辛置煤礦區(qū)地下水運(yùn)移規(guī)律及水質(zhì)特征研究

鄭宏旭，王濟(jì)德，劉彥俊

(1.霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 辛置煤礦，山西　霍州　031400； 2.霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)研究院，山西　霍州　031400)

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·專題綜述·

辛置煤礦區(qū)地下水運(yùn)移規(guī)律及水質(zhì)特征研究

鄭宏旭1，王濟(jì)德1，劉彥俊2

(1.霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 辛置煤礦，山西霍州031400； 2.霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)研究院，山西霍州031400)

摘要辛置煤礦位于郭莊泉域東南角，臨汾斷陷盆地水文地質(zhì)單元的東北部，地處兩個(gè)水文地質(zhì)單元的交接帶。東有近南、北向的霍山大斷裂，西為赤峪斷層，北為李曹斷層，將辛置煤礦區(qū)切割成具有相對獨(dú)立水文地質(zhì)特征的地段。本文對該礦井地質(zhì)構(gòu)造特征和陷落柱發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究，分析了F28和F34組成的地塹構(gòu)造對井田內(nèi)地下水徑流方向的影響，并對礦井主要含水層水化學(xué)特征進(jìn)行對比分析，得出了辛置礦區(qū)地下水運(yùn)移規(guī)律。

關(guān)鍵詞地下水；斷層；控水；陷落柱；化學(xué)特征

辛置煤礦是霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司主力礦井之一，處于霍西煤田中部，霍州礦區(qū)東南部，目前主要開采2#、10#煤層。井田總體為一走向NE，傾向NW的單斜構(gòu)造，并伴有走向NNE轉(zhuǎn)NE向的扭性斷裂和寬緩褶曲及陷落柱。地層傾角一般為4°～6°，局部8°～10°.根據(jù)水文地質(zhì)條件分析，該礦受區(qū)域構(gòu)造控制、沉積環(huán)境、巖性組合特征與地下水循環(huán)條件等因素的影響，形成了地處兩個(gè)水文地質(zhì)單元的獨(dú)立水文地質(zhì)特征。

1井田地下水補(bǔ)給條件分析

辛置井田屬霍山山前洪積黃土臺地，受霍山大斷裂影響，總體為前緣被剝蝕的洪積扇群，第四系、第三系地層在勘查區(qū)內(nèi)廣泛分布。含水層分布連續(xù)、穩(wěn)定，孔隙發(fā)育，滲透性強(qiáng)，傳導(dǎo)快，地下水補(bǔ)、蓄條件良好。另外，以霍山山脈的主山脊線為分水嶺，沿霍山山脈西坡共發(fā)育有38條河流，其大部分沿霍山山脈向西或西北匯入汾河，少量通過地表裂隙滲入地層[1]. 通過分析認(rèn)為，天然狀態(tài)下在井田東部太原組地層和奧陶系中統(tǒng)相關(guān)地層隱伏露頭處接受上覆邊山洪積扇松散層孔隙水下滲補(bǔ)給和霍山大斷裂處的側(cè)向補(bǔ)給，向西和西南汾河谷地徑流，是該井田地下水的主要補(bǔ)給來源。

2井田內(nèi)斷層構(gòu)造發(fā)育特征及控水作用分析

斷層是該井田的主要構(gòu)造，斷層性質(zhì)多為正斷層，走向?yàn)镹E.目前，井田內(nèi)揭露落差>50 m的斷層共5條，見表1. 20～50 m的斷層共9條；落差在5～20 m的126條；<5 m的2 660多條。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，5 m以上的大、中型斷層，僅占斷層總數(shù)的5%，其余95%皆為落差<5 m的小斷層。而小斷層中，落差以1～3 m者居多，可占斷層總數(shù)的40%以上。

表1　辛置礦大于50 m斷層發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)表

辛置井田位處汾河以東，十里鋪斷層和赤峪斷層(地塹)復(fù)雜構(gòu)造帶的東側(cè)，處于郭莊泉域巖溶水系統(tǒng)強(qiáng)逕流帶—排泄區(qū)以東約3.5～4.5 km. 由于井田中南部發(fā)育有2條近東西向平行分布的大型斷層F28和F34，東部均延伸至井田邊界以外，西部與F8斷層對接.傾向相對形成一組北東東向的地塹構(gòu)造。將井田分為南北兩個(gè)不同的地下水巖溶系統(tǒng)，北部臨近郭莊泉屬于郭莊泉巖溶水系統(tǒng)，地塹構(gòu)造以南部屬臨汾斷陷盆地深埋區(qū)巖溶水系統(tǒng)[2].

F28正斷層西段與東段落差30～40 m至尖滅，斷層的西段與東段斷層下盤(斷層以北)的奧陶紀(jì)峰峰組強(qiáng)含水層與斷層上盤太原組、本溪組地層少部分對接；斷層下盤太原組含水層組與斷層上盤上石盒子組砂巖對接，地層錯(cuò)動(dòng)不大，對地下水運(yùn)移影響很小。F34正斷層?xùn)|段與西段落差130～150 m. 斷層下盤(斷層以南)的奧陶紀(jì)峰峰組強(qiáng)含水層與斷層上盤太原組地層完全對接，并與上石盒子組砂巖接觸；斷層下盤的太原組較強(qiáng)含水層組與斷層上盤下石盒子組砂巖對接，地層錯(cuò)動(dòng)較大，對地下水運(yùn)移影響較大，形成阻水邊界。

圖1　F28與F34正斷層剖面及滲流方向圖

F28和F34斷層的中部位置落差均為140～150 m，斷層下盤(斷層以北)的奧陶紀(jì)峰峰組強(qiáng)含水層與斷層上盤太原組、本溪組地層完全對接。斷層下盤太原組含水層組與斷層上盤下石盒子組砂巖弱含水層對接具有一定的阻水作用。F28和F34正斷層剖面及滲流方向圖如圖1.通過分析可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)28和F34組成的地塹對井田內(nèi)地下水的阻水作用較為明顯。因此，總體以地塹為界分為南北兩大區(qū)域流場。地塹以北奧灰?guī)r溶水向西北方向徑流，沿F8斷層帶穿越南北向的赤峪斷層向郭莊泉徑流排泄。地塹以南區(qū)域沿西南方向，向臨汾盆地深部徑流。

3井田內(nèi)陷落柱展布規(guī)律

辛置煤礦目前開采的2#煤揭露陷落柱187個(gè)，10#煤揭露陷落柱91個(gè)，總計(jì)278個(gè)。兩煤層中有75個(gè)為同一陷落柱，實(shí)際共揭露203個(gè)，給生產(chǎn)帶來不利影響[3].開采過程中發(fā)現(xiàn)，在井田北部即F28斷層以北陷落柱發(fā)育尤為密集；井田南部及東南部開采的20余個(gè)工作面揭露情況顯示，陷落柱發(fā)育明顯減少。究其原因主要是受地下水運(yùn)移環(huán)境的影響。井田構(gòu)造發(fā)育及奧陶系O2f灰?guī)r水徑流方向，見圖2.

圖2　井田構(gòu)造發(fā)育及奧陶系O2f灰?guī)r水徑流方向圖

4井田地下水化學(xué)特征分析

根據(jù)2014年辛置煤礦水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探成果，結(jié)合礦井水質(zhì)資料，對礦區(qū)主要含水層地下水水化學(xué)特征進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明，辛置礦礦區(qū)各含水層地下水水質(zhì)存在一定差異。石炭系太原組巖溶裂隙水水質(zhì)類型單一，均為SO4HCO3-CaMg型水，與二疊系裂隙水相比，Na+離子含量明顯偏低；奧陶系峰峰組巖溶裂隙水水質(zhì)相對復(fù)雜，與太原組灰?guī)r水相比，呈現(xiàn)出明顯的垂直分帶性，太原組灰?guī)r水綜合耗氧量(COD)在1.08 ～2.33 g/L，奧陶系峰峰組綜合耗氧量(COD)在0.5～1.03 g/L，說明太原組灰?guī)r水相對于峰峰組灰?guī)r水徑流條件較差。

表2　辛置煤礦水質(zhì)類型對比分析情況統(tǒng)計(jì)表

5結(jié)論

根據(jù)辛置煤礦區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制條件、陷落柱發(fā)育規(guī)律及礦區(qū)主要含水層水化學(xué)特征分析得出：1) 辛置煤礦井田太原組地層和奧陶系中統(tǒng)相關(guān)地層受東部隱伏露頭孔隙水下滲補(bǔ)給和霍山大斷裂處的側(cè)向補(bǔ)給，地下水總體方向由北東向西南方向運(yùn)移。由于靠近郭莊泉排泄區(qū)，且受井田內(nèi)F28和F34斷層形成的地塹構(gòu)造影響，井田北部地下水經(jīng)由辛置煤礦直接通過郭莊泉排泄，井田南部沿西南方向，向臨汾盆地深部徑流。2) 井田內(nèi)大型構(gòu)造對礦區(qū)地下水運(yùn)移規(guī)律起決定性作用，辛置井田由于受F28和F34組成的地塹構(gòu)造對井田內(nèi)的地下水徑流方向產(chǎn)生了較大影響。但通過對構(gòu)造的控水作用進(jìn)行研究，分析其對井田主要含水層水的徑流條件的作用，為以后研究類似地質(zhì)條件下的地下水運(yùn)移規(guī)律提供了理論依據(jù)。3) 在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜礦井，水化學(xué)特征往往復(fù)雜多變，但通過對不同含水層的水質(zhì)進(jìn)行對比分析，從中找出其規(guī)律，對礦井安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]徐岳仁,何宏林,鄧起東，等.山西霍山山脈河流地貌定量參數(shù)及構(gòu)造意義[J].第四紀(jì)研究,2013,7(33):746-759.

[2]張人權(quán),周宏,陳植華,等.山西郭莊泉巖溶水系統(tǒng)分析[J].地球科學(xué)-中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),1991,16(1):1-17.

[3]渠天祥,沙燦文,陸昌厚,等.辛置煤礦小斷層展布規(guī)律及分區(qū)預(yù)測[J].煤炭科學(xué)技術(shù),1992(01):48-52.

Study on the Law of Groundwater Movement and the Characteristics of Water Quality in Xinzhi Mining Area

ZHENG Hongxu, WANG Jide, LIU Yanjun

AbstractXinzhi coal mine is located in the southeast corner of the Guozhuangquan domain, the northeast of the hydrogeological unit of Linfen fault basin and the junction region of the two hydrogeological units. East has near south, north to the Huoshan fault, Chiyu fault is in the west, there is Licao fault in the north, the Xinzhi coal mine areas are cut into the sections of which has relatively independent hydrogeological characteristics. In this paper the mine geological structure characteristics and subsided column development laws were studied. The f28 and F34 graben structure influence on groundwater flow direction in mine field are analyzed and the mine mainly containing aquifer water chemical characteristics are contrasted and analyzed. The migration law of groundwater flow direction in Xinzhi mining area is obtained.

Key wordsGroundwater; Fault; Controlling water; Collapse column; Chemistry characteristics

中圖分類號：[TD741]

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-0652(2016)01-0043-03

作者簡介：鄭宏旭(1974—)，男，山西洪洞人，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，助理工程師，主要從事煤礦地質(zhì)管理工作(E-mail)fzszxjsk@163.com

收稿日期：2015-09-30