華北煤田水文地質基本特征分類與研究

符靜靜

摘要： 聯通含水層之間水力聯系類型頗多，不同類型的水量預測計算方法和探測技術存在較大的差異。對華北煤系地層水文地質特征的分析，依據富水構造幾何形態特征將其劃分為4種基本類型。提出了依據這4種基本類型對實際出水情況進行分析的新思路，對認識礦井水文地質條件和采取合理的防治水措施具有極其重要的理論意義和實用價值。

Abstract： There are quite a lot of hydraulic connection types between the aquifers， and there are great differences between the calculation method and the detection technology of the same type of water quantity prediction. Based on the analysis of the hydrogeological characteristics of the coal bearing strata in North China， it is divided into 4 basic types according to the geometry characteristics of the water rich structure. A new idea is put forward to analyze the actual situation of the water production according to the 4 basic types， which has great theoretical significance and practical value to understand the hydrogeological conditions and take reasonable measures to prevent and control water.

關鍵詞： 煤田水文地質；充水；幾何形態

Key words： coalfield hydro geology；water filling；geometric shape

中圖分類號：P641.134 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）01-0205-02

0 引言

華北煤田分布廣、煤層多、儲量大，礦床水文地質條件復雜。不同地區開采不同時代煤層所遏到的地質災害問題和復雜程度亦不同，嚴重時可能會威脅著礦井安全生產，造成井田防治突水災害的費用逐年增加，生產效益不斷下降，使國家和人民生命財產蒙受巨大損失。基于此，對華北煤田水文地質特征的研究，對于科學有效的預測和防治煤礦突水，保證礦井安全生產具有重要意義。

1 華北煤田水文地質特征

華北煤田西以賀蘭山—六盤山一線與西北為鄰，南以秦嶺—大別山一線與華南分界，東瀕黃海，北以陰山—燕山—輝南—和龍一線與東北相接，華北煤田主要聚煤期為石炭二疊紀，早中侏羅世和第三紀煤田較少。

①含煤地層基底水文地質條件。

華北石炭二疊紀含煤地層基底大部分是奧陶紀灰巖，僅在個別地區是寒武紀或震旦亞界灰巖。

②含煤地層內部水文地質條件。

1）上石盒子組含煤地層。

上石盒子組巖性為礫巖和砂巖泥巖為主，地層厚度最小120m，最大可達700m，主要在華北的南部地區。

2）下石盒子組含煤地層。

下石盒子組的巖性以粗碎屑巖、粉砂巖、泥巖和煤等為主，地層厚度變化大。

3）山西組含煤地層。

下二疊統山西組的巖相以陸相為主，主要分為三種類型：山前沖擊平原型、濱海沖擊平原及濱海平原型和瀉湖海灣型

4）太原組含煤地層。

上石炭統太原組主要以砂巖、泥巖、灰巖、煤層和少量礫巖為主，巖相局部為陸相，其余為海陸交替沉積。

③含煤地層蓋層的水文地質條件。

在大部分平原地區，煤系地層上覆巨厚的第四系松散層，含水性強弱不一。第四系底部附近的松散含水層對礦井充水有直接影響，其中粗砂礫巖含水豐富，含泥質較多的松散層含水性弱。

在大部分丘陵地區，煤系地層上覆第四系蓋層很薄，基巖風化裂隙發育，滲水性較好。這些地區煤系地層的充水水源是松散層孔隙水、風化帶裂隙水、大氣降水和地表水。

2 華北煤田導水構造的水文地質特征

2.1 根據導水構造幾何形態特征的劃分

溝通充水含水層之間水力聯系的幾何形態類型頗多，不同類型在涌水量計算和防治水設計等方面存在較大的差異。因此對導水構造的幾何形態進行系統完整的類型劃分是很有必要的。

根據幾何形態可劃分為以下4種類型：巖溶陷落柱、隱伏露頭、條帶裂隙、網狀裂隙。

2.1.1 巖溶陷落柱

陷落柱本身條件復雜，分為導水陷落柱和阻水陷落柱。陷落柱邊界受塌陷作用影響形成次生裂隙，易于聯通上下含水層。巖溶陷落柱的分布規律不清，至今仍是研究的重點。

2.1.2 隱伏露頭

煤系地層灰巖含水層、砂巖裂隙含水層和中奧陶統灰巖含水層呈隱伏露頭形式與上覆第四系松散層不整合接觸。隱伏露頭地下水力交替的影響因素主要有隱伏露頭基巖風化帶的滲透能力和上覆第四系孔隙含水層底部粘性土隔水層的厚度。

2.1.3 條帶裂隙

華北煤田基本上屬于中朝準地臺，構造相對穩定，主要以褶曲和斷裂為主。導水斷裂使煤層直接或間接對接中奧陶統灰巖含水層，形成不同程度的水力聯系。大型斷裂易于形成比較發育的裂隙網絡，形成溝通上下含水層之間的水力聯系通道。

2.1.4 網狀裂隙

在華北煤田北部主要以砂巖含水層為主。在多次構造應力作用下，脆性的隔水層不斷受力后，以斷裂形式釋放壓力，使本來隔水的泥巖層形成了不同方向的斷裂和節理，發育成比較發育網狀裂隙。

以上4種類型是華北煤田所發現的最基本類型，在實際生產中可能會遇到這4種類型的不同組合形式。表1即為4種類型的組合表。

巖溶陷落柱和條帶裂隙的組合類型，多分布在地層的中深部，垂向導通能力好，水力交替強度大。但大部分分布規律不清并且規模較小，是實際生產中極易忽視，從而引起威脅極大的惡性突水事故。

巖溶陷落柱和隱伏露頭的組合類型，隱伏露頭多分布于地層的淺部，巖溶陷落柱多分布于地層的中深部，在華北煤系地層中較為常見的一種組合類型。對其組合一般最為有效的防治水措施是采取淺截深堵，對其進行治理。

隱伏露頭和條帶裂隙的組合類型，隱伏露頭多分布于地層的淺部，條帶裂隙多分布于地層的深部，這一組合在華北煤系地層中也較為常見。這種組合的礦井水文地質條件一般較為復雜，充水水源多、通道暢通，礦井涌水量一般較大，突水災害事件繁現。

隱伏露頭和網狀裂隙的組合類型。在構造運動作用下，呈脆性的相對隔水巖層不斷受力，脆性地層以大面積破裂形式釋放應力，形成大范圍裂隙網絡。

其余的兩種、三種和四種組合形式在實際的煤系地層中發現不多。

2.2 根據地下水滲流的水動力特征劃分

根據水動力特征可分為2種基本類型：管道式和滲濾式。

2.2.1 管道式

地下徑流多呈管流狀，水力條件極其復雜。其中管道式的導水通道較為暢通，充水強度一般較強，容易對礦井造成災害性的突水事故。

2.2.2 滲濾式

地下水的運動基本符合線性滲透定律，滲流介質類似松散多孔介質性質。由此類所誘發的地下水涌入礦井的過程往往是漸變的。因而此類一般對礦井直接形成的水害威脅相對較小。

上述兩種劃分方案依據不同，但存在一定的聯系。一般陷落柱和條帶裂隙由于其介質破碎嚴重，通道較為暢通，地下水的流動形式多為管道流。隱伏露頭和網狀裂隙多為滲濾式，地下水符合線性滲透定律。

3 結論

各種類型的水力聯系是建立華北煤田充水水文地質模型的基礎和核心。溝通充水含水層之間水力聯系的幾何形態類型頗多，不同類型在水力特征模擬與水量預測的計算方法和空間展布位置的探測技術存在較大的差異。在空間展布的幾何形態特征所劃分的4種基本類型和各種組合類型，對認識礦井水文地質條件和采取合理的防治水措施具有極其重要的理論意義和實用價值。

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