宜興井田水文地質條件分析

劉鵬程

摘 要：為了防止煤礦突水災害的發(fā)生，通過對汾西礦區(qū)宜興井田區(qū)域水文地質、礦井水文地質條件的分析，及礦區(qū)地下水的補給、徑流和排泄條件的分析，為礦井建設與礦井水害的防治提供了可靠的依據。通過分析對該礦區(qū)的安全生產，加強礦山管理，礦山生產監(jiān)督及煤礦可持續(xù)發(fā)展有著重要的指導意義。

關鍵詞：宜興井田；水文地質；分析

引言：宜興井田位于霍西煤田北部、汾西礦區(qū)中部，行政區(qū)劃隸屬山西省呂梁地區(qū)孝義市和晉中地區(qū)介休市、靈石縣管轄。地形地貌為剝蝕成因的低山丘陵。區(qū)內交通便利，同蒲鐵路由曹村-宜興井田東側經過，介休至陽泉曲鐵路支線橫貫井田北部。本區(qū)屬暖溫帶大陸性半干旱季風氣候區(qū)，夏季溫熱潮濕，冬季寒冷干燥，具有降水集中、蒸發(fā)作用強、晝夜溫差大及四季分明等特點。年平均降水量547.9mm。本次研究根據礦區(qū)地質勘查，研究礦區(qū)水文地質條件，為礦井建設與礦井水害的防治提供依據。

一、礦區(qū)地質概述

宜興井田區(qū)屬華北型石炭二疊系含煤建造。據鉆探揭露地層由老至新依次為：下古生界奧陶系中統上馬家溝組（O2s）、峰峰組（O2f）；上古生界石炭系中統本溪組（C2b），上統太原組（C3t）；二疊系下統山西組（P1s）、下石盒子組（P1x），上統上石盒子組（P2s）、石千峰組（P2sh）；新生界第三系上新統（N2）、第四系中下更新統（Q2+1）、上更新統（Q3）和全新統（Q4）。井田內僅出露有上石盒子組及其以新地層。

二、礦井水文地質條件分析

（一）礦區(qū)水文地質條件。據本次勘查的水文地質調查和水文地質測繪資料、簡易水文地質觀測資料、抽（注）水試驗成果資料和水化學分析資料等，依據地下水含水介質、空隙類型、富水性等，本次勘查所揭露地層中的主要含水層和隔水層可分為：

（1）第四系、第三系松散巖類孔隙潛水含水巖組。第四系松散巖類孔隙地下水主要分布在宜興-曹村井田北部宜興區(qū)的東河溝（師家河底溝）、柱濮溝和南部曹村區(qū)的三交河谷、曹村溝等較大的溝（河）谷中，其次是北部羊道溝、南峪溝和南部龍活溝、麻圪灘溝等支流溝谷。丘陵區(qū)孔隙地下水主要分布在北部宜興區(qū)東鋪頭、西鋪頭、教場原以北的黃土塬、梁地區(qū)，南部曹村區(qū)的原頭、新建原等塬、梁地區(qū)有零星分布。第三系松散巖類孔隙地下水主要由第三系上新統（N2）紅色粘土、砂質粘土夾鈣質結核及半膠結的砂礫石層組成。含水層廣布宜興-曹村井田區(qū)，以鈣質結核層及砂礫石層為主，厚度3～8m不等，多見泥、砂、礫混雜，礫石直徑大小不一，一般1～10cm，最大30cm以上，成分復雜，磨圓度及分選性較差，反映了快速沉積的特征。從膠結情況看，為鈣質半膠結，結構一般較疏松，孔隙較發(fā)育，賦存孔隙潛水—微承壓水。

（2）二疊系碎屑巖類裂隙承壓水含水巖組。廣布宜興—曹村井田區(qū)內。在溝谷地段P2sh及P2s地層局部出露，由北向南露頭面積增大，其它大部地段被新生界黃土所覆蓋。由上統石千峰組、上石盒子組、下統下石盒子組及山西組一套砂巖與泥質巖相互疊置的碎屑巖類所組成，地層走向NW，傾向NE，傾角一般小于10°。含水層主要為細粒、中粒及粗粒砂巖，其中以K8、K10、K12、K13、K14中粒砂巖為主，次為粗粒砂巖。相對于上組煤開采而言，2#煤頂板砂巖至K8砂巖含水層水是上組煤開采的直接充水水源。

（3）石炭系碎屑巖及碳酸鹽巖類巖溶裂隙承壓水含水巖

組。據本次勘查資料，井田范圍內太灰地層沒有出露，皆隱伏在其上覆二疊系地層之下。其中靈北礦埋藏較淺為209.05～

429.80m，宜興礦和曙光礦埋深分別為350～531.05m和380～597.60m，新峪礦受向斜構造影響埋藏較深，由西北至東南向斜軸部一帶，其頂界埋深為452.50～667.30m。總體而言，由南向北太灰頂界埋深由淺至深，屬深埋型。

（4）奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙承壓水含水巖組。中奧陶統石灰?guī)r巖溶裂隙含水層是井田主要含水結構體，也是下組煤開采的間接充水水源。在地應力集中、地質構造發(fā)育的地段，由于采掘形成人工采動裂隙，使得原有構造裂隙進一步加寬、擴大，從而增加了裂隙的導水性，有可能對礦井生產造成一定影響。宜興-曹村井田內，該類巖層埋藏較深，屬埋藏區(qū)。由于巖溶裂隙發(fā)育程度、含水層厚度等水文地質條件的不同，中奧陶統峰峰組（O2f）和上馬家溝組（O2s）含水層的富水程度有著明顯差異。

（5）隔水層。二疊系、石炭系中較厚且穩(wěn)定的泥質巖和裂隙不發(fā)育的薄層細粒砂巖或石灰?guī)r，以及峰峰組一段厚層狀的硬石膏及含石膏泥灰?guī)r等，在各含水層間分別起隔水作用，構成隔水層或相對隔水層。自上而下依次劃分為上組煤頂板隔水層、上組煤底板至下組煤頂板隔水層、下組煤底板至峰峰組頂界隔水層和峰峰組一段隔水層。

（二）礦區(qū)地質構造水文地質條件。從地質構造條件分析，除褶皺構造外，井田內斷裂構造并不發(fā)育，且多為落差<10m的小型斷層。從巖溶水的富集規(guī)律看，主要構造帶或大型構造影響帶，因斷層導水或裂隙的溝通，巖溶水易于富集。郭莊泉下游汾河兩岸各礦斷裂構造及次生斷裂密集成帶，使得奧灰（O2f）含水層富水性強。與此相比，本井田構造不很發(fā)育，明顯反映出奧灰（O2f）含水層富水性弱的特征。

由于井田所處巖溶水系統的位置、構造條件及巖溶水補給條件的原因，從總體而言，曹村-宜興井田與鄰近巖溶水強徑流帶相比，奧灰（O2s）含水層的富水性有一定差異，即巖溶裂隙發(fā)育程度、徑流條件及富水性有所減弱。井田西部富水性較弱，東部富水性中等。井田內斷裂構造發(fā)育，且奧灰上馬家溝組含水層富水性較強，在有構造溝通的情況下，有可能使得下伏高承壓巖溶水進入礦井，從而對礦井安全生產造成不利影響。

（三）礦區(qū)地下水的補給、徑流與排泄條件。宜興-曹村井田位處侵蝕-構造成因的低山丘陵地帶，除較為開闊的黃土塬、梁地區(qū)外，區(qū)內大部溝谷發(fā)育，多被黃土覆蓋。松散巖類孔隙水的補給來源以大氣降水入滲為主，其次是溝谷地段地表水的間歇性滲漏補給，局部地段渠道下滲及灌溉回歸也是補給來源之一。補給量的大小除受地形條件控制外，還與巖性組合密切相關。孔隙水的徑流方向受地形控制，總體上與地形坡降及地表徑流方向基本一致，在地形切割劇烈及地形復雜的地段，其運動條件趨于復雜?？傮w而言，從上游向下游，從塬、梁向周邊谷地徑流、匯集。鑒于井田區(qū)內新生界松散巖類不發(fā)育，受孔隙水賦存條件的限制，孔隙水的排泄方式以當地居民鑿井、擴泉或攔壩取水為主，以地下水徑流方式排泄極為有限。此外，地面蒸發(fā)及植被吸收也是主要排泄形式之一。

碎屑巖類裂隙水的補給來源、補給方式及其補給量的大小與地層出露條件、埋藏條件及構造條件密切相關。井田區(qū)內基巖局部出露，大部被黃土覆蓋。在基巖裸露地段，地表風化裂隙及局部構造裂隙較發(fā)育，可直接接受大氣降水入滲補給，其次尚可得到間歇性地表水的下滲補給。在黃土覆蓋區(qū)（即隱伏地段），因上覆有隔水層或弱透水層相隔，接受大氣降水入滲及地表水滲漏補給很微弱，主要接受上覆松散層（N2）地下水的下滲越流補給；局部地形條件有利地段，尚可接受鄰區(qū)含水層中地下水的側向徑流補給。裂隙水的運動條件非常復雜，主要受地形條件、巖性組合結構及構造條件所控制。從地形地貌條件看，井田區(qū)為低山丘陵地貌景觀，分布有黃土塬、梁、峁、溝壑等多種地形，溝谷及沖溝發(fā)育，地形切割劇烈，非常復雜。總體而言，裂隙水的流向受地形所控制，即沿地勢下跌方向以接近地面坡降的水力坡度水平徑流。裂隙水的排泄方式以側向徑流形式由北向南補給鄰區(qū)含水層中地下水為主。據地面調查，地表基巖風化裂隙較發(fā)育，有利于接受大氣降水入滲及地表水的滲漏補給，因此賦存有較豐富的基巖裂隙水，井田區(qū)礦井排水、當地居民鑿井取水是淺層裂隙水主要排泄方式之一。此外，區(qū)內主要溝谷均有泉水出露，多以侵蝕下降泉的形式沿隔水層面向溝谷排泄，具有當地補給、當地排泄的特征。

碳酸鹽巖類巖溶裂隙水的補給來源主要以基巖裸露區(qū)大氣降水入滲補給為主，其次是汾河各支流河（溝）谷地表水的間歇性滲漏補給。徑流條件除受地貌、水系控制外，還在一定程度上受地質構造條件所控制。據區(qū)域巖溶水流場分析，巖溶水的總體運動方向與地表水的運動方向基本一致，即由北向南、由西北向東南、由東北向西南方向的汾河河谷方向徑流、匯集。在巖溶水補給區(qū)，地形陡峭，垂直及斜度相大的裂隙發(fā)育，地下水徑流條件良好，水力坡度較陡，由此降低了含水性能；過渡到徑流區(qū)，水力坡度變緩。井田南部的汾河斷層，可能由于局部阻水，對宜興-曹村井田巖溶裂隙地下水起一定的控制作用。經分析認為，宜興-曹村井田區(qū)奧灰峰峰組和上馬家溝組巖溶裂隙水的徑流條件基本遵循了區(qū)域巖溶水流場整體運動規(guī)律，其大體上由西北向東南方向徑流。排泄主要以側向徑流方式由北向南即越過井田南邊界向靈石背斜（隆起）方向運移，補給汾西復向斜盆地南部奧灰含水層巖溶裂隙地下水；其次是由于局部構造裂隙發(fā)育，可能溝通與礦井裂隙地下水之間的水力聯系，從而導致向礦井充水。此外，人工鑿井取水也是主要排泄方式。

三、結論

本次研究工作得出主要結論有：礦區(qū)水文地質條件是獨立的水文地質單元，礦井涌水量的變化基本不受年降水量及年內降水量季節(jié)性變化的影響；煤層開采時遇到斷層破碎帶或由于采掘影響造成其頂、底板隔水層產生次生裂隙或導水通道，以及由于采煤造成煤柱或巖層破壞產生地面塌陷等，尤其是當工作面通過汾河河谷或季節(jié)性河流溝溪等富水部位時，便可造成底板或頂板突水或淋水現象。

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