永夏煤田順和煤礦水文地質特征分析

王 輝，葉書發

(永煤集團有限公司順和煤礦，河南 永城 476600)

順和礦井位于河南省永城市城關鎮北20 km，屬順和鎮管轄。本區呈近東西向的長條形，東西向長約10.7 km，南北寬2.2～5.0 km，面積約34 km2。井田北與薛湖礦井以薛溝斷層為界，南與陳四樓礦井北翼采區毗鄰，東為煤層露頭，西為斷層邊界。礦井設計60 Mt/a，服務年限38.7 a，于2009年10月開工建設，計劃2013年年底建成投產。

1 地質概況

1.1 地層

永夏煤田地層區劃屬華北地層區魯西分區徐州小區。順和井田為全掩蓋區，新生界地層厚度達359.41～439.70 m，區內無基巖出露，全部地層均隱伏于新生界地層之下。區內由老到新依次保留的地層層序為奧陶系老虎山組，石炭系本溪組和太原組，二疊系山西組、下石盒子組和上石盒子組，新生界的新近系和第四系。

本區含煤地層為石炭—二疊系，其中石炭系太原組和二疊系上石盒子組中僅含薄煤層或煤線，賦存于二疊系下統山西組的二2煤層為本區的主要可采煤層，賦存于下石盒子組的三2和三4煤層為本區局部可采煤層。

1.2 構造

永夏煤田大地構造位置處于華北板塊南緣，嵩箕構造區東部的永城斷隆帶。南部緊鄰秦嶺－大別板緣帶，東部臨近郯廬斷裂帶。

井田位于永城隱伏背斜西翼的后王莊背斜之西北翼。整體為走向為北東東，傾向北北西一單斜構造。區內斷裂構造較為發育，主要有近東西向、北東向和北西向三組，主要為高角度的正斷層。其中落差≥100 m斷層3條;50～100 m的2條，15～50 m的8條;＜15 m的4條(圖1)。

2 區域水文地質概況

2.1 地表水特征

永城礦區位于黃淮沖積平原東部，屬于淮河水系，區內地表水系較發育，溝渠較多，多用于排灌的人工溝渠，呈北西－南東向展布，流向東南的沱河，具“雨增、旱枯”之特點，四季流量相差懸殊，水位一般低于地下水，形成地下水排泄通道，只有洪峰期對地下水有短暫補給。區內洼地較多，呈“碟狀”分布，多為季節性積水。

圖1 順和礦井構造綱要圖

2.2 地下水補給與排泄

淺層地下水一般從西北向東南緩慢運動，但以垂向運動為其主要特征，主要排泄途徑也是垂直蒸發。

二疊系碎屑巖類裂隙含水層組富水性較弱，地下水以水平側向滲透補給為主。石炭系碎屑巖夾碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組富水性較強，在礦區東北安徽肖縣一帶大面積出露，直接受大氣降水補給，循環條件較好，交替強烈，徑流方向自北東向西南。奧陶系碳酸鹽巖類巖溶含水巖組，灰巖溶洞發育，但不均一，富水性強，富水性受構造、裂隙、溶洞發育程度控制。

地下水主要儲存于裂隙溶洞之中，補給源為遠方露頭處，直接受大氣降水補給，以水平滲透運移礦區，具有較大的補給范圍和補給量，補給途徑以溶洞斷裂構造、裂隙為主，排泄方式以潛流形式向遠方排泄。

3 井田水文地質條件

3.1 主要含水層特征

3.1.1 新生界孔隙含水層組(Ⅰ)

該含水層組由粗、中、細粉砂和粘土、亞粘土、亞砂土組成，總厚度359.41～439.09 m，平均395 m，該組自上而下四個含水層組成:第四系全新統孔隙潛水－I1含水層;第四系更新統松散孔隙承壓水－I2含水層;新近系上新統孔隙承壓水－I3含水層;新近系中新統孔隙承壓水 －I4含水層(表1)。

3.1.2 下石盒子組三煤組頂板砂巖裂隙承壓水－II含水層組

本含水層組以細粒砂巖為主，亦可見中、粗粒砂巖，其間為泥巖、砂質泥巖，砂巖一般2～5層，厚度變化大，平均厚21.5 m，水位標高 +30.32 ～ +30.73 m，單位涌水量為0.004 61 ～0.008 L/s·m，滲透系數0.028 3 ～0.053 7 m/d，水溫26℃，水質類型為SO4HCO3－NaCaMg型，礦化度3.032 g/L。

3.1.3 山西組砂巖裂隙承壓水－III含水層組

本含水層段以細砂巖為主，其間為泥巖、砂質泥巖，砂巖可見2－6層，巖性厚度變化大，層位不穩定，為二2煤直接充水含水層段。厚度為0.80～35.43 m，平均厚 21.5 m，井田內14－1孔抽水試驗成果:水位標高+4.28 m，單位涌水量0.007 53 L/s·m，滲透系數 0.019 5 m/d，水溫 18℃，水質類型為SO4Cl－NaCaMg型，礦化度0.511 g/L，屬砂巖裂隙承壓弱含水層。補給源以側向滲入為主，徑流運動遲緩，水交替條件極差，排泄以側向水平滲出為主。

3.1.4 太原組灰巖巖溶裂隙承壓水－IV含水層組

本含水層組主要含水層為灰巖，次為砂巖，其間夾有泥巖和砂質泥巖。灰巖有11層，厚度變化大，局部層位缺失。灰巖單層厚度0.50～21.54 m，全組各層灰巖總平均厚度51.47 m。該含水層組分為太原組上段灰巖巖溶裂隙承壓水含水層和太原組下段灰巖巖溶裂隙承壓水含水層。本組含水層溶洞裂隙發育，富水性相對增強。兩層主要灰巖其間有泥巖、砂質泥巖相隔，在無斷裂構造影響下，不會發生水力聯系。

3.1.5 奧陶系巖溶裂隙含水層組(V)

該含水組為淺灰色、黃灰色白云巖及石灰巖，厚度大于400 m，富水性極不均一。地下水來源為遠方大氣降水沿裂隙層面水平側向補給，徑流條件好。根據井田鉆孔抽水試驗，水位標高 －4.31 m，單位涌水量 0.084 3 ～0.157 L/s·m，滲透系數 0.168 ～0.286 m/d，水溫 28℃，水質類型為SO4Cl～NaCa型，礦化度4.843 g/L。為巖溶裂隙承壓中等－強含水層。

3.1.6 巖漿巖裂隙接觸帶承壓水－VI含水層組

燕山期巖漿巖活動頻繁，巖體個數多，但規模不大，以巖基、巖株、巖床、巖脈等侵入于寒武系、奧陶系和石炭、二疊系煤系地層之中。井田內48個鉆孔中，有34個穿見了巖漿巖，從基性巖到酸性巖類均有發現，侵入層位較多，以二疊系山西組及下石盒子組地層較為普遍，并常侵入三煤段煤層和二2煤層。巖漿巖多以大斷裂構造為通道，沿“軟弱層”侵入，由于巖漿的熱力烘烤和動力擠壓作用，改變了原有巖石的原始結構，侵入體形成了含水體或溝通鄰近含水層的水力聯系。

3.2 主要隔水層特征

3.2.1 基巖風化帶

井田內基巖風化帶厚度一般在20～35 m，局部可達50 m以上，上部強風化帶裂隙發育，巖石破碎風化成砂土或粘土狀;下部弱風化帶隨深度增加，裂隙發育程度逐漸減弱，風化裂隙多被上部松散物所充填，風化帶對上部地下水的下滲起了阻滯作用。臨區抽水試驗證實，其單位涌水量0.001 9～0.000 39 L/s·m，滲透系數 0.019 1 ～0.001 88 m/d，表明該層風化帶滲透性差、富水性微弱。

3.2.2 石炭系、二疊系各基巖含水層之間賦存四層隔水層

(1)上石盒子組底部K5砂巖至三煤組頂部，厚20～30 m，分布較為穩定，巖性為砂質泥巖、粉砂巖，裂隙不發育，滲透性差;(2)二2煤頂板砂巖以上至三煤組底板，由鋁土泥巖、粉砂巖、薄層砂巖相間組成，厚40～70 m，隔水性能良好;(3)太原組頂部灰巖至二2煤底板由海相泥巖、細砂巖及粉砂巖互層組成，厚度變化較大，其間距為36.92～57.48 m，單位涌水量 0.008 41 L/s·m，滲透系數 0.042 3 m/d，可視為相對隔水層;(4)L8灰巖與L2灰巖之間厚60 m左右，主要由砂質泥巖、中粒砂巖、粉砂巖、薄層灰巖組成，賦存比較穩定，本次井田內作分層抽水時，各項水文地質特征均有所差別，太原組上下段灰巖之間一般情況下沒有水力聯系。

3.3 斷層帶及其富水性

礦井北、西、南三面基本上以正斷層為界，形成“巨”字型的封閉隔水邊界。東部二2煤層露頭外石灰巖分布面積有限，區域灰巖地下水通過遠方側向水平滲透補給，將受到一定限制。

區內斷裂構造較為發育，主要為高角度的正斷層，屬張性斷層，斷層破碎帶多被砂、泥碎塊充填，絕大多數不導水。斷層破碎帶及影響帶石灰巖含水層巖溶裂隙較發育，局部富水較強，在采動影響下，有可能增強其導水性。

井田北部邊界F8斷層為一北升南降的正斷層，探明落差100～430 m，落差自西向東逐漸變大，使得奧陶系灰巖與二2煤層直接接觸，若開采時重視不夠可能會造成突水淹井事故。

表1 各含水層水文地質特征及礦床充水預測評估表

4 礦井充水因素分析

通過對各主要含水層和隔水層特征分析，對礦床充水進行預測評估(表1)。二2煤層的充水水源主要為山西組砂巖裂隙承壓水，含水層多以細 －中粒砂巖為主，厚度變化大。據附近生產礦井實踐證明，該層含水層補給條件差，以消耗靜儲量為主。隨著開拓面積的擴大，水量將增加，但到一定程度水量就不再增加。較大的斷層和封閉質量較差的鉆孔可造成各含水層間發生水力聯系，使礦床充水量增大，在斷層破碎帶及影響帶附近，靜水壓力破壞巖石原來結構，可能造成底板突水。

5 結論

1)順和礦井落底水平－702 m，目前正在二期工程施工，二期井巷工程主要布置在二疊系下統三煤段含煤地層中，下石盒子組三煤組頂板砂巖裂隙承壓水成為巷道主要補給水源，太原組灰巖巖溶裂隙承壓水為間接充水水源，可通過斷層及裂隙發育處向工作面充水，對工作面掘進有一定影響。

2)井田北部邊界F8斷層，落差較大，使得奧陶系灰巖與二2煤層直接接觸，若重視不夠，可能成為礦床的主要充水通道，導致突水淹井事故。

3)山西組砂巖裂隙承壓水為礦井主采二2煤層的充水水源，該含水層補給條件差，以消耗靜儲量為主。較大的斷層、封閉質量較差的鉆孔、導水陷落柱等可造成各含水層間發生水力聯系，使礦床充水量增大，可能造成底板突水。

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