巴拉素主立井井筒水文地質(zhì)條件分析

喬 龍，曹虎生

(陜西省一八五煤田地質(zhì)有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

巴拉素礦井位于榆橫礦區(qū)北區(qū)的中西部，行政區(qū)劃隸屬陜西省榆林市榆陽區(qū)巴拉素鎮(zhèn)、補(bǔ)浪河鄉(xiāng)、紅石橋鄉(xiāng)等管轄。礦井南北長約22.5 km，東西寬約13.4 km，總面積300.40 km2。開拓方式一期采用全立井開拓方案，二期采用混合開拓方案，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力10.00 Mt/a。

巴拉素礦井主立井位于礦井中部，深度582.50 m。礦井井筒場地地表全部被第四系沙層所覆蓋，厚度約10 m。為了向主立井井筒的設(shè)計(jì)和施工提供可靠的地質(zhì)依據(jù)，需查明井筒場地所在區(qū)域水文地質(zhì)條件[1-2]。

1 地下水含(隔)水層水文地質(zhì)特征

根據(jù)地下水的賦存條件、水力特征及含水層的縱向分布結(jié)構(gòu)，本次工作將井筒場地含水層由上至下劃分為5層。分別為：第四系松散層孔及洛河組風(fēng)化巖隙潛水含水層(Ⅰ)；白堊系洛河組砂巖孔隙裂隙潛水(Ⅱ)；侏羅系中統(tǒng)安定組碎屑巖孔隙裂隙承壓水含水層(Ⅲ)；侏羅系中統(tǒng)直羅組碎屑巖孔隙裂隙承壓水含水層(Ⅳ)；侏羅系延安組砂巖孔隙裂隙承壓水含水層(Ⅴ)。

1.1 含水層

含水層(Ⅰ)：第四系松散層及洛河組風(fēng)巖孔隙潛水含水層(Ⅰ)。本孔鉆探揭露第四系松散層厚度9.90 m，巖性以細(xì)砂為主，成分為石英、長石，松散-密實(shí)。洛河組上部41.22 m巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，砂巖膠結(jié)差，易松散。初見水位7.00 m，含水層厚度44.12 m，根據(jù)以往鉆孔抽水試驗(yàn)成果，滲透系數(shù)為0.059 4～0.476 4 m/d，平均值0.212 6 m/d。表1為白堊系洛河組風(fēng)化巖含水層段抽水資料統(tǒng)計(jì)表。

表1 白堊系洛河組風(fēng)化巖含水層段抽水資料統(tǒng)計(jì)表

含水層(Ⅱ)：白堊系洛河組砂巖孔隙裂隙含水層(Ⅱ)全區(qū)分布，是本地區(qū)的主要含水巖組。本次井筒檢查孔揭穿厚度孔為170.73 m。含水層巖性主要為磚紅色中厚層狀中、細(xì)粒長石砂巖，礦物成分以石英、長石為主，泥質(zhì)膠結(jié)，發(fā)育巨型楔狀交錯(cuò)層理。據(jù)本孔及3個(gè)水源井含水層抽水試驗(yàn)，該含水層水位埋深8.07～15.26 m，含水層厚度211.55～213.45 m，涌水量3.332～7.580 L/s，單位涌水量為0.138 0～0.442 8 L/s·m，滲透系數(shù)為0.075 7～0.203 1 m/d，富水性中等。水質(zhì)分析結(jié)果顯示，pH為8.08，水化學(xué)類型為HCO3-Na·Ca型，礦化度344.70 mg/L，總硬度117.6 mg/L。根據(jù)測井資料解釋，本孔白堊系洛河組含水層厚度74.79 m。主要涌水的段落有3段，第一段為62.09～95.05 m，第二段為117.73～142.77 m，第二段為178.01～194.80 m。表2為白堊系洛河組含水層段抽水資料統(tǒng)計(jì)表。

表2 白堊系洛河組含水層段抽水資料統(tǒng)計(jì)表

含水層(Ⅲ)：侏羅系中統(tǒng)安定組碎屑巖孔隙裂隙承壓水含水層(Ⅲ)全區(qū)分布，含水層巖性主要為紫紅色中厚層狀中、細(xì)粒長石砂巖，主要為孔隙裂隙含水。據(jù)以往JT03和JT05孔含水層抽水試驗(yàn)，水位埋深在10.85～16.11 mm，含水層厚度20.65～30.75 mm，當(dāng)水位降深60.09～42.56 m時(shí)，涌水量為0.114～0.794 L/s，單位涌水量為0.001 9～0.018 7 L/(s·m)，滲透系數(shù)為0.008 7～0.061 4 m/d，富水性弱。水質(zhì)分析結(jié)果顯示，水化學(xué)類型為SO4-Na型，礦化度2 395.29～3 519.77 mg/L。表3為安定組含水層段抽水資料統(tǒng)計(jì)表。

含水層(Ⅳ)：侏羅系中統(tǒng)直羅組碎屑巖孔隙裂隙承壓水含水層(Ⅳ)。該組主要為一套半干旱條件下形成的河流相沉積。本孔鉆探揭露直羅組厚度137.89 m。巖性主要為灰綠、灰白色夾紫斑的粗、中、細(xì)粒砂巖和粉砂巖，接觸式膠結(jié)為主，膠結(jié)程度較低，砂巖分選性中等。因本孔未安排該含水層抽水試驗(yàn)，據(jù)以往JT04號鉆孔抽水試驗(yàn)(詳見表4)，水位埋深13.91 m，含水層厚度為44.95 m，當(dāng)水位降深51.42 m時(shí)，涌水量為0.680 L/s，單位涌水量為0.013 2 L/s·m，滲透系數(shù)0.029 0 m/d，富水性弱。水質(zhì)分析結(jié)果顯示，水化學(xué)類型為SO4-Na·Ca型，礦化度5 474.60 mg/L。

表3 安定組含水層段抽水資料統(tǒng)計(jì)表

表4 侏羅系直羅組含水層段抽水資料統(tǒng)計(jì)表

含水層(Ⅴ)：侏羅系中統(tǒng)延安組砂巖孔隙裂隙承壓水含水層(Ⅴ)。本組巖性主要表現(xiàn)為一套河流—湖泊三角洲—沖積平原環(huán)境沉積的灰色細(xì)-粗粒長石砂巖、深灰色泥巖、粉砂巖、煤層多個(gè)沉積旋回組成。含水層主要在495.57～512.41 m和541.90～567.45 m這2段的粗粒砂。本孔鉆探揭露該組厚度145.39 m。本孔該含水層抽水試驗(yàn)，該含水層水位埋深32.68 m，含水層厚度61.37 m，當(dāng)水位降深49.77 m時(shí)，涌水量2.172 L/s，單位涌水量0.043 6 L/s·m，滲透系數(shù)為0.074 4 m/d，富水性弱。水質(zhì)分析結(jié)果顯示，水化學(xué)類型為SO4-Na型，礦化度6 870.4 mg/L，總硬度1 066.0 mg/L。根據(jù)測井資料解釋，本孔延安組含水層厚度45.41 m。泥巖、粉砂巖等起隔水作用的巖層間隔分布于砂巖之中，使砂巖分布相對較薄，主要涌水段落在496.80～560.00 m之間。表5為侏羅系延安組含水層段抽水資料統(tǒng)計(jì)表。

表5 侏羅系延安組含水層段抽水資料統(tǒng)計(jì)表

1.2 隔水層

井筒位置的隔水層，主要為分布于侏羅系安定組較為穩(wěn)定的中厚層泥巖類，它們是井筒區(qū)內(nèi)上覆洛河組砂巖主要含水層與下伏直羅組、延安組含水層之間較好的隔水層。

直羅組及延安組是由中粗粒砂巖含水巖層與泥巖、粉砂巖不等厚互層。其泥巖、粉砂巖分布較為連續(xù)，厚度較為穩(wěn)定，一般為3～15 m，它們是各承壓含水巖組之間的相對隔水層。

2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件及充水因素

2.1 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

第四系砂層潛水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件主要受區(qū)域地形地貌、巖性、氣象和水文等因素的控制[3-6]。補(bǔ)給強(qiáng)度與地貌部位、巖性、潛水位埋深、降雨量大小及降水持續(xù)時(shí)間有密切關(guān)系[7-8]。本區(qū)砂層潛水以大氣降水為主要補(bǔ)給來源，地形地貌十分有利降水入滲且補(bǔ)給面積廣。井筒區(qū)及工業(yè)廣場地勢較高，砂層覆蓋薄，降水入滲條件好，但儲(chǔ)水條件差。砂層潛水除受大氣降水垂?jié)B補(bǔ)給外，還有凝結(jié)水等。

洛河砂巖在區(qū)內(nèi)分布穩(wěn)定，厚度較大。故該層除在基巖裸露處得到大氣降水的直接補(bǔ)給外，其余地段多為外圍同一含水層的側(cè)向補(bǔ)給。該潛水與松散層潛水間具有密切水力聯(lián)系的統(tǒng)一含水體，故其補(bǔ)給、徑流、排泄與松散層潛水基本一致。

承壓水主要接受區(qū)域側(cè)向補(bǔ)給和上部地下水越流滲透補(bǔ)給，井田外基巖裸露區(qū)直接受大氣降水和地表水沿裂隙向巖層滲透補(bǔ)給。井田承壓水無統(tǒng)一的補(bǔ)給區(qū)，各煤層及煤層頂?shù)装宥酁槟鄮r、粉砂巖，可作為相對隔水層頂板或底板，其水頭也沒有區(qū)域性變化規(guī)律，因沉積層序的粒級不同，粒度橫向上有交替變化性。承壓水含水巖體在橫向上具有不連續(xù)性，垂向上具有分段性。儲(chǔ)水空間相對封閉，水量小、水質(zhì)差、排泄條件差。徑流方向基本順巖層傾向由東向西南方向運(yùn)移。

2.2 充水因素

充水水源：①大氣降水—據(jù)榆陽區(qū)氣象局資料顯示，本區(qū)多年平均降水量434.1 mm，且降水多集中在7～9月，占全年降水量的66%左右，年最大降水量819.1 mm。大氣降水為第四系含水層的直接補(bǔ)給來源，白堊系洛河組含水層與上下含水層水力聯(lián)系密切。大氣降水作為地下水的主要補(bǔ)給來源，一般對井筒充水影響主要反映在雨季，尤其是多年不遇的暴雨會(huì)產(chǎn)生地面匯流，所以井筒筒口標(biāo)高要高于周圍。除此之外一般大氣降水對井筒的充水影響較小;②地下水—區(qū)內(nèi)無礦井老窯，地表水系，因此地下水是井筒主要的充水水源。井筒至上而下穿越多個(gè)含水層組，隨著井筒開挖面增大，深度不斷加深，地下水滲流面增大，水壓增高，涌水量也增大。各含水層的富水性、導(dǎo)水性不同，涌水強(qiáng)度不一。根據(jù)井筒各含水層的富水性，其主要充水層位為白堊系洛河組砂巖段含水層。充水強(qiáng)度取決于裂隙的發(fā)育密集條件和井筒揭露含水層范圍、厚度。其它含水層雖有較高的水頭壓力，但充水以細(xì)小節(jié)理、層間隱蔽裂隙為主，水源補(bǔ)給條件差，透水性差，充水量及強(qiáng)度很小。井筒揭露的泥巖、砂質(zhì)泥巖易風(fēng)化，在節(jié)理、裂隙發(fā)育處充水量會(huì)略有增大。

充水途徑及方式：井筒的主要充水途徑為地下水順井筒圍巖滲流和射流。巖層中發(fā)育的裂隙及節(jié)理裂隙和粗顆粒巖層的孔隙，是圍巖涌水的主要通道。各充水層以水平透水、垂直涌水為特征，隨著井筒的垂直向下延伸，水位(水頭)壓力也不斷增大，井筒圍巖滲水面壓力也增大，引起軟巖段充水通道松弛，導(dǎo)水裂隙易張裂掉塊，發(fā)生充水相對集中狀況。

3 結(jié)論

(1)巴拉素主立井井口砂層含水層厚度較小，但砂層含水層受季節(jié)性降雨影響較大，地下水位有隨降雨滯后抬升的特征，本次施工砂層未進(jìn)行抽水試驗(yàn)，該層預(yù)算的涌水量僅供參考，建議在井筒砂層段施工中盡量避開雨季，施工過程中做好砂層水防護(hù)工作。

(2)井筒實(shí)際施工時(shí)遇到導(dǎo)水構(gòu)造時(shí)，會(huì)形成充水通道，施工中應(yīng)采取必要的防堵措施，確保施工安全。