水城縣朝陽煤礦水文地質(zhì)條件淺析

(貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘察研究院，貴州 貴陽 550008)

朝陽煤礦位于貴州省水城縣南東方向，面積約2.1 km2，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，雨量充沛，年平均降水量1 100 mm。礦區(qū)整體地貌呈V型河谷，山高谷深，屬中山地貌，以侵蝕剝蝕地貌為主。礦區(qū)地勢中部高、兩側(cè)低，中部山脊構(gòu)成地表分水嶺，地表水體有趙家河和懶龍河，均匯入東部的三岔河，屬長江流域?yàn)踅?，河水流量受降水控制，隨季節(jié)變化。

1 水文地質(zhì)概況

礦區(qū)所在區(qū)域大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(I級)，黔北隆起(Ⅱ級)，六盤水?dāng)嘞?Ⅲ級)，紫云—埡都斷裂(Ⅳ級)，處在百興向斜南西翼中部，區(qū)域水文地質(zhì)單元補(bǔ)給區(qū)，為一單斜構(gòu)造，地層傾向北東，走向南東，傾角一般5°～30°，巖性以碎屑巖為主，西南部見玄武巖。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅南部見一條斷層。區(qū)內(nèi)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)，平均厚度370 m，礦區(qū)內(nèi)可采煤層有7層，從上到下編號(hào)分別為2、3、5、6、22、29、32號(hào)煤層(見圖1)。

圖1 朝陽煤礦示意圖

2 含、隔水層

礦區(qū)內(nèi)出露地層由下至上依次為二疊系上統(tǒng)峨嵋山玄武巖組(P3β)、龍?zhí)督M(P3l)、長興組(P3c)、三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組第一段(T1f1)、二段(T1f2)、三段(T1f3)、第四系(Q)。各地層水文地質(zhì)特征簡述如下。

1)峨嵋山玄武巖組(P3β)：在礦區(qū)西南部少量出露，巖性主要為灰綠色玄武巖，其頂部5 m左右為淺灰色凝灰?guī)r，區(qū)內(nèi)出露不全，據(jù)區(qū)域資料，厚度約400 m；淺部發(fā)育風(fēng)化裂隙，區(qū)內(nèi)無泉點(diǎn)出露，各鉆孔揭露時(shí)無涌漏水現(xiàn)象。該巖組含少量基巖裂隙水，富水性極弱，為相對隔水層，隔水性能較好。

2)龍?zhí)督M(P3l)組: 在礦區(qū)中西部出露，為本區(qū)含煤地層，巖性主要由淺灰色、灰色及深灰色，薄至中厚層狀細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤組成，厚度一般為370 m；淺部風(fēng)化裂隙較發(fā)育，深部發(fā)育少量構(gòu)造裂隙；該巖組主要表現(xiàn)為V型河谷地貌，趙家河由西南流向東北，切割該地層，上煤組主要出露在河谷東側(cè)的反向坡上。雨季調(diào)查泉點(diǎn)2個(gè)，流量約0.1 L/s。鉆進(jìn)中沖洗液消耗量較小，部分鉆孔在淺部風(fēng)化帶發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象。該巖組含少量基巖裂隙水，富水性弱，屬弱含水層，為一個(gè)弱含水層與隔水層互層的含水巖組。

3)長興組(P3c)組: 在礦區(qū)中部出露，位于反向坡中部，主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r與粉砂巖互層，含數(shù)層蒙脫石泥巖，厚度一般為40m；淺部節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部見溶蝕現(xiàn)象，深部發(fā)育少量構(gòu)造裂隙，未見溶蝕現(xiàn)象，區(qū)內(nèi)無泉點(diǎn)出露，鉆進(jìn)中無漏失現(xiàn)象。該巖組含少量裂隙水，富水性弱。

4)飛仙關(guān)組第一段(T1f1)：在礦區(qū)中部出露，位于反向坡中上部，巖性主要為灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，厚度約150 m。除淺部發(fā)育風(fēng)化裂隙外，深部裂隙不發(fā)育，無泉點(diǎn)出露。各鉆孔揭露時(shí)無涌漏水現(xiàn)象。該巖組含少量基巖裂隙水，富水性極弱，為相對隔水層，隔水性能較好。

5)飛仙關(guān)組第二段(T1f2)：在礦區(qū)中東部山頂出露，位于反向坡頂，地勢陡峭，多形成懸崖，不利于大氣降水匯集、下滲，巖性主要為中厚層狀灰?guī)r夾粉砂巖，厚度約80 m。裂隙發(fā)育，見大量溶蝕現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)無泉點(diǎn)出露。多個(gè)鉆孔揭露時(shí)發(fā)生漏水現(xiàn)象。因該巖組在區(qū)內(nèi)為剝蝕殘留體，且坡向與傾向相同，不利于地下水儲(chǔ)蓄。因此，該巖組主要表現(xiàn)為透水層，含少量巖溶裂隙水，雨季富水性增加，富水性弱—中等。

6)飛仙關(guān)組第三段(T1f3)：在礦區(qū)東部山頂出露，主要分布于分水嶺以東，坡向與傾向一致，在區(qū)內(nèi)為剝蝕殘留體，巖性主要為薄至中厚層狀灰紫色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，區(qū)內(nèi)出露不全，見泉點(diǎn)，流量微弱。據(jù)鄰近化樂井田資料，該巖組一般厚95 m。裂隙較發(fā)育，含裂隙水，富水性弱，屬弱含水層。

7)第四系弱含水層(Q)。主要分布于礦區(qū)中西部煤系地層上部的斜坡地帶，由沖積、殘積、坡積的砂礫、碎石土、砂質(zhì)土、粉質(zhì)土組成，厚約0～20 m。該層特點(diǎn)是孔隙度大，透水性強(qiáng)，受大氣降雨補(bǔ)給明顯，見少量泉點(diǎn)，流量隨季節(jié)流量變化大，大多在雨季時(shí)增大，旱季時(shí)多干枯。該巖組含孔隙水，富水性弱。

3 礦床水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)

區(qū)內(nèi)煤層位于龍?zhí)督M，2、3、5、6號(hào)煤位于龍?zhí)督M上段(P3l3)，頂部2號(hào)煤距離上覆長興組(P3c)7～22 m，22、29、32號(hào)煤位于龍?zhí)督M下段(P3l1),底部33號(hào)煤層距離下伏玄武巖組15～25 m。可采煤層上覆和下伏含水層富水性弱。

3.1 斷層帶水文地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，對礦床影響較大的斷層一條(編號(hào)F11)，該斷層橫穿礦區(qū)東南部，走向NE～SW，區(qū)內(nèi)長約500 m，傾向NW，落差80 m左右，傾角80°，切割地層P2m～T1f3。抽水試驗(yàn)顯示該斷層在P3(1+c)地層內(nèi)富水性弱，導(dǎo)水性差。因該斷層在區(qū)內(nèi)落差約80 m，雖然拉近了下伏茅口強(qiáng)巖溶含水層與煤層的距離，但是因P3β地層厚度超400 m，因此茅口組巖溶水對礦井不構(gòu)成威脅。T1f2地層為脆性的灰?guī)r夾粉砂巖，認(rèn)為該斷層在T1f2地層內(nèi)含(導(dǎo))水性較好；據(jù)勘查線剖面，在開采斷層上盤附近煤層時(shí)，采煤可能導(dǎo)致斷層破碎帶松動(dòng)，雨季T1f2巖溶水可沿?cái)鄬佑咳氲V井，必須按標(biāo)準(zhǔn)留設(shè)足夠的防水煤柱；此外該斷層拉近上覆T1f2中等巖溶水含水層與下盤煤層的距離，但礦區(qū)內(nèi)煤層多位于上盤，僅東南角少部分煤層位于下盤，建議留設(shè)足夠防水煤柱或不開采下盤煤層。

3.2 區(qū)內(nèi)地表水體對礦床開采影響

趙家河穿過礦區(qū)西部及北部，在西部主要切割龍?zhí)督M中段，在北面轉(zhuǎn)彎后切割龍?zhí)督M上段、長興組及飛仙關(guān)組地層。2017年8月12日測得河水流量約2 000 L/s，上下游斷面觀測基本無漏失現(xiàn)象。在礦區(qū)中部、南部，河流右岸，6號(hào)以上煤層出露標(biāo)高遠(yuǎn)高于河床，隨著開采深度增加，采空區(qū)雖然低于河床，但其與河床之間有較厚的砂泥巖地層阻隔，地表水體對上部煤層影響較??；在河流左岸，22、29、32號(hào)煤層位于河床之下，采動(dòng)裂隙及疏排水將導(dǎo)致地表水滲入礦井，對礦井影響較大。在礦區(qū)北側(cè)，河流切割上部主要可采煤層，河流附近采煤時(shí)，采動(dòng)裂隙可能導(dǎo)致河水與礦井聯(lián)通；另外隨著礦井疏排水導(dǎo)致地下水位下降，河水也會(huì)補(bǔ)給地下水，最終滲入礦井?？傊?，區(qū)內(nèi)地表水體對礦井有較大威脅，河流附近一定要留設(shè)足夠的保護(hù)煤柱，防止地表水對礦井直接充水。

此外，據(jù)調(diào)查訪問，河水流量變化嚴(yán)格受季節(jié)及降水量控制，雨季水位會(huì)增加2～3 m。礦區(qū)內(nèi)河床標(biāo)高1 358～1 400 m，工業(yè)廣場區(qū)河床標(biāo)高1 375 m，礦區(qū)內(nèi)主要建筑物及礦井主要巷道均高于河流最高洪水位，最低的主要巷道為副斜井，井口標(biāo)高1 382.6 m，高于河床約7 m，一般情況下洪水不會(huì)對礦井產(chǎn)生威脅。需要注意的是，因區(qū)內(nèi)地勢陡峭，河流兩岸山體可能產(chǎn)生滑坡等災(zāi)害堵塞河道，使河水位升高，威脅礦井；另外應(yīng)注意極端暴雨可能導(dǎo)致的河水位升高，威脅礦井。懶龍河在礦區(qū)東北角礦區(qū)邊界流過，切割T1f1砂泥巖地層，在河流附近留設(shè)好足夠的保護(hù)煤柱情況下，對礦井影響較小。

3.3 老空區(qū)積水對礦床開采影響

區(qū)內(nèi)煤炭開采歷史較久遠(yuǎn)，老窯較多，以斜井為主，多數(shù)老窯已垮塌、封閉，測量和調(diào)查較困難。據(jù)訪開采長度一般為100～200 m，沿煤層走向100～200 m，大多數(shù)深部都有積水現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)查及朝陽煤礦提供的采掘平面圖等資料，對老空區(qū)積水量做了估測(見表1)。區(qū)內(nèi)較大積水主要存在于原整合關(guān)閉礦井的采空區(qū)，包括原朝陽煤礦、原興化煤礦。原朝陽煤礦生產(chǎn)規(guī)模為3萬 t/a，主要開采2、5煤層，最低開采標(biāo)高約1 300 m，估算其采空區(qū)積水量分別約4.5萬 m3、2.8萬 m3；原興化煤礦生產(chǎn)規(guī)模為6 萬 t/a，主要開采2、6煤層，最低開采標(biāo)高約1 350 m，估算其采空區(qū)積水量分別約3.7萬 m3、2.8萬 m3；現(xiàn)整合后的朝陽煤礦主要開采新主井南部的2煤層，現(xiàn)采空區(qū)面積118 000 m2，暫無較大積水，僅在底部1125回風(fēng)巷低洼處有積水約1 980 m3。當(dāng)?shù)V坑遇上或接近老空采區(qū)時(shí)，老空水將成為礦井充水的直接充水水源，充水方式為礦坑突水，其來勢猛，時(shí)間短，破壞性大[2]，是以后礦井突水的重大隱患。

4 礦井充水、涌水分析

礦井充水水源主要有大氣降水、地下水(主要為龍?zhí)督M裂隙水)、地表水(主要為趙家河)和老空區(qū)積水等；充水通道主要為巖石天然節(jié)理裂隙、采礦冒落裂隙、斷層破碎帶、老窯或煤礦采空區(qū)及老巷、封閉不良鉆孔等?，F(xiàn)階段礦井充水形式主要以頂板滲水、滴水、淋水為主，局部積水老空區(qū)附近存在出水點(diǎn)。

礦井涌水情況。該礦目前主要開采2號(hào)煤層，最低開采標(biāo)高1 280 m，已形成較大的采空區(qū)，面積約11.8萬 m2。據(jù)該礦多年涌水量臺(tái)賬，礦井涌水量隨季節(jié)變化顯著，與降水量關(guān)系密切，表現(xiàn)為雨季增大，枯季相對減少的特點(diǎn)。礦井正常涌水量約45 m3/h，雨季最大值約90 m3/h。

礦井主要水害預(yù)測。因礦區(qū)中西部有數(shù)個(gè)老空采區(qū)，積水嚴(yán)重，老窯突水構(gòu)成未來礦井生產(chǎn)主要水害，開采時(shí)應(yīng)加強(qiáng)防范，做好探放水工作；此外，趙家河床附近采煤時(shí)產(chǎn)生的采動(dòng)裂隙，可能導(dǎo)致礦井與地表水連通，造成地表水突入礦井，建議留設(shè)足夠保護(hù)煤柱。

5 結(jié)語

礦區(qū)為一單斜構(gòu)造，處在區(qū)域水文地質(zhì)單元補(bǔ)給區(qū)，地勢較陡峭，大氣降水為區(qū)內(nèi)地表水地下水主要補(bǔ)給源；斷層不發(fā)育，破碎帶富水性弱；龍?zhí)督M為礦井直接充水含水層，含少量裂隙水，富水性弱，主要靠大氣降水補(bǔ)給，礦井涌水量隨降水量變化。其上覆地層(T1f1)與下伏地層(P3β)富水性弱，且厚度較大，隔水性能較好。趙家河從礦區(qū)穿過，切割龍?zhí)督M地層，為礦區(qū)的排泄區(qū)，部分礦體位于河床以下或直接與河流接觸，地表水對礦床開采有一定影響。礦區(qū)淺部部分采空區(qū)有大量積水，對礦井構(gòu)成威脅。綜合來看，礦床為裂隙充水礦床，水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度中等。

[1]周正怡，等.貴州省水城縣朝陽煤礦資源儲(chǔ)量核實(shí)及勘探報(bào)告[R].貴陽：貴州省煤田地質(zhì)局.2017.

[2]鄭世書，陳江中，等.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社.1999.