轉(zhuǎn)龍灣井田水文地質(zhì)特征及充水因素分析

王俊驍+吳勇+洪慶仁

摘要：轉(zhuǎn)龍灣井田位于鄂爾多斯盆地東勝煤田東南方向，區(qū)內(nèi)褶皺、斷層不發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造簡單。通過對(duì)井田水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，井田內(nèi)地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水含水巖組和侏羅系碎屑巖類孔隙裂隙潛水、承壓水含水巖組。研究認(rèn)為，侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）承壓水含水層為含煤地層，為礦井的直接充水水源和主要充水因素，進(jìn)行礦井煤層開采時(shí)地下水主要通過砂巖的孔隙通道涌入礦坑。

Abstract： Zhuanlongwan Mining Well， located in southeast of Dongsheng Coalfield， Ordos Basin， has undeveloped folds and faults and a simple geological structure. Through the analysis of the hydrogeological conditions of this mining well， the groundwater mainly consists of water-content rock formation of pore phreatic loosening rocks in Quaternary and water-content rock formation of pore fracture phreatic water and confined water of clastic rock in Jurassic. The research suggests that confined water aquifer of Jurassic Yanan Formation is coal-bearing strata and the direct recharged headwater and the major water inrush factor in the well， and it also suggests that the groundwater fills the mine mainly through the pore channel of sandstone during coal mining.

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)；地下水；含水層；充水因素

Key words： hydrogeology；groundwater；aquifer；water-filling factors

中圖分類號(hào)：TD163 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）15-0221-03

0 引言

轉(zhuǎn)龍灣井田位于東勝煤田的東南部，行政區(qū)劃歸屬為鄂爾多斯市伊金霍洛旗納林陶亥鎮(zhèn)，發(fā)改委對(duì)本井田的批復(fù)面積為56.86km2，開發(fā)規(guī)模500萬t/a。井田范圍內(nèi)為侵蝕性高原地貌特征，地表大面積被第四系風(fēng)成砂覆蓋，僅有少量基巖出露，溝谷發(fā)育，其中公捏爾蓋溝沿北東、南西向橫穿礦區(qū)，為一常年性流水溝，雨季可形成短暫的洪水，將直接影響礦井的正常開采。井田內(nèi)地下水主要?jiǎng)澐譃榈谒南邓缮r類孔隙潛水含水巖組和侏羅系碎屑巖類孔隙裂隙潛水、承壓水含水巖組，其中，侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）承壓水含水層為含煤地層，為礦坑的直接充水水源，在進(jìn)行煤層開采時(shí)，地下水主要沿著砂巖孔隙通道涌入礦坑。因此，通過研究井田的水文地質(zhì)特征和充水條件，對(duì)井田安全開采非常重要。

1 井田自然地理及地質(zhì)狀況

1.1 自然地理狀況

區(qū)內(nèi)地形總的走勢(shì)為北東高、西南低，一般海拔為1183～1405m，溝谷縱橫，為侵蝕性高原地貌。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，但多為間歇性溝谷，其中公捏爾蓋溝沿北東、南西向橫穿礦區(qū)，為一常年性流水溝，集中降雨時(shí)可形成洪流。在井田西界外還發(fā)育有地表河流烏蘭木倫河，區(qū)內(nèi)溝谷多為其支溝。烏蘭木倫河為一常年流水的河流，集中降雨時(shí)可形成短暫的洪流，旱季僅有溪流，平均流量4.3m3/s，最高洪水位標(biāo)高1185～1222.1m，由北向南徑流，最終流入黃河[1-3]。此外，在井田附近還分布有寶勒高水庫和轉(zhuǎn)龍灣水庫，其中寶勒高水庫位于公涅爾蓋溝下游，轉(zhuǎn)龍灣水庫位于烏蘭木倫鎮(zhèn)境內(nèi)的東西烏蘭木倫河交匯處，為大型水庫[4-5]。

1.2 井田地質(zhì)

1.2.1 井田構(gòu)造

轉(zhuǎn)龍灣井田所屬的東勝煤田地處鄂爾多斯盆地的東北方向，區(qū)域地質(zhì)單元為華北地臺(tái)鄂爾多斯臺(tái)向斜東勝隆起區(qū)，總體為一向南西的單斜構(gòu)造[6]，構(gòu)造簡單，僅有一些寬緩的和斷距小于20m的斷層。轉(zhuǎn)龍灣井田地處區(qū)域含煤地層的東南部，其地質(zhì)構(gòu)造與區(qū)域含煤地層基本一致，整體為一單斜構(gòu)造，傾向W—SWW，傾角1～2°，僅有一些寬緩的波狀起伏和斷距小于20m的斷層。波狀起伏的軸向大致呈NESW向排列，多分布在井田的西南部，在ZK5934—ZK5914孔之間地層略有隆起。從煤層底板等高線圖上及剖面圖上反映出：在ZK6114—ZK6131孔之間等高線較密集，通過加密構(gòu)造孔ZK6131-1，編錄中發(fā)現(xiàn)有斷層跡象。因此可推斷在ZK6114—ZK6131-1孔之間有一小斷層，斷距10m左右；走向?yàn)槟媳毕颍蛭鲀A的正斷層。其影響范圍較小，走向上小于1000m，并由上向下斷距減小。礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大的褶皺和對(duì)煤層具明顯破壞作用的斷層等構(gòu)造，亦未見巖漿巖侵入體，礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單類型。

1.2.2 井田地層

井田地層由老至新依次為：三疊系上統(tǒng)延長組（T3y）、侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y）、侏羅系中統(tǒng)直羅組（J2zh）、侏羅系中統(tǒng)安定組（J2an）、白堊系下統(tǒng)伊金霍洛組（K1y）、第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組（Qp3s）、第四系全新統(tǒng)（Qh）。見表1。

2 井田水文地質(zhì)條件

2.1 含水巖組劃分及特征

依據(jù)井田內(nèi)地下水的水動(dòng)力特征和埋藏條件，可將井田內(nèi)含水層劃分為二大類。

2.1.1 第四系松散巖類孔隙潛水含水巖組

①第四系全新統(tǒng)（Q4al+pl）沖積、洪積孔隙潛水含水層。

該含水層大多發(fā)育于烏蘭木倫河和公捏爾蓋溝等較大的溝谷，呈條帶狀。巖性由砂、礫石及少量的泥質(zhì)組成，含水層平均厚度8.67m，靜止水位0.85～1.04m，涌水量0.071～0.483L/s，單位涌水量0.0103～0.23L/s.m，滲透系數(shù)0.1116～3.433m/d。水位標(biāo)高1183.30～1201.78m，水化學(xué)類型為HCO3-Ca型水。

②第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組（Q3S）孔隙潛水含水層。

主要分布在礦區(qū)的南部，被第四系風(fēng)積沙覆蓋，地表僅在公捏爾蓋溝兩側(cè)岸坡、溝口等地出露。薩拉烏蘇組地層疏松、透水性好、含水，與上部第四系風(fēng)積沙構(gòu)成統(tǒng)一的含水層組，是本區(qū)的主要含水層，該組地層在井田區(qū)大面積分布，但厚度在不同地段差異很大，厚度一般為7～48米。該含水層巖性為粉細(xì)沙、亞砂土，厚度為1.77～40.42m，埋藏深度為13.60～28.78m，涌水量0.062～2.315L/s，單位涌水量0.021～0.81L/s·m，滲透系數(shù)為0.014～4.879m/d，水位標(biāo)高1236.62～1242.43m，水化學(xué)類型為HCO3—Ca水，礦化度0.23g/L，水溫13℃，具有供水意義。該含水層的上覆一層厚5～20m的風(fēng)積粉細(xì)砂，透水而不含水，它接受大氣降水入滲補(bǔ)給下伏含水層。

2.1.2 侏羅系（J2an-J1-2y）碎屑巖類孔隙裂隙潛水、承壓水含水巖組

①侏羅系碎屑巖類孔隙裂隙潛水含水巖組。

主要分布于虎石溝、郭家村、秦家圪旦、劉家圪堵一帶，含水巖性為砂巖、砂礫巖，民井日出水量50～500升，動(dòng)態(tài)變幅0.81m，水位標(biāo)高1290～1362m，水位埋深1.85～13.65m，水化學(xué)類型HCO3-Ca·Na型水，水溫8～10度，礦化度0.25g/l。

②侏羅系碎屑巖承壓水含水巖組。

根據(jù)本次施工鉆孔資料，該承壓含水組共包括九個(gè)承壓含水層，各承壓含水層之間都有相對(duì)隔水層，相互間水力聯(lián)系微弱。承壓含水巖組中的各含水層無論在平面上，還是在厚度上，自上而下逐漸減小，而水頭壓力自上而下逐漸增大，單位涌水量逐漸減小。根據(jù)施工鉆孔，此次抽水試驗(yàn)?zāi)康膶又饕獮榘捕ńM（J2an），含水層平均厚度23.65m，靜止水位12.70～51.00m，涌水量0.046～3.92L/s，單位涌水量0.002～0.0713L/s·m，滲透系數(shù)0.0094～0.215m/d。水化學(xué)類型為HCO3-Ca型水。

2.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

2.2.1 潛水補(bǔ)給、徑流、排泄

井田范圍內(nèi)潛水主要賦存在第四系薩拉烏蘇組沖湖積層中、溝谷內(nèi)沖洪積層中。沙丘潛水補(bǔ)給來源主要為大氣降水以及少量深部承壓水的頂托越流，溝谷潛水補(bǔ)給來源主要為大氣降水，其次為溝谷兩側(cè)沙丘潛水的側(cè)向徑流和深部承壓水的頂托越流。溝谷潛水沿河流流向徑流，溝谷兩側(cè)沙丘潛水向溝谷方向徑流。溝谷內(nèi)的潛水主要是沿著河流的下游以徑流的方式排泄，沙丘潛水總體是向溝谷排泄。

2.2.2 承壓水補(bǔ)給、徑流、排泄

礦井承壓水賦存于志丹群（K1zh）及侏羅系中統(tǒng)（J2）砂巖中，志丹群（K1zh）在區(qū)內(nèi)少量出露，侏羅系中統(tǒng)（J2）沒有出露。因此，承壓含水層主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給，其次為潛水含水層入滲補(bǔ)給。承壓水的徑流方向，受區(qū)域構(gòu)造形態(tài)影響，總體順著巖層傾向方向運(yùn)移。井田承壓水以側(cè)向徑流排泄為主。

3 礦井充水因素

3.1 充水水源

通過對(duì)井田水文地質(zhì)條件研究，礦井充水水源主要為大氣降水、地表水體和地下水。

3.1.1 大氣降水

轉(zhuǎn)龍灣井田地處氣候干旱的內(nèi)蒙古高原，降雨時(shí)空分布不均，降雨主要集中在每年7～9月份，且多為大暴雨，地表易形成短暫洪流，降水多以徑流的形式排泄，少量入滲補(bǔ)給地下水。井田內(nèi)無煤層直接出露地表，且煤層上部發(fā)育有相對(duì)隔水層，區(qū)內(nèi)大氣降水首先滲入補(bǔ)給充水含水層，然后再涌向礦坑，因此大氣降水為礦井的間接充水來源。大氣降水對(duì)礦井的充水作用，主要受降雨的時(shí)空特征和大氣降水入滲補(bǔ)給充水含水層能力的影響，因此大氣降水對(duì)礦井充水具有明顯的時(shí)空特征。

3.1.2 地表水

轉(zhuǎn)龍灣井田內(nèi)溝谷較發(fā)育，在井田內(nèi)發(fā)育的公捏爾蓋溝及井田西側(cè)的烏蘭木倫河均為常年性地表徑流，對(duì)礦床充水的影響很大，并且本區(qū)降雨較集中，多以暴雨形式出現(xiàn)，雨后易形成地表洪流，造成淹井事故。因此，井口、通風(fēng)口的位置應(yīng)選擇在最高洪水位之上，并采取必要的防洪措施，防止地表洪流造成淹井事故。此外，在井田范圍內(nèi)還分布有兩較大地表水體寶勒高水庫、轉(zhuǎn)龍灣水庫，這兩處地表水體均對(duì)礦井充水均具有較大影響，在這些地表水體附近采煤時(shí)，要留設(shè)保安煤柱或禁止開采，并加強(qiáng)礦坑涌水量監(jiān)測(cè)，及時(shí)做好防突水工作。因此，在集中降雨季節(jié)應(yīng)加強(qiáng)井下水文觀測(cè)，并提前做好防排水工作，以免地表水直接流入礦井造成安全事故。

3.1.3 地下水

井田第四系薩拉烏蘇組（Q3s）、全新統(tǒng)（Q4al+pl）沖洪積砂礫層孔隙潛水含水層富水性較好，但該含水層距離含煤地層較遠(yuǎn)，且與含煤地層之間存在多層隔水層，通常不直接向礦坑充水。根據(jù)地勘資料，施工鉆孔ZK5515孔一帶存在隔水頂板缺失，形態(tài)呈圓形，直徑約1000m，潛水與下伏煤系地層的砂巖含水層直接接觸融為一體，因此當(dāng)采空冒落帶的高度達(dá)到此含水層時(shí)，潛水含水層將間接向礦床充水。白堊系下統(tǒng)志丹群、侏羅系安定組潛水～承壓水含水層的富水性弱～中等，其巖性一般為中、細(xì)粒砂巖，結(jié)構(gòu)致密、裂隙不發(fā)育且距離煤層較遠(yuǎn)，因此，煤系地層上部志丹群、安定組潛水～承壓水含水層，對(duì)礦坑的充水影響較小，是礦坑的間接充水來源。三疊系上統(tǒng)延長組（T3y）承壓含水層富水性弱，隔水頂板滲透性差，與上部含煤地層水力聯(lián)系弱，是礦床的間接充水水源。侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）承壓水含水層富水性弱，但因其是含煤地層，地下水沿著砂巖孔隙通道進(jìn)入礦床，是礦床的直接充水水源。

3.1.4 老窯水

井田內(nèi)無生產(chǎn)礦井及老窯，但其北側(cè)緊鄰?fù)跫宜旱V，南側(cè)緊鄰巴圖塔煤礦，王家塔煤礦正在建設(shè)中，巴圖塔煤礦已生產(chǎn)多年，生產(chǎn)規(guī)模為120萬噸/年[7]。隨著東勝煤田的大規(guī)模開發(fā)，井田鄰區(qū)的采空面積也不斷擴(kuò)大。因此，在開采過程中，不能越界開采，以防鄰區(qū)礦井老窯水對(duì)礦坑涌水。

3.2 充水通道

礦井充水的主要通道有地層的斷裂裂隙帶、孔隙、頂板冒落裂隙帶、底板突破、封閉不良的鉆孔等[8-10]。轉(zhuǎn)龍灣井田地質(zhì)構(gòu)造簡單，區(qū)內(nèi)斷裂、裂隙通道不發(fā)育，天然狀態(tài)下地下水主要通過砂巖的孔隙通道向礦坑涌水，由于地下水各含水層之間發(fā)育有相對(duì)隔水層，相互之間水力聯(lián)系較弱，礦坑涌水通常表現(xiàn)為淋水、滴水和滲水，且分布不均。區(qū)內(nèi)施工鉆孔均按鉆探規(guī)范和設(shè)計(jì)嚴(yán)格封孔，但仍可能存在個(gè)別封閉質(zhì)量不嚴(yán)格的鉆孔，封閉不合格的鉆孔將成為煤層上下含水層的涌水通道。延長組（T3y）為含煤地層的沉積底板，承壓含水層富水性弱，隔水頂板滲透性差，與上部含煤地層水力聯(lián)系弱，所以底板突破通道不發(fā)育。

4 結(jié)論

①轉(zhuǎn)龍灣井田上部薩拉烏蘇組（Q3s）含水層富水性較好，水量豐富，且施工鉆孔ZK5515孔一帶存在隔水頂板缺失，導(dǎo)致該處第四系潛水含水層與下伏煤系地層的砂巖含水層直接接觸融為一體，當(dāng)采空區(qū)形成的冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶的高度達(dá)到此含水層時(shí)，將間接向礦坑充水。因此進(jìn)行煤層開采時(shí)應(yīng)邊采邊探，防止煤層開采時(shí)導(dǎo)通該含水層造成礦井涌水。

②轉(zhuǎn)龍灣井田地表溝谷發(fā)育，集中降雨時(shí)易形成洪流，并且在井田內(nèi)的公捏爾蓋溝下游已建成包勒高水庫，因此，建議該地段應(yīng)嚴(yán)禁開采或留有足夠的保安煤柱，同時(shí)開采至這些地段附件要嚴(yán)加防范，防止煤層開采時(shí)導(dǎo)通地表水體。

③井田內(nèi)溝谷發(fā)育，薩拉烏蘇組（Q3s）、沖洪積（Q4al+pl）潛水含水層的富水性好，水質(zhì)良好，在公捏爾蓋溝中采取大口井或地下截伏流法取水，可以獲得較為豐富的地下水量，是未來礦井生產(chǎn)生活的主要供水水源

參考文獻(xiàn)：

[1]來慶宇.內(nèi)蒙古巴彥柴達(dá)木井田水文地質(zhì)條件分析及礦井涌水量預(yù)測(cè)[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2015.

[2]劉文艷.內(nèi)蒙古哈日根臺(tái)多金屬礦區(qū)水文地質(zhì)特征及礦井涌水量預(yù)測(cè)研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2014.

[3]劉藝芳，武強(qiáng)，趙昕楠.內(nèi)蒙古東勝煤田礦井水水質(zhì)特征與水環(huán)境評(píng)價(jià)[J].潔凈煤技術(shù)，2013（01）：101-106.

[4]李宏偉，王文龍，王貞，詹松，車小力.神府東勝煤田擾動(dòng)地面野外降雨試驗(yàn)[J].水土保持學(xué)報(bào)，2012（02）：11-15，20.

[5]王文龍，李占斌，李鵬，魯可新，郭彥彪，鄭良勇，徐伯榮.神府東勝煤田開發(fā)建設(shè)棄土棄渣沖刷試驗(yàn)研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2004（05）：68-71.

[6]李德軍，于斌.東勝煤田新街煤炭水文地質(zhì)特征[J].河南科技，2013，18：178.

[7]王建國，楊承文，焦東鵬.巴圖塔、轉(zhuǎn)龍灣井田地下開采與水源保護(hù)[J].煤礦設(shè)計(jì)，1995（03）：13-16.

[8]霍檳檳，寧超，楊柯.河南天瑞集團(tuán)韓莊礦水文地質(zhì)特征與礦井充水因素分析[J].煤炭技術(shù)，2009（11）：134-136.

[9]許繼影，戴洪寶.岱橋煤礦礦井水文地質(zhì)類型劃分及防治水措施評(píng)價(jià)[J].河北北方學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（05）：40-44.

[10]林劉軍，何有生.豫西某煤礦礦井充水條件[J].科技視界，2014（07）：300-324.