)0、F04斷裂構(gòu)造局部充導(dǎo)水性中等～強(qiáng)，淺部(+638.00m以上)斷裂構(gòu)造對煤層開采可能會造成充水危害。

1.4 小煤窯水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)小煤窯主要集中分布在7線以南的童子巖組一段(P1t1)地層內(nèi)，約有10個小煤窯，主要開采37、39和41煤層，開拓方式為平硐和暗斜井，采用機(jī)械通風(fēng)或自然通風(fēng)，平硐為自然排水，暗斜井為抽水方式排水，小煤窯均已全部關(guān)閉。

據(jù)調(diào)查訪問，這些個小煤窯大多存在以暗斜井方式開采下山煤層，且大多都已相互貫通。停產(chǎn)關(guān)閉后均已積水。下山開采最低標(biāo)高為+621.0m，積水量約12萬m3，積水水位標(biāo)高+691.6m(M01井)。這些小煤窯井口僅M01井有礦井水流出。

1.5 鉆孔

礦區(qū)內(nèi)所施工的鉆孔，調(diào)查發(fā)現(xiàn)2008年封孔的ZK707鉆孔封孔質(zhì)量差，鉆孔孔口出現(xiàn)涌水，涌水量0.50 l/s，其余6個鉆孔全孔封閉良好。

2 未來礦井充水因素分析

2.1 大氣降水

大氣降水是礦區(qū)內(nèi)地表水和地下水的主要補(bǔ)給來源，是礦坑充水的主要因素。大氣降水是通過地表風(fēng)化巖層裂隙帶、構(gòu)造帶和采空區(qū)塌陷裂隙帶等深入補(bǔ)給各含水巖組，然后向礦坑充水，成為礦坑的主要補(bǔ)給來源。

表1 鉆孔見F0斷裂深度統(tǒng)計表

表2 鉆孔見F02斷裂深度統(tǒng)計表

表3 鉆孔見F03斷裂深度統(tǒng)計表

表4 鉆孔見F04斷裂深度統(tǒng)計表

2.2 裂隙含水巖組

1)童子巖組第一、三段弱裂隙含水巖組，其富水性弱，且不均勻。

2)溪口組裂隙巖溶含水巖組，其局部富水性中等。

3)棲霞組裂隙～巖溶含水巖組，其富水性中等～強(qiáng)，且不均勻，巖溶發(fā)育規(guī)律和富水性具有淺部強(qiáng)、深部弱的變化規(guī)律。

2.3 斷裂構(gòu)造帶

F0斷層有5個鉆孔揭露，僅ZK303鉆孔在F0斷裂上盤文筆山組地層的破碎帶中(孔深435.91～436.41m)泥漿消耗量較大為0.90m3/h，其它鉆孔均未見漏水現(xiàn)象，F(xiàn)0斷裂造成部分文筆山組地層及童子巖組一段地層的缺失，但并未造成童子巖組煤系地層與棲霞組灰?guī)r直接對口，F(xiàn)0斷層為局部導(dǎo)水?dāng)鄬?F02斷層有6個鉆孔揭露，消耗量為0.06～0.30m3/h，均未出現(xiàn)泥漿嚴(yán)重漏失現(xiàn)象。F02破碎帶調(diào)查未見出水點(diǎn)，F(xiàn)02斷層充導(dǎo)水性弱;F03斷層有4個鉆孔揭露，消耗量為0.06～0.20m3/h，均未見泥漿嚴(yán)重漏失現(xiàn)象，F(xiàn)03斷層充導(dǎo)水性弱;F04斷層有2個鉆孔揭露。未出現(xiàn)童子巖組含煤地層與溪口組中下部的灰?guī)r直接對口。ZK707、ZK507鉆孔揭露F04斷裂破碎帶時出現(xiàn)泥漿消耗量0.60～1.0m3/h。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)ZK707鉆孔由于封孔質(zhì)量差，孔口出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，涌水量0.5 l/s，F(xiàn)04斷層充導(dǎo)水性中等。

2.4 小煤窯

調(diào)查小煤窯主要集中在7線童子巖組一段地層內(nèi)，約有10個小煤窯(均已關(guān)閉)開采方式為暗斜井，下山開采最低標(biāo)高+621m，積水標(biāo)高+621.00～+691.60m，積水量12萬m3，位于P1t1地層的M01廢棄小煤窯礦坑涌水量90.30m3/h。

2.5 采礦活動的影響

采礦活動的進(jìn)行，通常會產(chǎn)生整體移動帶、裂隙帶和冒落帶等三帶，三帶的形成和發(fā)展，往往會切穿含水巖組和斷裂構(gòu)造帶，有時會波及到地表水體等，擴(kuò)大和連通充水通道，增加礦坑涌水量，特別是小煤窯開采淺部煤層產(chǎn)生的塌陷區(qū)和采空積水區(qū)，更有利于大氣降水和溝谷水的直接下滲，造成較嚴(yán)重的充水危害。

洋坑礦區(qū)在未來開采掘進(jìn)中，可能會使得F02、F03、F04斷裂構(gòu)造和地下水、地表水體(陵坑水庫、洋坑水庫和三條大的流水溝谷)發(fā)生水力聯(lián)系，造成礦井礦坑涌水量增大。

2.6 地表水體

2.6.1 洋坑水庫

洋坑水庫最大庫容122.26萬m3，庫底標(biāo)高+738.00m，水庫底部+738.00～+638.00m為童子巖組第三段地層，巖性以砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖為主，洋坑水庫對5煤層開采有影響，洋坑水庫底部與童子巖組第一段可采煤層37、39、41煤層(37、39、41煤層在洋坑水庫底部標(biāo)高+550m以下)垂直距離為150m以上，洋坑水庫對37、39、41煤層開采無影響。

2.6.2 陵坑水庫

陵坑水庫最大庫容117.34萬m3，庫底標(biāo)高+760m，水庫底部+760～+610m為溪口組地層，巖性以砂質(zhì)泥巖為主，陵坑水庫底部與可采煤層5、37、39、41煤層垂直距離為150m以上，陵坑水庫對5、37、39、41煤層開采無影響。

2.6.3 三條較大流水溝谷

北部(S4)流水溝谷標(biāo)高+730.50m，溝谷底部為溪口組地層，巖性以砂質(zhì)泥巖為主，與5、37、39、41煤層垂直距離為150m以上，S4對可采煤層開采無影響。

中部(S8)流水溝谷標(biāo)高+688.10m，溝谷底部為童子巖組第一段下部地層，巖性有砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖等，與可采煤層37、39、41 煤層相距10～50m，S8對可采煤層 37、39、41 煤層開采有影響。

南部(S24)流水溝谷標(biāo)高+681.00m，溝谷底部為第四系地層，與可采煤層相差達(dá)200m以上，第四系地層下部為文賓山地層，S24對煤層開采無影響。

3 建議

未來采礦過程中往往會產(chǎn)生“三帶”，一旦“三帶”波及到地表溝谷和水庫，會造成溝谷水直接灌入井下。建議生產(chǎn)中注意留設(shè)足夠尺寸的防水巖煤柱，避免因開采而產(chǎn)生的采動裂隙波及地表溝谷和水庫。

下階段工作重點(diǎn)對F04、F0斷裂的充導(dǎo)水性進(jìn)一步查明，建議在1線ZK103孔以東布設(shè)1～2個鉆孔，以便進(jìn)一步為確定礦區(qū)水文地質(zhì)條件提供可靠的依據(jù)。

根據(jù)未來生產(chǎn)需要，有選擇性的開展礦區(qū)地表水、地下水長期觀測工作，以便更好的了解地下水補(bǔ)給、逕流、排泄和動態(tài)特征。

4 結(jié)論

(1)大氣降水是礦區(qū)地表水、地下水的主要補(bǔ)給來源。

(2)直接充水含水巖層童子巖組富水性弱，溪口組富水性中等，為不均勻巖溶～裂隙含水巖組;棲霞組富水性中等～強(qiáng)，為不均勻裂隙～巖溶含水巖組;F04斷裂構(gòu)造充導(dǎo)水性中等;F0斷裂充導(dǎo)水性局部較強(qiáng);灰?guī)r與煤系地層未直接對口，礦區(qū)內(nèi)F02、F03斷裂構(gòu)造不發(fā)育，斷層充導(dǎo)水性弱。

(3)洋坑水庫底部對5線東塊段(Ⅱ－334)5煤開采有影響。洋坑水庫底部與一段可采煤層37、39、41煤層相距達(dá)150m以上，對煤層開采無影響。陵坑水庫與可采煤層5、37、39、41煤層相距達(dá)150m以上，對煤層開采無影響。中部(S8)與一段可采煤層37、39、41煤層開采有影響。

(4)7線以南老窯下山最低標(biāo)高+621m，積水水位標(biāo)高+621～+691.50m，水積量約12萬m3。

(5)位于P1t1地層的M01廢棄小煤窯礦坑涌水量90.30m3/h。

(6)ZK707鉆孔由于封孔質(zhì)量差，有地下水涌出。

(7)洋坑礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬中等偏復(fù)雜型。

參與文獻(xiàn)

[1]煤炭工業(yè)部.礦井水文地質(zhì)規(guī)程(試行)[S].北京:煤炭工業(yè)出版社，2008.

[2]地質(zhì)礦產(chǎn)部.水文地質(zhì)手冊[S].北京:地質(zhì)出版社，1978.

[3]福建省121煤田地質(zhì)勘探隊(duì)，福建省龍巖市新羅區(qū)洋坑礦區(qū)煤礦普查報告[R]，福建龍巖:福建省121地質(zhì)大隊(duì)，2009.