九龍礦開(kāi)采對(duì)地下水資源量影響研究

陳 宇，安峰江

（1.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第一地質(zhì)大隊(duì)，河北 邯鄲 056000；2.河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056038）

1 概 況

九龍礦位于河北省邯鄲市市區(qū)西南，磁縣縣城西北地區(qū)，鼓山背斜東翼地區(qū)，地勢(shì)西高東低，平面呈菱形狀，面積20.226 9 km2。井田地表以低緩丘陵為主，東經(jīng)114°14′05″～114°17′15″，北緯36°23′25″～36°28′20″，屬半干旱暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。主要含煤地層為石炭系太原組及二疊系山西組，礦井正常涌水量19.5 m3/min（1 170 m3/h）。

礦區(qū)內(nèi)含水層自上而下主要有第四系孔隙含水層（I）、新近系砂礫巖裂隙含水層（II）、上石盒子組砂巖含水層（III）、下石盒子組砂巖含水層（IV）、大煤頂板砂巖裂隙含水層（V）、野青灰?guī)r裂隙巖溶含水層（VI）、山伏青灰?guī)r裂隙巖溶含水層（VII）、大青灰?guī)r裂隙巖溶含水層（VIII）、奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層（IX），各含水層位置情況如圖1 所示。

圖1 九龍礦水文地質(zhì)柱狀圖Fig.1 Hydrogeological histogram of Jiulong Mine

2 號(hào)煤上覆巖層有4 個(gè)隔水層，且具有良好的隔水性，各含水層之間在正常條件下無(wú)水力聯(lián)系。

2 采煤工作面導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算

影響垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度的因素很多，包括上覆巖層的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征、煤層厚度、傾角、采動(dòng)影響程度、采煤方法和頂板管理方法等，根據(jù)九龍礦該區(qū)域內(nèi)鉆孔揭露資料和煤層頂板巖石物理力學(xué)性質(zhì)，九龍礦2 號(hào)煤層直接頂板為一層厚度1.0～2.3 m 的疏松灰黑色砂質(zhì)泥巖，基本頂為6～8 m 厚的灰色中細(xì)砂巖，屬于軟弱-堅(jiān)硬型頂板，上覆巖層以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，綜合覆巖巖性為中硬巖層，礦井生產(chǎn)最大煤厚為6+1.5=7.5 m。

垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶計(jì)算如下。

垮落帶：

導(dǎo)水裂縫帶：

式中：Hm為垮落帶最大高度，m；Hli為導(dǎo)水裂縫帶最大高度，m；∑M 為累計(jì)采厚，m。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 九龍礦垮裂帶高度計(jì)算Table 1 Calculation of caving zone height in Jiulong Mine

經(jīng)計(jì)算預(yù)測(cè)，僅開(kāi)采4 號(hào)煤時(shí)，煤層頂板的垮落帶最大高度為7.96 m，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為34.49 m；僅開(kāi)采2 號(hào)煤時(shí)，煤層頂板的垮落帶最大高度為14.91 m，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為58.99 m；2 號(hào)煤和4 號(hào)煤同時(shí)開(kāi)采時(shí)，垮落帶最大高度為16.02 m，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為64.77 m。

3 含水層影響預(yù)測(cè)評(píng)估

含水層影響預(yù)測(cè)評(píng)估按照含水層結(jié)構(gòu)、含水層水位、含水層水質(zhì)、礦井涌水量及對(duì)周邊影響評(píng)估。

3.1 采礦活動(dòng)對(duì)地下含水層結(jié)構(gòu)破壞的影響

開(kāi)采上組煤充水含水層有一定的補(bǔ)給水源，但補(bǔ)給條件一般（表2）。

表2 開(kāi)采上組煤充水含水層富水性等級(jí)Table 2 The water abundance grade of upper coal seam water-filled aquifer

九龍礦開(kāi)采2 號(hào)煤層，受采掘破壞或影響的含水層主要包括下石盒子組砂巖含水層、大煤頂板砂巖含水層、野青灰?guī)r含水層。

九龍礦開(kāi)采4 號(hào)煤層，受采掘破壞或影響的含水層主要包括野青灰?guī)r含水層、山伏青灰?guī)r含水層、大青灰?guī)r含水層。

3.2 采礦活動(dòng)對(duì)地下含水層水位的影響

（1）對(duì)第四系含水層水位影響。

礦區(qū)各含水層之間水力聯(lián)系較弱，各水文單元間相對(duì)獨(dú)立，因此礦山生產(chǎn)排水造成的下層含水層的水量減少對(duì)第四系含水層水位的影響較輕。

（2）對(duì)2、4 號(hào)煤頂板含水層水位影響。

采空區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的裂隙帶會(huì)相互作用，導(dǎo)致上部地層含水層的地下水順著裂隙往下流動(dòng)。因礦區(qū)內(nèi)存在較多隔水?dāng)鄬樱蓜澐譃? 個(gè)單元，因此，不能采用單一的模型對(duì)其影響范圍進(jìn)行計(jì)算評(píng)估，根據(jù)開(kāi)采計(jì)劃，近期采礦活動(dòng)將對(duì)1、3、4 單元造成影響，礦山開(kāi)采導(dǎo)致上述含水層排泄條件發(fā)生改變，形成以開(kāi)采區(qū)為中心的地下水降落漏斗。

（3）對(duì)底部奧灰水含水層水位影響。

“下三層”煤（7 煤、8 煤、9 煤）及深部6煤由于受到大青、奧灰水的威脅，不進(jìn)行開(kāi)采，九龍礦4 煤距奧灰水很遠(yuǎn)，在正常條件下開(kāi)采活動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致奧灰與大青灰?guī)r含水層水力聯(lián)系的變化。僅在煤層底板存在大型導(dǎo)水構(gòu)造時(shí)，才有可能改變水力聯(lián)系現(xiàn)狀，對(duì)奧灰水產(chǎn)生影響。

井田斷層比較發(fā)育，斷層帶充填物多為灰色粘土類物質(zhì)，膠結(jié)差，一般情況下，斷層不導(dǎo)水。到目前為止，揭露的斷層均不導(dǎo)水，但不排除采動(dòng)條件下，在礦山壓力和水壓力雙重作用下發(fā)生斷層活化的可能。在生產(chǎn)過(guò)程中，嚴(yán)格采取“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則。

3.3 采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)地下水水量的影響

由于所涉及到的含水層本身富水性較弱，各水文地質(zhì)單元相對(duì)封閉獨(dú)立，補(bǔ)給困難。因此，礦坑排水勢(shì)必造成地下水資源儲(chǔ)量的減少、水位下降，甚至疏干。

3.4 采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)地下水水質(zhì)的影響

根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)資料表明，礦山排水對(duì)各含水層水質(zhì)影響不明顯，預(yù)計(jì)近期開(kāi)采，礦井水質(zhì)不會(huì)發(fā)生較大變化，對(duì)水質(zhì)影響較輕。

3.5 對(duì)生產(chǎn)生活用水的影響

周邊村莊生活用水主要取自第四系沖洪積層含水層和奧灰水，這兩層水受采礦活動(dòng)影響較輕，因此，礦井近期開(kāi)采對(duì)周圍村莊群眾生產(chǎn)、生活用水影響較輕。

4 結(jié) 論

通過(guò)理論計(jì)算，九龍礦開(kāi)采的導(dǎo)水裂隙帶最大高度為64.77 m，垮落帶最大高度為16.02 m。研究分析了各含、隔水層地質(zhì)條件和富水性，總結(jié)得出礦山含水層破壞特點(diǎn)如下。

（1）下石盒子組砂巖含水層、大煤頂板砂巖含水層、野青灰?guī)r含水層、山伏青灰?guī)r含水層、大青灰?guī)r含水層受影響嚴(yán)重。

（2）受影響含水層以靜儲(chǔ)量為主，富水性不強(qiáng)，由于被長(zhǎng)期疏放，水位下降較嚴(yán)重。

（3）礦井生產(chǎn)對(duì)第四系含水層及煤層下部奧陶系含水層影響較輕，對(duì)礦井及周邊群眾生產(chǎn)、生活用水影響較輕。

（4）礦山開(kāi)采對(duì)含水層破壞程度較嚴(yán)重，礦井生產(chǎn)疏干排水量較大，水文地質(zhì)單元較封閉，應(yīng)當(dāng)針對(duì)礦山特點(diǎn)，提出修復(fù)措施。