偃龍煤田偏橋－龍門西礦區地下水徑流模式研究

禹志加，李倩倩

(河南省煤田地質局二隊，河南 洛陽471000)

地下水徑流是指重力作用下地下水在自然界陸地水循環過程中的流動[1]。在對區域水文地質分析的基礎上，可以根據區域水文地質概況及區域地質構造，對地下水的徑流模式進行分區。礦區的地下水流動系統是建立在對礦區的地下水的補給、徑流、排泄子系統的分析和研究上，以礦區的地層、巖性、構造為框架，充分利用礦區原有的地質資料和礦區內礦井巷道開拓地質資料，了解大的區域構造和區域構造對含水層的影響，分析并確定含水層的各個水文地質參數。在對區域構造及巖性分析的基礎上，利用礦區的水文地質概況概化水文地質邊界，分析整個礦區的補給、徑流、排泄的關系;特別是對徑流系統的分析，得出各個單元的地下水的徑流分區[2]。在偏橋—龍門西一帶礦井中，根據地下水動力分區進行相應的礦井防治水，節約了生產成本。

1 礦區水文地質條件

研究區位于偃龍煤田西部，根據區域地層區劃，屬華北地層區豫西地層分區嵩箕地層小區。區內地層由老到新依次為新太古界登封群(Ar3)、古元古界嵩山群(Pt1)、上元古界震旦系(Z)、下古生界寒武系(∈)及奧陶系(O2)部分地層、上古生界石炭系(C)及二疊系(P)、中生界三疊系和新生界新近系(N)及第四系(Q)。

本區處在華北古板塊南緣的嵩箕構造區西部，地跨洛陽斷陷和嵩箕斷隆，屬板內構造區。煤田內主要構造形跡有印支期的NW向斷裂構造朝陽—首陽山斷層和伊河斷層、燕山期的NW向走滑平移斷裂、草店斷層和五指嶺斷層以及喜山期由重力滑動所形成的龍門滑體(Htl)和嵩山滑體(Htx)，詳見圖1。

圖1 構造綱要及水文地質單元示意圖

本區屬嵩山北麓水文地質區的龍門—上莊水文地質亞區之龍門—佛光水文地質單元。龍門—佛光水文地質單元東以嵩山斷層為界，西以草店斷層為界，南至嵩山分水嶺，北至寒武系(或奧陶系)碳酸鹽巖頂界標高－800m為界，構成了偃龍礦區西部一個較為完整的水文地質單元，見圖1。

本區位于黃河與淮河水系的分水嶺地帶，礦區南部屬中低山區，東部五指嶺主峰海拔標高1215.90m。山區溝谷發育，排泄條件良好，泉水出露較多。區域上總體地勢為南高北低，東高西低，南部為寒武系構成中低山區，中、北部為第四系覆蓋，僅局部零星基巖出露，南北向沖溝發育，有利于地表水的下滲及排泄，該區屬黃河流域伊河水系，區內有伊河，伊河受季節性控制變化大，一般流量32.3m3/s。區內發育的馬澗河、鐵窯河與沙溝河為季節性水流，由南向北注入伊河。東部上莊煤核查區內主要河流為涉村河(塢羅河)，為季節性水流，該河發源于南部嵩山山區，經涉村鎮向西北方向經南營、夾津口鎮、塢羅水庫在回郭鎮東部注入伊洛河。

2 構造對礦區水文地質條件的影響

區內有斷層及次級小構造的存在，這些構造使礦層及巖體的連續性遭到破壞，由于斷層對巖體的切割破壞降低了巖體的強度，并形成軟弱面，其間的孔隙度增大，為地下水的儲存、運移創造了條件，使地下水在局部地段富集并增大了導水能力，使不同的含水層之間發生水力聯系，斷層也使煤層與含水層的距離變小，縮短了地下水的運移距離，使原為間接的充水含水層轉變為直接充水含水層。據統計，在龍門煤礦的39次突水中，有15個突水點位于在斷層破碎帶上，其中小突水點3個，中等突水點9個，特大突水點3個，如1970年6月8號在東大巷掘進時遇斷層突水，其最大水量為1 330m3/h，1993年12月在二水平軌道下山遇斷層突水，其最大水量為2 210m3/h，這兩次突水均造成淹井。從突水點分布情況看，多數突水點分布于斷層附近，且分布密集，斷層造成突水量較大的原因，其一是斷層溝通了不同含水層的水力聯系;其二是斷層破碎帶是一個軟弱結構面，其強度低，在采礦條件下，原有的平衡條件被打破，在較高的太原組、寒武系巖溶裂隙水的水壓作用下，地下水向薄弱地段運移，當斷層破碎帶的強度不足以抵抗水壓時，在斷層附近出現突水。斷層的存在使礦井的水文地質條件復雜化。因此礦井內構造的存在，使不同含水層發生水力聯系并形成地下水富集帶，在采掘條件下易突水，給采礦活動帶來不利的影響。因此在斷層帶較近的地段采煤時，應加強礦井水文地質條件的研究并做好防水工作，以免造成淹井。

3 礦區地下水補給、逕流及排泄特征

礦區總體屬于上莊—龍門水文地質亞區—佛光—龍門水文地質單元。總體地勢為南高北低，東高西低，南北向沖溝發育，有利于地表水的下滲及排泄。各含水層地下水的主要補給來源為大氣降水，地表水及各含水層之間的補給，地下水的補給區主要分布于區域東部及南部的基巖裸露區，以嵩山阻水斷層為界地下水的逕流方向主要為在偃師市佛光至洛陽市龍門一帶，地下水一般由東向西逕流。上莊至佛光一帶，地下水一般由東向西、由南向北逕流。

礦區的年降水量316～990.6 mm，平均降水量為583 mm，多集中在7、8、9三個月份，對地下水的補給作用較為明顯。一般雨季，該區生產礦井的涌水量增加1.5倍左右。當地機井的水位普遍上升。

區北部的伊河為常年性河流對地下水補給明顯;區內西部的馬澗河、鐵窯河和沙溝河，為伊河支流，流向NNW，旱季斷流干枯，雨季(尤其是洪水季節)暴漲暴落，東部涉村河(塢羅河)，該河發源于南部嵩山山區，經涉村鎮向西北方向經南營、夾津口鎮、塢羅水庫、回郭鎮東部注入伊洛河，對地下水有一定的補給作用。

區內的東一干渠，還有趙城水庫、二龍溝水庫和緱陽水庫等地表水體，因渠道為粘土碾壓而成，壩基、庫區由第四系粘土組成或庫底淤塞等，滲漏較弱或者微弱，一般對地下水的補給作用不強。但在二1煤層露頭附近的陸渾東一干渠放水期間，對地下水的補給較為明顯，據永華能源有限公司焦村煤礦觀測，一般可使礦井涌水量增加2.5倍以上。

地下水的逕流條件與地形條件、巖性與巖石產狀等有關。埋藏在第四系砂礫卵石層中的地下水，開始以垂直運動為主，爾后為水平運動，地下水由東向西逕流。埋藏于基巖中的地下水，接受補給后，先沿巖層傾向向深部運動，爾后再轉為水平運動。本區地勢南東高，北西低，地下水的逕流方向基本與地勢相近。但近些年在生產礦井長期開采的影響之下，本區山西組砂巖含水層和太原組上段石灰巖中的地下水的天然流場已得到了徹底的改變，已經形成生產礦井為中心的降落漏斗，地下水主要從已經形成的降落漏斗周邊向其中心逕流。

地下水的排泄方式主要為泉群和人工排泄，泉群排泄位于礦區西部龍門、佛光及東部羅漢寺、申溝、凌溝，人工排泄主要生活用水和農灌之用機井抽水及煤礦排水，其中，煤礦排水對本區水文地質條件變化起了重要作用。見圖2。

圖2 地下水等水位線及徑流圖

4 礦區地下水徑流模式

經過對本區的地質及水文地質概況的調查研究，得出本區的強徑流區、中等徑流區和緩徑流區，詳見圖3。

4.1 強徑流區

地下水有良好的補給來源且以動儲量補給為主，與地表水體水力聯系密切。強徑流區范圍上裂隙、斷層的強烈發育且導水性好，含水層之間有越流補給。主要分布于龍門礦、常村礦、龍門河西礦的太原組、奧陶系及寒武系石灰巖含水層中，強徑流區補給條件良好，通道較多，斷層發育，其排水量在2250～2 320m3/h。是礦井主要排水水源。

4.2 中等徑流區

地下水的有效補給來源，范圍內的地表水體和下部含水層有水力聯系，地下水能夠得到有效的補給;徑流區范圍內有裂隙、斷層的發育且有一定的導水性。主要分布龍門礦、常村礦、龍門河西礦的山西組中粗粒砂巖含水層中 。中等徑流區中補給通道較少，水量十分有限，其滲入方式基本上以第四系潛水沿淺部基巖風化裂隙帶及斷層帶滲入礦井中。其礦井水量約80～150m3/h。

4.3 緩徑流區

地下水有一定的補給來源，但補給源水量有限;徑流帶范圍內構造斷裂發育較差或不發育，地下水徑流不暢。分布于礦區石盒子組、新近系中粗粒山巖含水層及第四系砂、礫石含水層中，緩徑流區與上部有較多隔水層隔離，為單純的充水區。

區內徑流模式特點:地表出露較好，有較強的補給來源、大氣降水影響較大;充水模式復雜，太原組及寒武系、奧陶系石灰巖巖溶水充水強烈;斷層發育，導水強烈。

圖3 徑流分區圖

5 結論及建議

(1)礦區徑流模式可分為3個區，強徑流區、中等徑流區和緩徑流區。礦井水的主要來源主要分布在水流動強烈徑流區，約占整個礦區涌水量的96% 。其特點是受大氣降水影響，在枯、平和豐水年礦井內的涌水量變化較大。

(2)礦區地處山區內，地下水徑流分區明顯。可以根據分區而治的原則，對現已查明的強徑流區進行專門的防治工作。對河流附近可以進行地面防治水，對于坑塌嚴重地段實行堵塞通道，對于原生構造斷裂可以進行注漿堵水[5]。

(3)對中等徑流區也要做好相應的地質檢測和防治水措施，防止中等徑流區上的地裂縫進一步發育和區內部分斷層活化為導水斷層或儲水斷層。

[1]章至潔，韓寶平.水文地質學基礎[M].徐州:中國礦業大學出版社.1994.

[2]陳江中.地下水資源系統分析[M].徐州:中國礦業大學出版社.1992.

[3]李留森，李恩花，禹志加等.河南省偃龍煤田李村煤普查報告.2009.

[4]張宏剛，鄒葉鋒.地下水動力分區的分析和研究[J].水利科技與經濟.2006，12(9):629－631.

[5]陳雨孫，邊際.系統工程與地下水系統[J].工程勘察.1994，(1):26－32.