辛置煤礦區地下水運移規律及水質特征研究

鄭宏旭，王濟德，劉彥俊

(1.霍州煤電集團有限責任公司 辛置煤礦，山西　霍州　031400； 2.霍州煤電集團有限責任公司 技術研究院，山西　霍州　031400)

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·專題綜述·

辛置煤礦區地下水運移規律及水質特征研究

鄭宏旭1，王濟德1，劉彥俊2

(1.霍州煤電集團有限責任公司 辛置煤礦，山西霍州031400； 2.霍州煤電集團有限責任公司 技術研究院，山西霍州031400)

摘要辛置煤礦位于郭莊泉域東南角，臨汾斷陷盆地水文地質單元的東北部，地處兩個水文地質單元的交接帶。東有近南、北向的霍山大斷裂，西為赤峪斷層，北為李曹斷層，將辛置煤礦區切割成具有相對獨立水文地質特征的地段。本文對該礦井地質構造特征和陷落柱發育規律進行研究，分析了F28和F34組成的地塹構造對井田內地下水徑流方向的影響，并對礦井主要含水層水化學特征進行對比分析，得出了辛置礦區地下水運移規律。

關鍵詞地下水；斷層；控水；陷落柱；化學特征

辛置煤礦是霍州煤電集團有限責任公司主力礦井之一，處于霍西煤田中部，霍州礦區東南部，目前主要開采2#、10#煤層。井田總體為一走向NE，傾向NW的單斜構造，并伴有走向NNE轉NE向的扭性斷裂和寬緩褶曲及陷落柱。地層傾角一般為4°～6°，局部8°～10°.根據水文地質條件分析，該礦受區域構造控制、沉積環境、巖性組合特征與地下水循環條件等因素的影響，形成了地處兩個水文地質單元的獨立水文地質特征。

1井田地下水補給條件分析

辛置井田屬霍山山前洪積黃土臺地，受霍山大斷裂影響，總體為前緣被剝蝕的洪積扇群，第四系、第三系地層在勘查區內廣泛分布。含水層分布連續、穩定，孔隙發育，滲透性強，傳導快，地下水補、蓄條件良好。另外，以霍山山脈的主山脊線為分水嶺，沿霍山山脈西坡共發育有38條河流，其大部分沿霍山山脈向西或西北匯入汾河，少量通過地表裂隙滲入地層[1]. 通過分析認為，天然狀態下在井田東部太原組地層和奧陶系中統相關地層隱伏露頭處接受上覆邊山洪積扇松散層孔隙水下滲補給和霍山大斷裂處的側向補給，向西和西南汾河谷地徑流，是該井田地下水的主要補給來源。

2井田內斷層構造發育特征及控水作用分析

斷層是該井田的主要構造，斷層性質多為正斷層，走向為NE.目前，井田內揭露落差>50 m的斷層共5條，見表1. 20～50 m的斷層共9條；落差在5～20 m的126條；<5 m的2 660多條。從統計結果來看，5 m以上的大、中型斷層，僅占斷層總數的5%，其余95%皆為落差<5 m的小斷層。而小斷層中，落差以1～3 m者居多，可占斷層總數的40%以上。

表1　辛置礦大于50 m斷層發育情況統計表

辛置井田位處汾河以東，十里鋪斷層和赤峪斷層(地塹)復雜構造帶的東側，處于郭莊泉域巖溶水系統強逕流帶—排泄區以東約3.5～4.5 km. 由于井田中南部發育有2條近東西向平行分布的大型斷層F28和F34，東部均延伸至井田邊界以外，西部與F8斷層對接.傾向相對形成一組北東東向的地塹構造。將井田分為南北兩個不同的地下水巖溶系統，北部臨近郭莊泉屬于郭莊泉巖溶水系統，地塹構造以南部屬臨汾斷陷盆地深埋區巖溶水系統[2].

F28正斷層西段與東段落差30～40 m至尖滅，斷層的西段與東段斷層下盤(斷層以北)的奧陶紀峰峰組強含水層與斷層上盤太原組、本溪組地層少部分對接；斷層下盤太原組含水層組與斷層上盤上石盒子組砂巖對接，地層錯動不大，對地下水運移影響很小。F34正斷層東段與西段落差130～150 m. 斷層下盤(斷層以南)的奧陶紀峰峰組強含水層與斷層上盤太原組地層完全對接，并與上石盒子組砂巖接觸；斷層下盤的太原組較強含水層組與斷層上盤下石盒子組砂巖對接，地層錯動較大，對地下水運移影響較大，形成阻水邊界。

圖1　F28與F34正斷層剖面及滲流方向圖

F28和F34斷層的中部位置落差均為140～150 m，斷層下盤(斷層以北)的奧陶紀峰峰組強含水層與斷層上盤太原組、本溪組地層完全對接。斷層下盤太原組含水層組與斷層上盤下石盒子組砂巖弱含水層對接具有一定的阻水作用。F28和F34正斷層剖面及滲流方向圖如圖1.通過分析可以發現，F28和F34組成的地塹對井田內地下水的阻水作用較為明顯。因此，總體以地塹為界分為南北兩大區域流場。地塹以北奧灰巖溶水向西北方向徑流，沿F8斷層帶穿越南北向的赤峪斷層向郭莊泉徑流排泄。地塹以南區域沿西南方向，向臨汾盆地深部徑流。

3井田內陷落柱展布規律

辛置煤礦目前開采的2#煤揭露陷落柱187個，10#煤揭露陷落柱91個，總計278個。兩煤層中有75個為同一陷落柱，實際共揭露203個，給生產帶來不利影響[3].開采過程中發現，在井田北部即F28斷層以北陷落柱發育尤為密集；井田南部及東南部開采的20余個工作面揭露情況顯示，陷落柱發育明顯減少。究其原因主要是受地下水運移環境的影響。井田構造發育及奧陶系O2f灰巖水徑流方向，見圖2.

圖2　井田構造發育及奧陶系O2f灰巖水徑流方向圖

4井田地下水化學特征分析

根據2014年辛置煤礦水文地質補充勘探成果，結合礦井水質資料，對礦區主要含水層地下水水化學特征進行分析研究。結果表明，辛置礦礦區各含水層地下水水質存在一定差異。石炭系太原組巖溶裂隙水水質類型單一，均為SO4HCO3-CaMg型水，與二疊系裂隙水相比，Na+離子含量明顯偏低；奧陶系峰峰組巖溶裂隙水水質相對復雜，與太原組灰巖水相比，呈現出明顯的垂直分帶性，太原組灰巖水綜合耗氧量(COD)在1.08 ～2.33 g/L，奧陶系峰峰組綜合耗氧量(COD)在0.5～1.03 g/L，說明太原組灰巖水相對于峰峰組灰巖水徑流條件較差。

表2　辛置煤礦水質類型對比分析情況統計表

5結論

根據辛置煤礦區域地質構造控制條件、陷落柱發育規律及礦區主要含水層水化學特征分析得出：1) 辛置煤礦井田太原組地層和奧陶系中統相關地層受東部隱伏露頭孔隙水下滲補給和霍山大斷裂處的側向補給，地下水總體方向由北東向西南方向運移。由于靠近郭莊泉排泄區，且受井田內F28和F34斷層形成的地塹構造影響，井田北部地下水經由辛置煤礦直接通過郭莊泉排泄，井田南部沿西南方向，向臨汾盆地深部徑流。2) 井田內大型構造對礦區地下水運移規律起決定性作用，辛置井田由于受F28和F34組成的地塹構造對井田內的地下水徑流方向產生了較大影響。但通過對構造的控水作用進行研究，分析其對井田主要含水層水的徑流條件的作用，為以后研究類似地質條件下的地下水運移規律提供了理論依據。3) 在地質構造復雜礦井，水化學特征往往復雜多變，但通過對不同含水層的水質進行對比分析，從中找出其規律，對礦井安全生產具有重要的指導意義。

參考文獻

[1]徐岳仁,何宏林,鄧起東，等.山西霍山山脈河流地貌定量參數及構造意義[J].第四紀研究,2013,7(33):746-759.

[2]張人權,周宏,陳植華,等.山西郭莊泉巖溶水系統分析[J].地球科學-中國地質大學學報,1991,16(1):1-17.

[3]渠天祥,沙燦文,陸昌厚,等.辛置煤礦小斷層展布規律及分區預測[J].煤炭科學技術,1992(01):48-52.

Study on the Law of Groundwater Movement and the Characteristics of Water Quality in Xinzhi Mining Area

ZHENG Hongxu, WANG Jide, LIU Yanjun

AbstractXinzhi coal mine is located in the southeast corner of the Guozhuangquan domain, the northeast of the hydrogeological unit of Linfen fault basin and the junction region of the two hydrogeological units. East has near south, north to the Huoshan fault, Chiyu fault is in the west, there is Licao fault in the north, the Xinzhi coal mine areas are cut into the sections of which has relatively independent hydrogeological characteristics. In this paper the mine geological structure characteristics and subsided column development laws were studied. The f28 and F34 graben structure influence on groundwater flow direction in mine field are analyzed and the mine mainly containing aquifer water chemical characteristics are contrasted and analyzed. The migration law of groundwater flow direction in Xinzhi mining area is obtained.

Key wordsGroundwater; Fault; Controlling water; Collapse column; Chemistry characteristics

中圖分類號：[TD741]

文獻標識碼：A

文章編號：1672-0652(2016)01-0043-03

作者簡介：鄭宏旭(1974—)，男，山西洪洞人，2011年畢業于太原理工大學，助理工程師，主要從事煤礦地質管理工作(E-mail)fzszxjsk@163.com

收稿日期：2015-09-30