對錦界煤田地質勘查中水文地質問題的研究

摘要：二盤區位于井田西南部，東與一盤區相鄰，北以引水工程為界，西、南至井田邊界。盤區內以風沙地貌為主，多為風沙灘地及沙丘坡地，地形起伏不大，整體地形南西傾斜，由北向南，由東向西，地形高程變低，最大高程差140m。

錦界礦區所處水文地質單元為禿尾河流域，二盤區內發育黃河二級支流青草界溝和河則溝，均為常年性溝流，兩只溝流呈南西向流向禿尾河，溝流地表分水嶺從井田西南部的公草灣朝東北方向經河則溝三角點，經二盤區中部。西北部為河則溝流域，其余大部范圍屬于青草界溝流域。

關鍵詞：水層特征；水源及通道；水量預算

一、盤區含（隔）水層特征

根據以往在二盤區補勘的水文地質工作，按地下水賦存條件及水力特征，將二盤區含（隔）水層劃分為新生界松散層孔隙潛水含水層和中生界直羅組風化基巖孔隙-裂隙含水層、延安組基巖承壓含水層及新近系土層隔水層。

（一）新生界松散層孔隙潛水含水層

該含水層在二盤區主要包括風積層、沖積層，風積層廣泛分布盤區地表，為粉細砂，厚度變化大，沙丘地區透水不含水或含水微弱，靠近溝谷地區含水較強，灘地區與下伏薩拉烏蘇組構成統一含水層。沖積層分布于溝谷、漫灘及階地，與下伏基巖風化帶形成統一含水層，沿河谷呈片狀或帶狀分布。含水層以細砂、中粗砂為主，部分為粉砂和亞砂土，局部地帶底部為砂礫石，結構松散，孔隙大，透水性強，補給條件優越，賦存條件佳。

據以往水文地質補勘工作，其中二盤區北部古沖溝范圍內整體較厚，含水性好，水位埋深在0～45 m范圍變化，含水層厚度0～64m之間，變化較大。據J1307號鉆孔對沙層與風化基巖混合抽水試驗顯示，單位涌水量0.2238～0.4819l/s.m，平均單位涌水量為0.3349l/s.m；滲透系數0.5246～0.8879l/s.m，平均滲透系數為0.682/s.m。礦化度一般小于0.4g/L，為HCO3～Ca·Mg或HCO3～Ca型水，富水性中等極強。二盤區南部松散層整體薄，含水性較弱。

（二）土層隔水層

二盤區內，土層主要是保德組紅土，及離石組黃土，分布不均，變化較大，厚度0～73.03 m，一般厚度20 m左右， 土層在二盤區北部河則溝及青草界兩側由于受古直羅河沖刷剝蝕，土層殘存厚度很小，分布不均，甚至完全被剝蝕構成天窗，總體上主要分布在古沖溝范圍以外，土層沿井田分水嶺向河則溝、青草界溝厚度逐步減小，巖性為一套土黃、棕紅、淺紫紅色粘土及亞粘土，含鈣質結核，富水性極差。

（三）直羅組風化基巖孔隙-裂隙含水層

該含水層在該區廣泛分布。上部為灰黃-土黃色粗粒砂巖；下部為土黃色含礫粗砂巖，局部見底礫巖，巖性孔隙流通性好，加之風化強烈，裂隙發育，導水通道發育，富水性好，鉆探施工至此段漏水，且漏失量較大。在河則溝及青草界溝流域古沖溝沖刷剝蝕去，殘存厚度0-45m，變化大，土層缺失地段與上覆松散層潛水構成統一含水層。

根據以往鉆孔的單孔抽水試驗資料綜合顯示，平均單位涌水量0.1284～0.3318l/s.m，滲透系數0.186～0.6478l/s.m，平均滲透系數為0.3670l/s.m；大部分區段為中等富水性，只在J1004孔附近顯示弱富水性。在土層分布區，具有承壓性。地下水水化學類型為HCO3—Na·Ca及HCO3·SO4—Na型，礦化度0.20～0.56g/l，屬淡水類型。J806鉆孔、J808鉆孔礦化度偏高，為0.52～0.56g/l，SO42+離子含量偏高。

（四）延安組正常基巖承壓含水層

二盤區延安組基巖承壓含水層主要為延安組含煤巖系承壓含水層，為一套淺灰色中細粒砂巖與砂質泥巖互層。節理裂隙不發育，富水性極差。由于古沖溝沖刷剝蝕，安組頂部局部受到風化作用影響，巖性較松散，風化裂隙發育。

據勘探報告，以往抽水資料該含水層富水性差，滲透系數變小，延安組各主要可采煤層上部均有15 m左右的灰白色中、細粒砂巖，局部粗粒砂巖，是各主要可采煤層的直接充水含水層。

（五）燒變巖孔隙、裂隙含水層

該含水層主要分布于本區西南及南部3-1煤火燒區，燒變部位為3-1煤上部，巖性顯示為淺紅、褐灰色粉砂巖，成份以石英、長石為主，泥質膠結，結構較疏松，富水性強。據以往水文地質工作，該含水層在J1303孔的揭示厚度5.35m。根據本次J1303單孔抽水試驗資料顯示，平均單位涌水量3.3140l/s.m，平均滲透系數74.103l/s.m，屬強富水性含水層。該層地下水水化學類型為HCO3—Na·Ca，礦化度0.25g/l，屬淡水類型。

二、盤區礦井充水因素分析

補勘區礦井充水方式有直接和間接兩種，它們分別受大氣降水、地表水和地下水等因素的控制，且具有一定的水力聯系，對未來礦井生產有不同程度的影響。

（一）充水水源

區內充水水源主要有大氣降水、地表水、地下水。

礦區年平均降水量僅435.7mm，且降水集中在7～9月，礦井涌水量隨季節有不同的變化，故降水為礦井充水的間接水源。

補勘區內地表水體主要為青草界溝（長年流水），河則溝，溝谷地段3-1煤上覆基巖很薄，冒落帶高度大于基巖厚度，頂板冒落后，冒落帶裂隙必將溝通地表水體，使其成為直接充水水源，并可導致潰沙危害。

補勘區北部古沖溝發育區、南部青草界溝兩側，3-1煤層上覆基巖厚度小于導水裂隙帶高度，故直羅組風化巖孔隙裂隙承壓水和煤系裂隙承壓水為直接充水水源；松散層潛水。

（二）防沙、防水煤巖柱界線修定說明

根據2011年至2013年錦界礦二盤區的補勘鉆孔情況，在2010年9月6日編制的錦界煤礦3-1煤開采防沙、防水煤巖柱界線圖的基礎上，對二盤區3-1煤上覆基巖等厚線圖及防沙、防水煤巖柱界線進行了局部修改。見錦界煤礦3-1煤開采防沙、防水煤巖柱界線圖。

（三）充水強度分析

工作面充水強度主要決定于所揭露的含水層富水性。充水量一般是由大漸漸變小，其歷時受充水水源的儲水量大小控制。當揭露至風化巖時水量較大，而揭露至正常基巖時，充水量較小。

三、盤區工作面涌水量預算

（一）計算條件分析

1.煤系巖層為含水微弱巖層，對工作面涌水影響微小，計算工作面涌水量時不作考慮。

2.不考慮意外性的大裂隙溝通地表水所造成的突水，僅以正常導水裂隙導通直羅組風化巖含水層形成的地下水滲流場為模式。

3.二盤區在編寫本總結時31201面、31202面、31203面已采掘完，分別對這三個工作面的疏放水涌水量及工作面回采時涌水量數據進行了統計，從涌水量變化的趨勢及二盤區生產能力已基本穩定的情況分析，二盤區工作面涌水量高峰期已過，并在今后將處于緩慢平穩下降的趨勢。

3.二盤區31204面在編寫本總結時已回采961m，只按目前工作面平均涌水量預計。

4.31205面在編寫本總結時正在進行疏放水工作，正處于富水階段，按相鄰31204工作面的涌水量資料，結合地表水文觀測孔內含水層水位的變化，預計工作面最大涌水量和正常涌水量。

（二）涌水量預算

二盤區在編寫本總結時31201面、31202面、31203面已采掘完，分別對這三個工作面的疏放水涌水量及工作面回采時涌水量的數據進行了統計分析，并作出了三個面的最大涌水量和正常涌水量變化的趨勢線，根據趨勢線得出了31204、31205、31206工作面的的最大涌水量和正常涌水量的初步分

1.31204工作面涌水量預計

截至編寫本總結時，31204工作面已回采961m，剩余3628m。

該工作面初采期涌水量平均134m3/h，最大涌水量達到208 m3/h。

預計31204工作面剩余回采段正常涌水量為280m3/h，最大涌水量360m3/h。

2.31205工作面涌水量預計

截至編寫本總結時，31205工作面正在疏放水工作。

該工作面疏放水初期涌水量最大達到755m3/h，平均612.5 m3/h。現正處于此工作面疏放水涌水量的高峰。

預計31205工作面回采時正常涌水量為210m3/h，最大涌水量270m3/h。

3.預計31206工作面回采時正常涌水量為160m3/h，最大涌水量210m3/h。

4.二盤區31204、31205、31206設計工作面涌水量計算預計

4.1計算參數的確定

4.1.1二盤區31204、31205、31206工作面3-1煤層正常基巖平均厚30m，巖性主要為粉細砂巖。含水性弱，對工作面涌水量影響甚微，不參與涌水量計算。

4.1.2直羅組風化基巖是工作面直接充水水源。該含水層厚40-75m，考慮工作面疏放水后含水層厚度減小，取20 m。

4.1.3直羅組風化基巖含水層給水度取0.05。

4.1.4直羅組風化基巖（J2z）孔隙裂隙承壓水計算參數按以往鉆孔抽水試驗成果，滲透系數取0.48m/d。

4.1.531204、31205、31206工作面老頂初次垮落步距按60m計算，工作面頂板正常垮落步距按15m計算。

4.2正常涌水量預計

（1）計算公式

利用錦界煤礦已采工作面的涌水量觀測數據，采用“水文地質條件比擬法”進行工作面正常涌水量預計。

（1）

式中：Q—預計涌水量，m3/h；

Q0—已知涌水量，384.74m3/h；（31203面的平均涌水量）

M—待預測區域含水層厚度， 20 m；

M0—已知含水層厚度，20m；（平均值）

F—待預測區域面積，m2；（每個工作面的）

F0—已知開采區域面積，m2；（采空區面積逐步增加）

m—根指數，根指數取3。

分別得出31204、31205、31206面預計正常涌水量。

4.3工作面最大涌水量預計

工作面最大涌水量預計松散孔隙潛水含水層采用“垮落法”計算公式，基巖裂隙承壓含水層采用“大井法”計算公式；工作面正常涌水量松散孔隙潛水含水層與基巖裂隙承壓含水層采用“積水廊道法”計算公式。松散孔隙含水層計算參數（滲透系數、影響半徑等）采用J1113、J911、J706鉆孔抽水試驗所取得的數據，基巖裂隙承壓含水層采用井田精查地質報告提供的數據，計算結果可以作為礦井防治水工作的技術技術依據。