新密市超化煤礦對周邊某機(jī)井地下水位影響分析

魏志業(yè), 高 翯, 張衛(wèi)民

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450000)

1 序言

河南新密市超化煤礦向北直距新密市約15 km，向東北直距省會(huì)鄭州市約40 km，南距禹州市約50 km，東距新鄭市約35 km[1]。機(jī)井自2013年建成使用以來，機(jī)井水位持續(xù)性下降，特別在2014年12月和2017年7月出現(xiàn)突發(fā)明顯下降。有人認(rèn)為是距離其較近的鄭州煤電股份有限公司超化煤礦地下開采疏干地下水對其影響所致，本文就此展開研究。

2 研究區(qū)自然地理特征

2.1 氣象、水文

研究區(qū)年平均氣溫9.1～14.6 ℃，最高達(dá)44.6 ℃，最低為-18.2 ℃；年降雨量381.3～1 059.6 mm，年平均降雨量為637.2 mm，降雨多集中在每年的7、8、9三個(gè)月，并常伴有雷電，這三個(gè)月占全年降水量的50%以上；年蒸發(fā)量為908～1 976.2 mm，年平均相對濕度60%～70%。區(qū)內(nèi)無水庫和常年性河流，僅有一條季節(jié)性河流——麻河，歷年最高洪水位+182.5 m，最大洪流量2 536.4 m3/h，在雨季由礦區(qū)西南向東北穿過礦區(qū)中部流入礦區(qū)東北部的淮河二級(jí)支流雙洎河。在正常年份尤其是干旱季節(jié)往往斷流，在礦區(qū)中部滯留并形成龜山寨泉池洼地，水量較小，其水源來自西南上游3 km外的老姜窩小型水庫，該水庫水多來自元古界變質(zhì)巖裂隙水和大氣降水，補(bǔ)給有限。

2.2 地形地貌

2.3 地層巖性及構(gòu)造

超化煤礦及周邊地層區(qū)劃上屬華北地層區(qū)豫西地層分區(qū)之嵩箕地層小區(qū)，區(qū)內(nèi)地層走向總體近東西向，局部有褶曲。煤系地層多被新生界松散層所覆蓋，僅在北部、西部、西南和南部有少量基巖出露，屬半掩蓋類型。

超化煤礦及周邊總體構(gòu)造為夾持于新密復(fù)向斜西南翼的次一級(jí)褶皺——張溝向斜，主體位其北翼。地層走向總體與主構(gòu)造線方向一致為近東西向，南北對傾，傾角變化范圍為4°～45°，北緩南陡。較大的(中型和大型)斷層主要有河西斷層、樊寨斷層、龜山斷層、楊臺(tái)逆斷層、小司溝斷層和崔莊斷層6條，另有20多條小斷層。

3 水文地質(zhì)

3.1 主要含水層

礦區(qū)及周邊主要含水層有第四紀(jì)砂礫石孔隙潛水含水層、新近紀(jì)洛陽組泥質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、金斗山砂巖孔隙裂隙承壓含水層、石千峰組下段平頂山砂巖孔隙裂隙承壓含水層、二1煤層頂板砂巖孔隙裂隙承壓含水層、太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、太原組下段灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、寒武紀(jì)上統(tǒng)和奧陶紀(jì)中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層。

3.2 礦井充水水源

通過分析區(qū)域水文地質(zhì)條件和礦井突水臺(tái)賬資料，認(rèn)為：充水因素主要是地下水和老空水，而大氣降水和地表水并不占主要地位。

3.2.1 地下水

地下水包括二1煤層頂板砂巖孔隙裂隙承壓水和斷裂導(dǎo)水。

首先，人際情緒管理受到社會(huì)標(biāo)準(zhǔn)和期待等文化因素的影響，不同文化背景下的個(gè)體在人際情緒管理方面存在顯著的差異.相比個(gè)體主義文化，集體主義文化中的人們更多地關(guān)注他人的情緒，但是自己遇到情緒問題時(shí)，尋求外部支持的意愿卻很小[23].因此，未來需要進(jìn)一步開展跨文化研究，以增進(jìn)對人際情緒管理的理解.

二1煤層頂板砂巖孔隙裂隙承壓水是礦床充水水源之一，但其富水性弱，補(bǔ)給條件差，多以淋水或滲水的形式進(jìn)入礦井，水量0.007～160 m3/h，穩(wěn)定后水量0.025～30 m3/h，易于疏排，對礦床不會(huì)形成較大的充水，充水意義不大。

構(gòu)造裂隙水也是地下水的重要組成部分[2]。區(qū)內(nèi)發(fā)育近東西、北西和北東向三組斷層，除楊臺(tái)逆斷層外，其他特別是龜山斷層、崔莊斷層等均為富水、導(dǎo)水的正斷層，落差一般在40～410 m，常造成斷層兩盤奧陶紀(jì)中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水層和太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水層對接，在垂直和水平方向上溝通了各含水層，使之發(fā)生水力聯(lián)系，并沿?cái)嗔哑扑閹纬筛凰畮В堑V床充水的重要水源和通道。

3.2.2 老窯水

礦井的西、西北、東北、東和東南部存在較多越界開采的小煤礦和廢棄老窯，大多具有一定的老窯水。同時(shí)礦區(qū)淺部也存在大量采空區(qū)，也會(huì)存在大量積水。

3.3 機(jī)井水文地質(zhì)特征

機(jī)井處于樊寨斷層和河西斷層之間，兩個(gè)斷層的下盤整體呈地壘構(gòu)造。由于地質(zhì)構(gòu)造的影響，含水層的連續(xù)性被樊寨斷層和河西斷層打破，形成一個(gè)新的水文地質(zhì)單元，也就是說機(jī)井是位于樊寨斷層和河西斷層之間的一個(gè)相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。

4 煤礦開采對機(jī)井地下水位的影響

4.1 斷裂構(gòu)造方面

超化煤礦北部有超化正斷層、河西正斷層、樊寨正斷層，機(jī)井處于樊寨正斷層和河西正斷層之間形成的地壘上，位于礦區(qū)北部超化斷層和河西斷層以北，楊河煤業(yè)公司處于超化斷層和河西斷層之間形成的地塹上。因此,從構(gòu)造角度分析，機(jī)井與超化煤礦由于斷層錯(cuò)斷而處于不同的地質(zhì)構(gòu)造單元，也就是說機(jī)井和超化煤礦處于不同的水文地質(zhì)單元，二者之間沒有直接的水力聯(lián)系。

目前超化煤礦奧灰水(全稱為：奧陶紀(jì)中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙承水，下同)水位整體為+65 m左右，而機(jī)井奧灰水水位+28 m，兩者水位差距較大，但兩者距離較近，二者之間含水層水力聯(lián)系不明顯，否則水位應(yīng)相差不大。因此認(rèn)為`,超化煤礦開采對機(jī)井的影響甚微。

4.2 含水層系統(tǒng)方面

從煤礦開采形成的采空區(qū)所處地層與機(jī)井取水含水層地層的巖性特征及水文地質(zhì)特征分析，可以說明二者之間是否有水力聯(lián)系，也在一定程度上可以說明超化煤礦開采疏排水對機(jī)井是否有影響[3]。

超化煤礦采空區(qū)與奧陶紀(jì)灰?guī)r之間有三層隔水層相隔，分別為厚約7.20 m的二1煤層底板砂泥巖隔水層，厚約22 m的太原組(C2t)中段砂泥巖隔水層和厚約9.81 m的本溪組(C2b)鋁質(zhì)泥巖隔水層，所以，一般情況下，二疊紀(jì)的開采活動(dòng)很難影響奧陶紀(jì)的含水層情況。而機(jī)井取水含水層為奧陶紀(jì)灰?guī)r水，因此從地層巖性方面分析，超化煤礦采空區(qū)疏排水對機(jī)井的影響甚微。

4.3 奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶水水位變化特征方面

從區(qū)域奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶水水位變化特征與超化煤礦及礦區(qū)周邊奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶水水位變化特征之間的關(guān)系方面分析，可在一定程度上說明超化煤礦開采是否對周邊地下水產(chǎn)生影響。選取礦區(qū)東南部邊界且距離煤礦開采采空區(qū)較遠(yuǎn)的奧灰水水位變化特征代表區(qū)域奧灰水變化特征，選取超化煤礦內(nèi)不同位置的觀測井來反映礦區(qū)奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶水水位變化特征，選取同位于超化煤礦北部且距離機(jī)井較近的樊寨機(jī)井的奧灰水水位變化特征作為參照，與機(jī)井奧灰水水位變化特征作對比分析。

4.3.1 礦井涌水量變化特征

根據(jù)礦方提供的礦井涌水量臺(tái)賬，可以得出礦井近年來涌水量變化特征是：自2013年以來，礦井涌水量呈現(xiàn)持續(xù)下降的變化趨勢，從2014年以來，涌水量下降幅度達(dá)100 m3/h。近六年礦井也沒有大的突水點(diǎn)，且整體水位變化不大，而機(jī)井水位卻在持續(xù)下降，礦井地下水的補(bǔ)給和外排基本保持平衡穩(wěn)定，而機(jī)井水位持續(xù)下降與礦井涌水量相對穩(wěn)定不一致，由此確定，超化煤礦開采對機(jī)井的影響甚微。

4.3.2 影響情況分析

根據(jù)以上礦區(qū)礦井涌水量變化特征可以得知，區(qū)域上奧灰水水位呈現(xiàn)整體平穩(wěn)下降的變化趨勢：自2014年以來，機(jī)井的奧灰水水位持續(xù)下降，且下降速率大，遠(yuǎn)超區(qū)域奧灰水水位、超化煤礦奧灰水水位和樊寨機(jī)井奧灰水水位的下降值，而機(jī)井和樊寨機(jī)井均位于礦區(qū)北側(cè)，且樊寨機(jī)井距離礦區(qū)相對更近，如果超化煤礦開采是引起機(jī)井水位下降的原因，樊寨機(jī)井也難免受到影響。而實(shí)際上，樊寨機(jī)井水位無明顯變化，由此可推斷：超化煤礦開采對周邊奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶水的水位影響甚微。

另外，機(jī)井奧灰水水位在2014年和2017年均出現(xiàn)了比較明顯的下降；而距其較近的樊寨機(jī)井奧灰水水位卻一直平穩(wěn)變化且沒有明顯的下降，超化煤礦長觀井2和井觀10的奧灰水水位均在2016年出現(xiàn)了明顯下降。由此可知，機(jī)井和超化煤礦的奧灰水水位出現(xiàn)明顯下降不在一個(gè)時(shí)期，如果二者地下水有水力聯(lián)系，會(huì)出現(xiàn)同步下降的現(xiàn)象。

近六年超化煤礦疏排水量一直在減少，也沒有大的突水點(diǎn)，超化煤礦、樊寨機(jī)井與區(qū)域上的奧灰水水位均呈現(xiàn)了整體平穩(wěn)下降的變化趨勢，而機(jī)井奧灰水水位卻出現(xiàn)了持續(xù)的明顯下降，也可以說明超化煤礦開采對機(jī)井的影響甚微。

綜上所述，從奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶水水位變化方面分析，超化煤礦開采對機(jī)井的影響甚微。

4.4 從影響半徑方面分析

影響半徑即水位降落漏斗的周邊在平面上投影的半徑，選取距離超化煤礦最近的排水孔作為抽水井，利用影響半徑對抽水井排水的平面影響范圍進(jìn)行理論計(jì)算，以此證明超化煤礦開采疏排地下水對機(jī)井是否有影響。

煤礦開采疏排地下水對其他地下水用水戶的影響可以按最不利情況進(jìn)行理論計(jì)算，即只考慮抽水，不考慮回灌，承壓水抽水井影響半徑的計(jì)算公式如下：

式中，s為水位降深；K為滲透系數(shù)。

選取距離機(jī)井最近的-100泵房抽水孔作為抽水井計(jì)算，-100泵房抽水孔孔徑75～89 mm，水量100 m3/h左右，水源為奧陶紀(jì)灰?guī)r水，水位較為穩(wěn)定。

經(jīng)計(jì)算，抽水影響半徑為381.3 m，而機(jī)井距離超化煤礦礦區(qū)北部邊界約400 m，距離-100泵房抽水孔大約930 m，由此可見，機(jī)井不在-100泵房抽水孔的抽水影響范圍內(nèi)，超化煤礦開采疏排地下水對機(jī)井的影響甚微。

綜合礦區(qū)及周邊斷裂構(gòu)造、含水層特征、奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶水水位變化特征及影響半徑計(jì)算等方面的分析可知，超化煤礦開采對機(jī)井的影響甚微。

機(jī)井處于河西斷層和樊寨斷層之間形成的地壘上，其取水含水層奧陶紀(jì)灰?guī)r可能存在巖溶裂隙發(fā)育少的可能，由此導(dǎo)致局部奧灰水水量少,補(bǔ)給條件差，加上機(jī)井持續(xù)性的抽排水，容易出現(xiàn)補(bǔ)給少而疏排多的現(xiàn)象，從而造成機(jī)井水位下降甚至持續(xù)下降。此外，機(jī)井地下水水位下降也有可能是成井工藝、地下水過度開采導(dǎo)致的區(qū)域性的地下水位下降等諸多因素引起的。

5 結(jié)論

為解決新密市超化煤礦開采對東店村集中供水井水位持續(xù)下降是否存在影響問題，本文從研究區(qū)的自然地理、地質(zhì)構(gòu)造特征入手，在詳細(xì)分析了礦區(qū)及機(jī)井所在區(qū)的水文地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，得到以下結(jié)論：

(1)機(jī)井和超化煤礦處于不同的水文地質(zhì)單元，二者之間沒有直接的水力聯(lián)系，故超化煤礦開采對機(jī)井的影響甚微；(2)煤礦開采為二疊紀(jì)地層，而機(jī)井取水為奧陶紀(jì)灰?guī)r水，二者之間有三層隔水層，故超化煤礦采空區(qū)疏排水對機(jī)井的影響甚微；(3)超化煤礦與區(qū)域上的奧灰水水位均呈現(xiàn)了整體平穩(wěn)下降的變化趨勢，而機(jī)井奧灰水水位卻出現(xiàn)了持續(xù)的明顯下降，說明超化煤礦開采對機(jī)井的影響甚微；(4)機(jī)井地下水水位下降可能是成井工藝、地下水過度開采導(dǎo)致的區(qū)域性的地下水位下降等諸多因素引起的，與超化煤礦開采關(guān)系不大。