裴溝煤礦底板灰巖含水層水位動態變化規律及影響因素

王正威

（鄭州煤炭工業（集團）有限責任公司 鄭州 450000）

0 引言

新密煤田水文地質單元基本構造形態呈一近東西向的復式傾伏向斜，西北部大面積出露的寒武系、奧陶系白云質灰巖低山丘陵區，地表溶蝕裂隙、溶洞、落水漏斗等溶蝕現象發育，直接接受大氣降水補給。裴溝煤礦位于滎密背斜南翼單斜及斷裂構造水文地質亞區的中部、地下水的徑流區內，根據常年觀測，區域地下水徑流方向由北西向南東為主，補給區到排泄區的水位傳遞時間近3個月，大氣降水是區域地下水的主要補給來源，且造成礦井充水的特征具有明顯的季節性變化規律。因此，研究水位與降雨量、涌水量的動態變化規律及差異影響因素對礦井底板水害防治具有重要意義。

1 地下水位變化影響因素

據研究表明，地下水位變化的影響因素主要為大氣降水和人工疏排，具體表現在降雨量和礦井涌水量。以2016～2018年度數據分析地下水位變化與礦井涌水量和降雨量的關系（圖1）。

圖1 影響因素動態變化曲線

1.1 水位與降雨量關系分析

據圖1 所示，降雨量具有明顯季節性規律，即6至10 月為豐水期，占全年降雨量的82%，11 月至次年5 月為枯水期。豐水期降雨量對地下水的補給量大于疏放量時，水位出現較為明顯升高，枯水期補給量小于疏放量時水位下降，降雨量與地下水位變化具有明顯的正相關關系。

1.2 水位與涌水量關系分析

礦井主要充水水源為底板灰巖巖溶裂隙水，約占60.6%，礦井疏排是地下水的主要排泄方式。據圖1所示，礦井涌水量基本處于穩定且整體呈略微下降趨勢，2016～2017 年度在豐水期礦井涌水量出現稍微明顯的增大，在枯水期則出現減小，地下水徑流導致的水位滯后反應明顯；2018 年度礦井涌水量在豐水期和枯水期無較大明顯變化，表明地下水的疏放和補給在裴溝礦區內達到了一定程度的平衡狀態，自2011年至今水量基本穩定在300m3/h，可以將疏放點看似天然的抽水井，在其周圍形成漏斗狀水位下降區（圖2），距疏放點越近水位下降越大，距井越遠水位下降越小并逐漸趨近天然的地下水位。因此，礦區處于以疏放點為中心的承壓含水層虛擬承壓水水頭降落漏斗區。

圖2 地下水漏斗區示意圖

2 水位傳遞時間規律

2.1 統計方法

2018 年度屬于平水年，以該年度為典型年份研究確定地表降雨補給巖層露頭后從補給區到礦區的水位傳遞時間。采用水位降深斜率曲線疊合法，即單個觀測孔相鄰日期的水位標高變化以直線斜率體現，在圖中0 以下區域代表水位下降，0 以上區域代表水位上升，其絕對值代表水位下降或上升的幅度，與降雨量曲線進行疊合，可以直觀表現水位傳遞時間。以2-補81 鉆孔水位變化和全年單日降雨量為例（圖3），兩種曲線變化趨勢具有較高程度的相似性，其中降雨量值在1月10日出現第一個波峰，隨之水位變化斜率值在3 月20 日亦出現第一個波峰，以水位變化曲線為基準將降雨量曲線向右推移（圖4），兩種曲線的波峰、波谷及變化趨勢達到了很高程度的疊合，通過兩種曲線波峰、波谷的日期疊合可以準確掌握各降雨時段的水位傳遞時間。

圖3 鉆孔水位降深斜率值和降雨量值曲線圖

圖4 兩種曲線疊合圖

2.2 變化規律

通過礦區內4 個地面觀測孔水位與降雨量曲線疊合統計（表1），發現底板灰巖巖溶裂隙含水層的水位傳遞時間為20～82 天，平均56 天，整體上表現為降雨量越大，水位傳遞時間越短。

3 時間差異影響因素

表1所示，礦區內各個觀測孔的水位傳遞時間存在差異，為了探索差異的影響因素，通過地下水補給徑流排泄與方向、觀測孔布設位置、導水構造分布等因素進行分析。

表1 觀測孔水位傳遞時間影響因素統計表

3.1 地下水徑流方向

礦區位于滎密背斜南翼單斜及斷裂構造水文地質亞區的地下水徑流區內，整體地勢為北高南低、西高東低，西北部嵩山山脈和青屏山脈大面積出露寒武系、奧陶系白云質灰巖低山丘陵區，為主要的地下水補給區，裴溝煤礦位于徑流區中西段，地下水徑流方向為自北西向南東。區域地下水從海拔高的區域向海拔低的區域徑流，表現為高水位區域向低水位區域傳遞，由高到低依次是4014、6-補85、付5201、2-補81，具有明顯的階梯性質，隨著距離補給邊界越遠，觀測孔水位高度逐級降低，水位傳遞時間逐級增加，其中6-補85鉆孔受其他因素影響程度大于該因素，其水位變化不符合此種規律。

3.2 礦井疏排

礦區中部存在底板集中疏放點，地表降雨對底板灰巖巖溶裂隙含水層徑流補給的過程中，由于疏放點的疏排抑制作用，使附近觀測孔水位高度出現明顯的降低、傳遞時間明顯增長的現象，距離疏放點越近其相關疏放量越大。

3.3 導水構造

礦區內近東西走向正斷層發育，井田邊界構造均為導水構造，尤其以浮山寨斷層及其支斷層導水性最強，王家溝斷層和蘇寨正斷層次之，四個觀測孔均處于導水構造附近。觀測孔附近導水構造越多、導水性越強、距離越近，受降滲補給作用越強，其水位傳遞時間越短，但該種因素在影響程度上要小于礦井疏排因素。

4 結論

文章探討了裴溝煤礦底板灰巖含水層水位動態變化規律及影響因素，發現礦區處于以集中疏放點為中心的承壓含水層虛擬承壓水水頭降落漏斗區，含水層補給與礦井疏排達到了一定程度的平衡，降雨量成為礦井水位變化的重要因素。采用水位降深斜率曲線疊合法統計水位傳遞時間為20～82天，平均56天，整體上表現為降雨量越大，水位傳遞時間越短。各觀測孔水位傳遞時間差異影響因素有多種，礦井中部底板集中疏放點因素影響程度最高，在徑流方向上越靠近補給邊界水位越高、時間越短，距離底板疏放點越近水位高度越低、時間越長，導水構造越多、導水性越強、距離越近導致水位傳遞時間越短。

通過地下水徑流水位傳遞時間結果和時間差異影響因素的應用，為礦區地下水位降深急劇變化提供了分析依據，有助于底板水害水源分析和針對性防治措施制定，從而達到災害精準確定、快速治理的效果。