古交礦區(qū)峰峰組與上馬家溝組水力聯(lián)系及意義

李全勝

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司 白家莊礦，山西 太原 030053)

古交礦區(qū)峰峰組與上馬家溝組水力聯(lián)系及意義

李全勝

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司 白家莊礦，山西 太原 030053)

為了進(jìn)一步了解古交礦區(qū)帶奧灰水壓開采的水害水源與突水機(jī)理，對中奧陶統(tǒng)峰峰組和上馬家溝組兩個主要含水層的水力聯(lián)系進(jìn)行了研究。依據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)勘探成果、峰峰組和上馬家溝組巖石學(xué)及水文地質(zhì)特征，劃分出不同的含水層與隔水層，通過34個水文鉆孔水位和1980年以來奧灰水位的動態(tài)變化，證明峰峰組含水層實(shí)際位于其上段，上馬家溝組含水層位于其中、上段，兩者之間存在明顯的隔水層，即峰峰組下段，兩者之間水力聯(lián)系差，是兩個相互獨(dú)立的含水層。距離煤層較近的峰峰組含水層是影響礦區(qū)帶壓開采的主要水源，但峰峰組在該區(qū)域富水性弱，由于其與上馬家溝組水力聯(lián)系差，對礦井安全影響較小，是古交礦區(qū)帶壓開采的有利條件。

古交礦區(qū)；帶壓開采；含水層；水力聯(lián)系

帶奧灰水壓開采是古交礦區(qū)礦井防治水的主要隱患。大量勘探工作表明，在古交礦區(qū)，中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖并不是一個巨厚完整的含水層，而是由多個含水層段和隔水層段組成的含水結(jié)構(gòu)體。由于不同含水層富水性不一，與主采煤層間距不一，在礦井進(jìn)行帶壓開采評價時，其現(xiàn)實(shí)意義截然不同，前提是不同含水層之間的水力聯(lián)系清楚。鑒于此，對中奧陶統(tǒng)本身進(jìn)行隔水層的研究，對不同含水層之間的水力聯(lián)系進(jìn)行分析具有重要的意義。對礦井帶壓開采而言，離煤系地層較近的峰峰組與上馬家溝組含水層是主要影響因素，所以本文只討論峰峰組與上馬家溝組的水力聯(lián)系問題。

1 中奧陶統(tǒng)地層含水層與隔水層劃分

1.1 峰峰組

峰峰組可分為上、下兩段，平均厚度為93.23 m. 上段巖性組合表現(xiàn)為：奧陶系界面以下20～30 m為深灰色厚層石灰?guī)r，向下則為泥灰?guī)r。本段是中奧陶統(tǒng)第一含水層，但富水性差異性較大。下段厚度變化較大，巖性以灰白色、灰黃色角礫狀泥灰?guī)r或薄層泥灰?guī)r為主，中間夾薄層石灰?guī)r，層面和裂隙中充填石膏，通稱第一泥灰?guī)r石膏帶。該段巖溶裂隙不發(fā)育，具有隔水或相對隔水性質(zhì)。上段巖溶裂隙較發(fā)育，巖溶以溶孔為主，直徑5～20 mm，常呈蜂窩狀，富水性較好，但巖溶裂隙發(fā)育不均勻，富水性橫向差異明顯，本區(qū)水文勘探鉆孔的單位涌水量在0.001 2～25.54 L/s·m，正常為1～8 L/s·m.

1.2 上馬家溝組

依據(jù)巖性特征，本組分為下、中、上三段。上段巖性以深灰色厚層石灰?guī)r為主，夾泥灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r數(shù)層，沿層面和裂隙面分布有蜂窩狀、網(wǎng)格狀、串珠狀巖溶，本段為該區(qū)域上馬家溝組主要含水層，稱第二含水層。中段巖性可分為上、下兩部分，下部巖性以深灰色中厚層狀質(zhì)純灰?guī)r為主，夾黃色薄層泥灰?guī)r，石灰?guī)r中發(fā)育有溶孔和蜂窩狀巖溶，上部為深灰色厚層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r，本段巖溶較為發(fā)育，為本區(qū)第三含水層。下段巖性為灰白色、灰黃色角礫狀泥灰?guī)r，夾薄層或中厚層石灰?guī)r，角礫成分為石灰?guī)r、泥灰?guī)r，層面和裂隙內(nèi)充填纖維狀石膏，通稱第二泥灰?guī)r石膏帶，為本區(qū)重要標(biāo)志層，巖溶裂隙不發(fā)育，具有隔水或相對隔水性質(zhì)。由于上段、中段之間無明顯隔水巖層，在實(shí)際工作中，上馬家溝組上、中段合并為一個含水層，統(tǒng)稱為上馬家溝組含水層組。水文勘探中，該區(qū)段巖溶裂隙極發(fā)育，巖溶呈串珠狀、蜂窩狀、網(wǎng)絡(luò)狀，尤以沿裂隙發(fā)育的串珠狀巖溶更為顯著。巖溶直徑一般為5～15 mm，最大達(dá)50 mm，裂隙連通性好，水文勘探鉆孔單位涌水量1.32～36.00 L/s·m. 中奧陶統(tǒng)含水層劃分情況見表1.

表1 中奧陶統(tǒng)含水層劃分表

2 峰峰組與上馬家溝組水力聯(lián)系分析

2.1 水文孔水位數(shù)據(jù)分析

本文收集到古交礦區(qū)相關(guān)中奧陶統(tǒng)水文鉆孔抽放水試驗(yàn)成果中峰峰組與上馬家溝組進(jìn)行分層抽水試驗(yàn)的鉆孔共計34個，見表2. 由表2可以看出，峰峰組與上馬家溝組均存在一定水位差，這一現(xiàn)象表明，正常情況下，兩個含水層的水力聯(lián)系不緊密，峰峰組下段相對隔水層的隔水效果較好。收集的34個鉆孔水位中26個鉆孔峰峰組靜止水位高于上馬家溝組，另外有8個鉆孔峰峰組水位低于上馬家溝組?？傮w而言，區(qū)內(nèi)峰峰組水位高于上馬家溝組水位，符合其基本自然規(guī)律，也同樣說明兩個含水層之間水力聯(lián)系較差。個別鉆孔水位相差較小，主要分布在本區(qū)北部靠近補(bǔ)給區(qū)沿線，由北向南，隨著地層埋深加大，水位差一般隨之加大，如南部GS-1、GS-3、GS-8-2等鉆孔，一方面說明峰峰組與上馬家溝組含水層徑流條件和滲透性能上存在差別，同時也說明兩含水層之間存在較明顯的隔水層。

表2 古交礦區(qū)峰峰組與上馬家溝組含水層水位數(shù)據(jù)對比表

2.2 水位的動態(tài)分析

區(qū)內(nèi)大部分水文勘探孔施工完成后進(jìn)行了封孔，只有部分鉆孔留作長觀孔。近年來，由于開采影響，一些長觀孔也進(jìn)行了封堵，可以說明區(qū)內(nèi)并未進(jìn)行過系統(tǒng)的水文長期觀測工作。

1) 鉆孔水位觀測動態(tài)分析。

通過部分水文長觀孔水位動態(tài)數(shù)據(jù)可知，峰峰組與上馬家溝組水位在20世紀(jì)80、90年代呈如Z-9孔上馬家溝組水位自1984年1月—1985年1月下降了1.14 m，1985年1月—1986年7月下降了0.98 m；Z-10孔峰峰組水位自1984年1月—1985年1月下降1.22 m；Z-7孔峰峰組水位1984年1月—1985年1月下降2.16 m. 2000年后，水位逐步呈現(xiàn)上升趨勢，如GS-13-2孔，2008—2009年上馬家溝組水位上升了1.03 m，GS-5孔2007—2008年上馬家溝組上升0.98 m.

從上述情況看，由于受自然及人為等多種因素影響，早期鉆孔水位均呈下降趨勢，但峰峰組水位下降明顯大于上馬家溝組，主要原因是上馬家溝組含水層埋深大，受影響較小，也說明，上馬家溝組與峰峰組含水層水聯(lián)系較差。

2) 水位統(tǒng)測數(shù)據(jù)分析。

由于峰峰組與上馬家溝組在該區(qū)域水位動態(tài)長觀資料較少，礦區(qū)進(jìn)行了一次奧灰水位統(tǒng)測工作，共計觀測41個鉆孔。部分混合抽水鉆孔由于峰峰組與上馬家溝組或上馬家溝組與下馬家溝組之間未進(jìn)行隔離，兩個含水層段存在人為溝通，峰峰組水位與原始值比較有下降，總體上峰峰組水位高于上馬家溝組，說明兩個含水層之間隔水層隔水性較好。峰峰組與上馬家溝組等水位線圖見圖1.

圖1 峰峰組與上馬家溝組等水位線圖

3 水力聯(lián)系對煤礦防治水的意義

3.1 不同含水層對防治水的意義

由于真正作用在煤系地層底板的是峰峰組水壓，對于礦井防治水而言，評價帶壓開采對于下組煤的影響是以峰峰組水壓更準(zhǔn)確，也更合理。對于上馬家溝組而言，其水壓實(shí)際作用于峰峰組底面上，如評價，則下組煤隔水層應(yīng)加入峰峰組地層厚度，其實(shí)際厚度大都在200 m以上，在沒有導(dǎo)水?dāng)鄬?、?dǎo)水巖溶陷落柱等通道的情況下，一般不可能發(fā)生底鼓突水。

按照目前已知各類鉆孔水位，編制了古交礦區(qū)峰峰組與上馬家溝組的等水位線圖，其總體水位差也說明兩者之間存在較好的隔水層，峰峰組與上馬家溝組是兩個相互獨(dú)立的含水層。需要說明的是，部分水文鉆孔對峰峰組與上馬家溝組或上馬家溝組與下馬家溝組進(jìn)行了混合抽水試驗(yàn)，不同含水層之間未進(jìn)行止水隔離，如封孔不良，在一定范圍可能存在鉆孔溝通不同含水層的情況。

3.2 相互獨(dú)立含水層的防治水意義

由上述可知，在古交礦區(qū)，奧灰各含水層段之間除受導(dǎo)水鉆孔、導(dǎo)水陷落柱或斷層影響可能存在局部水力聯(lián)系外，在自然狀態(tài)下的水力聯(lián)系較差，是相互獨(dú)立的含水層。對于峰峰組和上馬家溝組，由于距下組煤底板間距不同，之間存在相對隔水層，其防治水意義截然不同。

峰峰組含水層總體上是一個富水性弱至富水性中等的含水層，局部地段富水性較強(qiáng)，而上馬家溝組總體上為富水性中等至富水性較強(qiáng)的含水層。如煤層開采只受峰峰組含水層影響時，水文地質(zhì)條件相對簡單；若上馬家溝組與峰峰組含水層產(chǎn)生水力聯(lián)系，其水文地質(zhì)條件將相對復(fù)雜。

峰峰組與上馬家溝組之間相對隔水層意義主要表現(xiàn)在3個方面：在古交礦區(qū)，峰峰組含水層段主要是其上段，其下段隔水性好，鉆孔中峰峰組水位實(shí)際是峰峰組上段水位，而上馬家溝組水位是其中、上段含水層水位，兩者之間存在峰峰組下段隔水層。在巖性上，該段隔水層主要是由泥質(zhì)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r含石膏層及硬石膏巖組成。依據(jù)化學(xué)成分分析(見表3)，峰峰組下段巖CaO、MgO含量以及CaO/MgO比值均較其它層段低，不易被溶蝕，巖溶發(fā)育差。可以說峰峰組下段隔水能力是分析和認(rèn)識古交礦區(qū)帶壓開采的重要因素，如存在隔水性好的巖層，則上馬家溝組富水性雖好，但對古交礦區(qū)帶壓開采影響很小，影響古交礦帶壓開采的主要含水層只能是峰峰組上段，而峰峰組上段富水性弱，其安全影響較少。從這個角度講，兩個相互獨(dú)立含水層的存在有利于礦井防治水工作。

表3 古交礦區(qū)奧灰不同層段化學(xué)分析成果表 %

4 結(jié) 論

峰峰組與上馬家溝組是影響古交礦區(qū)帶壓開采的主要含水層，但是在古交礦區(qū)，峰峰組與上馬家溝組不是統(tǒng)一含水層，依據(jù)兩組巖石學(xué)特征，峰峰組可分為上、下兩段，上馬家溝組可分為下、中、上三段，峰峰組含水層實(shí)際位于上段，上馬家溝組含水層位于其中、上段，從巖石特征及水文地質(zhì)方面分析，兩者之間存在明顯的隔水層，即峰峰組下段。由于該隔水層的存在，兩者之間水力聯(lián)系差，峰峰組與上馬家溝組成為兩個相互獨(dú)立的含水層。對于古交礦區(qū)而言，影響帶壓開采的主要是距離煤層較近的峰峰組含水層，而峰峰組在該區(qū)域富水性弱，對礦井安全影響較小，對古交礦區(qū)帶壓開采意義重大。

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Hydraulic Connection and Meaning between Fengfeng Group and Shangmajiagou Group in Gujiao Mining Area

LI Quansheng

In order to further understand the water and water inrush mechanism of the ordovician, the hydraulic relations of the two main aquifers in the Fengfeng and Shangmajiagou are studied. Different aquifers are classified according to hydrogeological exploration in the mining area, The dynamic change of water level in 34 boreholes and ordovician water level since 1980 has been analyzed. It is proved that the Fengfeng group is located in its upper section, and the Majiagou group middle to upper part of the aquifers, and there is an obvious water resisting layer between the two, That is to indicate that the lower part of the Fengfeng group and the upper part of Majiagou group has poor hydraulic contact, each belongs to an independent aquifer. The Fengfeng water group is close to the coal seam which is the main water source affecting the mining of the area, due to its weakness and poor hydraulic connection with the Majiagou group, it has less effect on the safety of the mining, which consists of favorable Conditions for mining in Gujiao mining area under the condition of aquifer.

Gujiao mining area; Mining under confined aquifer; Aquifer; Hydraulic connection

2017-05-09

李全勝(1969—)，男，山西太原人，1990年畢業(yè)于徐州煤炭工業(yè)學(xué)校，工程師，主要從事煤礦地質(zhì)與礦井防治水工作(E-mail)351005352@qq.com

TD745

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1672-0652(2017)06-0035-05