霍州礦區奧灰含水層水文地質條件特征分析研究

楊小剛

(中煤科工集團西安研究院有限公司,陜西 西安 710054)

霍州礦區奧灰含水層水文地質條件特征分析研究

楊小剛

(中煤科工集團西安研究院有限公司,陜西 西安 710054)

為了解決霍州礦區受奧灰突水威脅的煤炭儲量所占比重達高,且礦區內礦井開拓、掘進和開采過程常發生100 m3/h以上的奧灰突水事故的問題,對奧灰含水層水文地質條件進行了分析研究。研究結果表明:霍州礦區奧灰含水層補給充沛,徑流條件較好,富水性弱到極強,且具有明顯的塊段差異性。根據奧灰富水性的特點,提出了分塊段因地制宜的實施防治水技術方法,保證了礦井安全帶壓的開采。

奧灰;含水層;特征

霍州礦區位于山西省臨汾市霍州—洪洞附近,礦區內煤層屬于華北型沉積煤層[1],主要可采煤層為二疊系山西組2#煤(上組煤)和石炭系太原組9#、10#、11#煤(下組煤)。礦區內共分布有礦井12座,其中3座礦井因資源枯竭、奧灰含水層突水淹井等原因已經停產關閉,1座資源整合重組礦井暫停建設,其余8座礦井均為生產礦井。

礦區內斷層、陷落柱等地質構造發育,煤層開采的水文地質條件復雜。近年來,隨著區內部分礦井煤層開采進入帶壓區域,部分礦井進入下組煤開采階段,煤層開采受奧灰水威脅嚴重[2],曾多次發生奧灰水通過導水斷層、陷落柱突入礦井,造成淹井、淹面事故[3-4]。因此開展奧灰含水層水文地質條件特征分析研究對指導礦井安全帶壓開采具有重大意義。

1 奧灰的補、徑、排條件

霍州礦區奧灰含水層屬于郭莊泉域水文地質塊段,其東部以汾介斷層、霍山斷層為界,構成阻水邊界;南部以山頭地壘、青山峁背斜和萬安斷層為界,是龍子祠泉域與郭莊泉域的分界,構成相對阻水和局部透水邊界;西部以紫荊山斷層、呂梁山奧灰分水嶺為界,構成阻水邊界;北部以呂梁南饅山、將軍山震旦系古老巖系出露區為界,構成阻水邊界,見圖1。

圖1 郭莊泉域示意圖Fig.1 Guo Zhuangquan area domain diagran

郭莊泉域在西部、北部邊界均有大面積奧灰地層出露,以接受大氣降水入滲補給為主,其次是地表水滲漏補給。由于構造條件復雜,因斷層切割多呈斷塊,致使區內地下水的運動條件復雜化,受構造、巖性及地形條件制約較為明顯。區內奧灰水流運動方向總體上由北向南,由東、西兩側向汾河河谷方向逕流、匯集,由礦區中部汾河河谷的出露泉排泄,泉口標高+515 m～+521 m,見圖2。

圖2 奧灰水運動示意圖Fig.2 Motion diagram of Ordovician Limestone

2 奧灰的流場分布特征

在區域巖溶含水層水位不斷下降的背景下,因區內生產礦井奧灰突水、大量水源井抽放奧灰含水層、部分礦井大面積疏干太灰,間接疏放奧灰等原因,導致霍州礦區內奧灰含水層自然流場發生改變,表現出多排泄點的流場特征(見圖3)。根據奧灰等水位線圖分析,礦區內奧灰含水層主要的排泄點有:

1)以郭莊泉泉口—團柏礦下組煤開采區為中心的排泄點,奧灰水位降落漏斗中心水位標高約為+485 m。

2)赤峪斷層以東,以豐峪礦、辛置礦下組煤開采區為中心的排泄點,奧灰水位降落漏斗中心水位標高約為+500 m。

3)什林斷層以北,以李雅莊2#煤開采區為中心的排泄點,奧灰水位降落漏斗中心水位標高約為+480 m。從李雅莊井田奧灰水位標高可以看出,井田構造裂隙發育,使奧灰水通過垂向導水通道進入礦井。

圖3 奧灰等水位線圖Fig.3 Contour line diagram of Ordovician Limestone

3 奧灰的巖性特征

奧灰含水層至上而下分為峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組,與煤層開采相關的主要為奧陶系統中峰峰組,區內鉆孔最大揭露厚度為70 m～150 m。峰峰組分上下兩段,上段巖性為深灰色、灰色純質灰巖,致密堅硬,裂隙溶洞發育,局部有強烈的溶蝕現象,間夾有白云質灰巖及石膏層,為峰峰組的主要含水層段,富水性中等到強;下段以泥灰巖夾石膏層組成,為較好的隔水層。

4 奧灰的水化學特征

礦區內奧灰含水層以什林斷層為界,表現出不同的水質特征如表1所示。什林斷層以北區域奧灰水鉀、鈉離子含量高,濃度普遍在300 mg/L以上,礦化度為1 065.13 mg/L～3 968 mg/L,淺部(以什林礦為主)水質類型為SO4-Ca·Mg、SO4-Ca和SO4-Na·Ca型,深部(以李雅莊礦為主)水質類型為HCO3·SO4-Na和HCO3-Na型,從水質類型上來看,什林-李雅莊塊段奧灰含水層表現出封閉獨立的水化學環境特征;什林斷層以南區域奧灰水鈣、鎂離子含量高,礦化度相對較低,水質類型為SO4·HCO3-Ca·Mg型或與之相近的水型。從水質類型上來看,奧灰含水層表現出相對較好的徑流、補給環境特征[5-6]。

表1 奧灰水化學特征一覽表

5 奧灰的富水特征

奧灰含水層上馬家溝組及下馬家溝組富水性強,峰峰組富水性相對較弱,但極不均一。含水層的富水程度與所處巖溶水系統的位置、構造部位、埋藏條件及巖溶裂隙發育程度密切相關。巖溶水的分布與富集在平面上和垂向上有明顯差異。

平面上,在奧灰水的補給區和滯流區,地形陡峭,垂直及斜度較大的裂隙發育,地下水逕流良好,降低了含水層蓄水能力,因此富水性相對較弱,如位于礦區東部和西部的回坡底、豐峪、辛置等礦;在巖

溶水逕流-排泄區,地質構造及巖溶裂隙發育,地勢也較低,有利于巖溶水的補給、運移和聚集,富水性強到極強,單位涌水量一般為1 L/(s·m-1)～10 L/(s·m-1),具體范圍包括以郭莊泉為中心的礦井,如白龍、團柏、干河、圣佛、南下莊、紫晟、興盛園等礦。此外位于什林斷層附近的什林、李雅莊礦處于相對獨立的水文地質塊段,距離奧灰強徑流帶及排泄區有一定距離,其巖溶富水性與白龍、團柏等礦存在顯著差異,總體富水性為中到強,如表2所示。含水層巖溶裂隙發育程度和富水性具有隨地層埋深的增加而減弱的特征[7-8]。

表2 奧陶系中統石灰巖富水性統計表

6 結束語

霍州礦區奧灰含水層水文地質邊界清楚,為一相對獨立的水文地質單元,奧灰水補給充沛,徑流條件較好,排泄以礦井井下排水、水源井抽水為主。奧灰含水層富水性弱到極強,在平面上隨補、徑、排條件的不同呈現富水不均一性,在垂向上富水性隨地層埋深的增加而減弱。

奧灰含水層水文地質條件復雜,斷層、陷落柱等構造發育,但富水性塊段差異化特點明顯,其特有的水文地質條件有利于礦井進行分區治理,因此在奧灰水治理過程中,對于富水性弱的地段可采取可控的局部疏降、采后及時恢復的措施,富水性強的地段采取超前改造的措施[9-10],可以保證礦井安全帶壓開采,又可達到保護地下水資源的目的。

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HydrogeologicalConditionCharacteristicsofOrdovicianAquiferinHuozhouMiningArea

YANGXiaogang

(Xi’anResearchInstitute,ChinaCoalTechnology&EngineeringGroup,Xi’an710054,China)

A high proportion of coal reserves is threatened by water inrush of Ordovician aquifer in Huozhou mine, with more than 100 m3/h Ordovician water bursting in the process of tunneling, driving and mining.To solve the water inrush, we studied the hydrogeological condition of the Ordovician aquifer in the area. The results show that Ordovician aquifer is characteristic of rich water supply and good runoff condition. In addition, water yield property varies from poorness to richness with significant block difference. For the different block sections, corresponding water control measures were proposed to guarantee the safe mining above aquifer.

Ordovician;aquifer;characteristics

1672-5050(2017)02-0028-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.008

2017-03-31

楊小剛(1978-),男,甘肅甘谷人,大學本科,工程師，從事煤田地質和水文地質方面的研究工作。

TD741

A

(編輯:薄小玲)