民族煤礦水文地質(zhì)特征的分析與研究

劉怡君　彭 彪1. 貴州省煤田地質(zhì)局174隊(duì)，貴州貴陽，5500002. 貴州省煤田地質(zhì)局113隊(duì)，貴州貴陽，550000

民族煤礦水文地質(zhì)特征的分析與研究

劉怡君*彭 彪
1. 貴州省煤田地質(zhì)局174隊(duì)，貴州貴陽，550000
2. 貴州省煤田地質(zhì)局113隊(duì)，貴州貴陽，550000

提 要 通過對(duì)民族煤礦水文地質(zhì)條件分析，認(rèn)為煤礦主要的充水水源來自于龍?zhí)督M含煤地層基巖裂隙水、長興組巖溶裂隙水以及小煤礦及老窯積水，同時(shí)計(jì)算了礦區(qū)內(nèi)的最大涌水量，從而為建立礦區(qū)的防治水保障體系提供了有效的依據(jù)。

關(guān)鍵詞民族煤礦 水文地質(zhì) 含水層 涌水量

1 概述

民族煤礦位于貴州省安順市普定縣城北北東方向，礦區(qū)有公路與普定－補(bǔ)郎－猴場鄉(xiāng)村公路通達(dá)，交通較方便，礦區(qū)面積3.4271km2。

民族煤礦位于補(bǔ)郎向斜北東仰起轉(zhuǎn)折端軸部地段，北部礦界邊緣有馬兒壩背斜。在勘查過程中發(fā)現(xiàn)斷層5條，其中F1斷層為正斷層，地面發(fā)育清楚；FJ102、F203、F303、F003斷層為鉆探發(fā)現(xiàn)，地表不清，其中FJ102、F203、F003為隱伏逆斷層，F(xiàn)303為隱伏正斷層；主要可采煤層為二疊系龍?zhí)督M0、13、14、15、18，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度中等（圖1）。

圖1　貴州省安順市普定民族煤礦地質(zhì)、水文、施工布置綜合圖Fig.1 Complex chart of Geology- hydrogeology- construction arrangement for Puding nation coal mine,An shun city, Guizhou province

民族煤礦在2011年進(jìn)行了1：5000水文地質(zhì)填圖工作，面積約4.5km2，共調(diào)查水文點(diǎn)19個(gè)，并對(duì)區(qū)內(nèi)13個(gè)鉆孔全部按《煤田地質(zhì)勘探鉆孔簡易水文觀測規(guī)程》進(jìn)行簡易水文觀測，甲級(jí)孔13個(gè)，甲級(jí)率100%。鉆孔203、303為礦區(qū)區(qū)內(nèi)水文孔，抽水試驗(yàn)2層次，試驗(yàn)層位為P3c、P3l，該孔抽水試驗(yàn)嚴(yán)格按《煤礦礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，各種原始資料均達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量可靠，各種參數(shù)可參與礦區(qū)涌水量評(píng)價(jià)及預(yù)算。在區(qū)內(nèi)對(duì)采礦有關(guān)系的具代表性的出水點(diǎn)及可能供水點(diǎn)進(jìn)行長期觀測，共布設(shè)2個(gè)長觀點(diǎn)，觀測工具為三角堰等量具，觀測時(shí)間為2011年4月～2011年9月，觀測間隔為雨季5天、枯季10天觀測一次，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，質(zhì)量可靠【1～3】。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 水文地質(zhì)條件概況

該區(qū)屬中山地形，向斜兩翼高軸部低，以侵蝕切割地貌為主，區(qū)內(nèi)無大的河流,主要發(fā)育呈樹枝狀的溝溪水,均為雨源性溪溝，雨季暴漲，礦區(qū)南三岔河為礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面，標(biāo)高約+1080m。

礦區(qū)內(nèi)地表大部分為第四系覆蓋，大氣降水通過基巖風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙及孔隙補(bǔ)給地下水，沿裂隙、孔隙呈脈狀、網(wǎng)狀及分散狀徑流，以侵蝕下降泉方式排泄于沖溝洼地，地下水、地表水的流向主要受地形和地質(zhì)構(gòu)造控制。

礦區(qū)中部呈帶狀地表則由碳酸鹽巖覆蓋，以巖溶地貌為主,大氣降水通過溶隙、落水洞、溶斗等形式迅速補(bǔ)給地下水，以裂隙流及管道流的形式徑流，以巖溶大泉或泉群的形式排泄于深切沖溝中，地表水、地下水流向主要受巖性和區(qū)域最低侵蝕基準(zhǔn)面的控制。

礦區(qū)中上部呈帶狀含煤地層大面 積裸露地表，由于煤層埋藏垂深普遍小于500m，當(dāng)開采發(fā)生塌陷裂隙后，大氣降雨滲入，這對(duì)礦區(qū)充水的因素影響將特別突出和嚴(yán)重。

2.2 主要含水層

2.2.1 二疊系茅口組巖溶含水層P2m 出露于礦區(qū)北部及外圍一帶廣泛分布，巖性為中－厚層狀石灰?guī)r，厚度不詳，含巖溶管道水。富水性強(qiáng)。

2.2.2 二疊系龍?zhí)督M裂隙含水層P3l 出露于礦區(qū)中部，呈帶狀分布。巖性主要由泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及細(xì)砂巖、灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、煤層等組成。調(diào)查泉點(diǎn)4個(gè)，泉水流量0～1.488 L/s；揭露的13個(gè)鉆孔，僅在202、301、303孔在該層中發(fā)現(xiàn)有沖洗液漏失；據(jù)303號(hào)鉆孔對(duì)該層段進(jìn)行抽水試驗(yàn)，結(jié)果為：涌水量0.0067L/s，單位涌水量為0.00014 L/s·m,滲透系數(shù)為0.0006m/d。本層段含巖溶裂隙水，富水性弱。

2.2.3 二疊系長興組巖溶含水層P3c 在地表分布于礦區(qū)中南部，呈條帶狀分布。巖性主要由灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，偶夾砂巖、泥巖。溶蝕裂隙發(fā)育，調(diào)查泉點(diǎn)1個(gè)，泉水流量1.102～7.699 L /s；揭露的5個(gè)鉆孔中有1個(gè)發(fā)現(xiàn)有沖洗液漏失；據(jù)203號(hào)鉆孔對(duì)該段進(jìn)行抽水試驗(yàn)，結(jié)果為：涌水量0.027 L/s，單位涌水量為0.0056 L/s·m，滲透系數(shù)為0.0085m/d。本層導(dǎo)水性中等，富水性中等。為巖溶裂隙含水層。

2.2.4 三疊系大冶組裂隙含水層T1d 出露于礦區(qū)中西部及外圍。巖性以灰色、灰綠色薄至中厚層狀粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主。調(diào)查泉點(diǎn)1個(gè)，泉水流量0.033～1.699 L/s；含淺部風(fēng)化裂隙水，流量季節(jié)性變化明顯，富水性弱。

2.3 斷層富水性

區(qū)內(nèi)地表僅發(fā)育一條斷層F1，為正斷層，走向NW－SE，傾向NNE，斷距110m，傾角72°，斷層帶上無泉點(diǎn)出露，在301鉆孔236.37～237.42m實(shí)見該斷層但未出現(xiàn)涌漏現(xiàn)象，推斷斷層富水性差、導(dǎo)水性亦差。該斷層造成茅口組與龍?zhí)督M間距變小，煤礦在開采煤層時(shí)應(yīng)注意底板突水。

2.4 地下水的補(bǔ)、逕、排條件

巖溶含水層裸露于礦區(qū)內(nèi)，出露面積不大，巖溶較發(fā)育，補(bǔ)給條件較好，補(bǔ)給源為大氣降水，大氣降水通過巖溶和采動(dòng)裂隙補(bǔ)給地下水，地下水接受補(bǔ)給后，通過巖溶裂隙或基巖裂隙的方式，由北東向南西逕流，排泄于南面三岔河。淺層地下水和基巖裂隙水接受補(bǔ)給途逕主要為面狀滲透補(bǔ)給，地下水接受補(bǔ)給后，經(jīng)短途逕流，排往礦區(qū)內(nèi)地形低洼地帶，以下降泉形式出露。

3 礦區(qū)充水因素分析

礦床充水主要取決于以下因素：充水水源、充水通道。

3.1 充水水源

3.1.1 地表水 區(qū)內(nèi)沒有大的河流，只有一小型水庫及兩條小溪，區(qū)外的猛登水庫庫壩標(biāo)高1550m，其水位標(biāo)高1480m，猛登水庫為區(qū)內(nèi)地表水、地下水的排泄區(qū)，先期開采地段最低標(biāo)高為1250m，煤礦在開采時(shí)地表水與采煤坑道（最低標(biāo)高）造成的水位差為230m，但垂向上要經(jīng)過大冶組相對(duì)隔水層，然后由上覆含水層長興組間接補(bǔ)給主要充水層，成為礦井充水的間接水源。

3.1.2 地下水 含煤地層中本身裂隙水含水性、導(dǎo)水性弱，一般淺部水量較大，深部水量逐漸變小，但地層厚度大，也不容忽視，是礦區(qū)充水的主要補(bǔ)給來源，根據(jù)303號(hào)孔分層水位觀測其分層靜止水位標(biāo)高為1490.13m，在今后的開采過程中，需進(jìn)行長期的排水工作。而含煤地層上覆的長興組為中等含水層，巖溶裂隙普遍發(fā)育，多數(shù)呈半充填狀，常見蜂窩狀、海綿狀溶蝕小孔，這些巖溶裂隙會(huì)成為對(duì)礦區(qū)充水的通道。

3.1.3 斷層導(dǎo)水性 本區(qū)地表發(fā)育一條正斷層，且斷層帶上無泉點(diǎn)出露，推測富水性差、導(dǎo)水性差。該斷層造成茅口組與龍?zhí)督M間距變小，煤礦在開采煤層時(shí)應(yīng)注意底板突水。

3.1.4 小煤礦及老窯積水

《論語·泰伯》孔子云：“大哉?qǐng)蛑疄榫?！巍巍乎，唯天為大，唯堯則之。 蕩蕩乎，民無能名焉。 巍巍乎，其有成功也。 煥乎，其有文章?！盵1]107 只有崇拜和贊頌。

（1）小煤礦采空區(qū)積水 礦井以前主要開采0、13、14、15號(hào)煤層，開采標(biāo)高為1440以淺，采空面積為0.227km2，采空區(qū)積水量約181 600m3。

（2）老窯積水 該礦+1500m水平以上到煤層露頭曾有多個(gè)小礦開采，開采深度、范圍及積水情況不清，無資料記載，現(xiàn)無法進(jìn)行調(diào)查。但具在原老窯工作過的人員介紹，老窯開采距地表較近，巷道中有滴水和淋水，老窯巷道及采空區(qū)內(nèi)有大量積水，雨季時(shí)，井口還有水流出。

小煤礦、老窯積水多為以靜貯為主，猶如地下水庫，一旦透水，來勢兇猛，涌水量大，破壞性強(qiáng)。

3.2 充水通道

3.2.1 基巖節(jié)理、裂隙 通過地質(zhì)鉆探資料，區(qū)內(nèi)基巖節(jié)理、裂隙較發(fā)育，這些是連通含水地層與煤層的天然通道。

3.2.2 采煤冒落、裂隙帶 未來煤礦的開采過程中，由于煤層大面積的開采，必將引起大量的采礦裂隙出現(xiàn)，這些人工裂隙將會(huì)是溝通含水地層與煤層的良好通道。

由于區(qū)內(nèi)煤層頂板為半堅(jiān)硬巖類，傾角在15～45°，礦井的可采煤層頂板多為砂泥巖，今后充水通道主要為構(gòu)造裂隙帶及開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶。在這些充水通道影響范圍內(nèi)的地下水將直接進(jìn)入礦坑，礦坑涌水量將突增。

勘查區(qū)頂板管理方法采用全部陷落法，煤層頂板巖性主要為粘土巖、炭質(zhì)粘土巖、泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)區(qū)內(nèi)其它礦井資料，煤層頂板抗壓強(qiáng)度在20～40MPa。

冒落帶最大高度計(jì)算公式：HC=（3～4）M【4】

導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算公式：Ht=｛100M/ （3.3n+3.8）｝＋5.1【4】

式中：

M——累計(jì)采厚（m）

n——可采煤層分層數(shù)。

在勘查區(qū)內(nèi)有可采煤層、局部可采煤層5層（n），自上而下分別編號(hào)為0、13、14、15、18,累計(jì)可采厚度(M)為7.05m，計(jì)算出導(dǎo)水裂隙帶高度為39.82m，冒落帶最大高度為28.2m。

0號(hào)煤層上距上覆地層長興組底板12.70～24.23m，平均17.17m，小于導(dǎo)水裂隙帶和冒落帶最大高度，因此，在開采條件下，必然導(dǎo)致長興組（P3c）巖溶含水層中地下水通過導(dǎo)水裂隙向礦坑充水。從而使得長興組（P3c）成為礦坑的間接充水層，并成為礦坑的主要充水水源。

3.2.3 斷裂帶導(dǎo)水性 本區(qū)地表發(fā)育一條正斷層，且斷層帶上無泉點(diǎn)出露，推測富水性差、導(dǎo)水性差。但是在開采過程中要加以注意。

3.2.4 小煤礦及老窯巷道 礦區(qū)煤層出露的小煤礦及老窯巷道，使得小煤礦和老窯采空區(qū)的井巷道積水與煤層連通，成為這些積水向礦區(qū)充水的主要通道，甚至還將部分地表水引入礦區(qū)。

3.3 水文地質(zhì)類型

礦區(qū)地下水主要以大氣降水補(bǔ)給為主，自然斜坡對(duì)降水滲漏較為有利。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育程度為中等，發(fā)現(xiàn)的1條斷層，推測富水性差、導(dǎo)水性差。主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面（1080m）以上，龍?zhí)督M的裂隙水為直接充水水源；上覆長興組為溶蝕裂隙含水層，底界距0號(hào)煤層平均距離17.17m。區(qū)內(nèi)無地表河流，僅有幾條溪溝和一小型水庫，規(guī)模不大， 均對(duì)今后礦床開采影響不大，因此本區(qū)水文地質(zhì)類型為中等的裂隙充水礦床。

4 礦區(qū)涌水量預(yù)算

原民族煤礦生產(chǎn)規(guī)模為15萬t/a，開采面積0.775km2，主采煤層為0號(hào)煤，開采水平為+1440m。據(jù)該礦排水量觀測資料：枯季涌水量為120m3/d，雨季涌水量為255m3/d，一般涌水量為150m3/d，故用比擬法進(jìn)行涌水量預(yù)算(表1)。

本次礦坑涌水量比擬法預(yù)算公式為【4】：

式中：Q：第一水平開采時(shí)礦坑涌水量（m3/d）；

F：+1250m以上,2勘探線以東，煤層水平投影最大開采面積，為1.143（km2）；

S：預(yù)測未來水位降低值268；（根據(jù)303、203兩個(gè)鉆孔龍?zhí)丁㈤L興組分層靜止水位觀測，平均地下水位埋深標(biāo)高1518m，先期開采標(biāo)高為+1250。

Q0：原民族煤礦礦坑涌水量，枯季120m3/d，雨季225m3/d，一般150m3/d；

F0原民族煤礦開采面積，為0.775km2；

S0：原民族煤礦水位降低值為78m；（根據(jù)303、203兩個(gè)鉆孔龍?zhí)?、長興組分層靜止水位觀測，平均地下水位埋深標(biāo)高1518m，原開采標(biāo)高為+1440。

表1　比擬法礦坑涌水量計(jì)算結(jié)果表Table 1 Mining water yield calculation with comparison method

4 結(jié)論

通過地質(zhì)勘探、水文填圖、鉆孔抽水以及地表落水洞、溶洞的調(diào)查，了解到0號(hào)煤層到二疊系長興組底界距離小于導(dǎo)水裂隙帶和冒落帶，因此長興組巖溶水將是未來煤礦開采過程中的一個(gè)重大威脅；通過對(duì)地表老窯以及采空區(qū)資料的收集，發(fā)現(xiàn)地表老窯甚多，且不知其開采深度及采空面積，故老窯積水將是煤礦透水發(fā)生的一個(gè)潛在威脅。

參 考 文 獻(xiàn)

1徐彬彬. 貴州煤田地質(zhì)[M].江蘇徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003

2汪民，殷躍平，文冬光，等. 水文地質(zhì)手冊[M]. 北京:地質(zhì)出版社，2012

3周偉，彭彪，韓金平，等.貴州省普定縣猴場鄉(xiāng)民族煤礦資源儲(chǔ)量核實(shí)及勘探報(bào)告[R]. 貴州省煤田地質(zhì)局113隊(duì).貴州貴陽2012

4中華人民共和國煤炭工業(yè)部. 礦井水文地質(zhì)規(guī)程[S]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1984

ANALYSIS AND RESEARCH ON HYDROGEOLOGICAL CHARACTERISTICS OF NATION COAL MINE

Liu Yijun1Peng Biao2
1. No. 174 team of Guizhou coalfield geological bureau, Guiyang, Guizhou, 550000
2. No. 113 team of Guizhou coalfield geological bureau, Guiyang, Guizhou, 550000

Abstract

After analyzing the hydrogeological condition of Minzu coal mine,we found that the primay water resouces are from fissure water in coal-bearing stratum of Longtan Formation and the karstic fissure water in Changxing formation as well as the small scale coalmine and gob water. The maximum water emission calculation provide the basis for preventing and curing water control system.

Keywords:Minzu coal mine, hydrogeology, aquifer water yield

收稿日期：2015-04-10；改回日期：2015-04-20

* 第一作者簡介：劉怡君（1988～），女，煤田地質(zhì)勘查專業(yè)，助理工程師

中圖分類號(hào)：P641.461

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006–5296（2015）02–0106–05