劉宗斌，劉智昌，權(quán)軍明，曹 蕊

(1.陜西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710054;2.陜西省西安市長(zhǎng)安區(qū)灃河管理站，陜西 西安 710118)

大海則礦井位于榆林市西北直距約50 km處，井田面積280.03 km2，煤炭資源總量約51億 t，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，延安組含可采煤層7層，平均總厚度為15.41 m。其中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、全區(qū)可采、穩(wěn)定性的主采煤層2、3號(hào)煤，平均總厚度為 10.30 m。利用陜西省地質(zhì)勘查基金進(jìn)行了普查勘查，中煤陜西榆林能源化工有限公司投資進(jìn)行了詳查、勘探及礦井井筒檢查孔勘察工作，大海則礦井初步規(guī)劃井型為1 500萬(wàn) t/a。礦井采用主斜——副立開(kāi)拓方式，初選礦井工業(yè)場(chǎng)地位于井田中東部。設(shè)計(jì)沿主斜井井筒軸線方向，布置了4個(gè)井筒檢查鉆孔，一號(hào)副立井、二號(hào)副立井及原設(shè)計(jì)一號(hào)回風(fēng)立井和補(bǔ)充回風(fēng)立井附近各布置1個(gè)井筒檢查鉆孔，共布設(shè)井筒檢查鉆孔8個(gè)。礦井水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，對(duì)可能引起的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件的變化做出評(píng)述和預(yù)測(cè)，為井筒施工建設(shè)提供可靠的依據(jù)。區(qū)內(nèi)以沙漠灘地及半固定沙丘地貌為主，地形起伏不大。沒(méi)有地表水系，有一些蓄水量不大的天然海子。

1 地質(zhì)特征

地表被第四系松散沉積物覆蓋。本區(qū)地層由老至新有三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組(T3w)，侏羅系下統(tǒng)富縣組(J1f)，侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)、直羅組(J2z)、安定組(J2a)，白堊系下統(tǒng)洛河組(K1l)、第四系的上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)和全新統(tǒng)的松散沙層。

礦井構(gòu)造簡(jiǎn)單，本區(qū)大地構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地中部次級(jí)構(gòu)造單元陜北斜坡中部。中生界地層向西微傾伏，平均傾角0°～3°，未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的斷層或褶皺。

2 水文地質(zhì)特征

根據(jù)本區(qū)地下含水層的埋藏條件、含水介質(zhì)等因素，將礦井地下含水層劃分為二大類(lèi)型:即，松散巖類(lèi)孔隙水、碎屑巖孔隙裂隙水。

2.1 含水層

2.1.1 松散巖類(lèi)孔隙水

第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q13s)孔隙潛水含水層，主要分布于沙漠灘地和沙丘間洼地，厚度3～60 m，是區(qū)內(nèi)第四系潛水的主要含水層。其巖性下部為橘黃色、淺灰紫色及雜色中細(xì)沙、細(xì)粉沙與暗棕色亞粘土不等厚互層。上部為褐灰黃、淺灰黃色粉細(xì)砂和沙土。水位埋深 2.50～5.44 m，降深7.75～11.76 m，涌水量達(dá) 296 m3/d，單位涌水量 0.109 ～1.617 L/s·m，滲透系數(shù) 2.39 ～3.56 m/d，富水性為中等富水－強(qiáng)富水。水化學(xué)類(lèi)型 HCO3－Ca和 HCO3－Ca·Mg型水，礦化度 278.79 ～391 mg/L。

2.1.2 碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水

(1)白堊系下統(tǒng)洛河組(K1l)孔隙裂隙潛水及承壓水含水層。全區(qū)分布，多被第四系風(fēng)積沙覆蓋，厚度約280～398 m。該組巖性單一，為巨型交錯(cuò)層中、細(xì)粒砂巖。呈棕紅、淺紫紅色，砂粒成分主要為石英、長(zhǎng)石。泥質(zhì)及鈣質(zhì)膠結(jié)，疏松，交錯(cuò)層理發(fā)育。洛河砂巖上覆薩拉烏蘇組底部的局部地段有粘土層，因此，區(qū)內(nèi)洛河組砂巖含水層既有潛水又有承壓水。洛河組上部潛水含水層水位埋深1.70～8.43 m，單位涌水量 0.15 ～0.0.501 8 L/s·m，滲透系數(shù) 0.323 ～1.02 m/d，富水性為中等富水。水化學(xué)類(lèi)型為 HCO3－Ca和 HCO3－Ca·Mg型水，礦化度 257～302.43 mg/L。洛河組頂部有局部隔水承壓含水層，水位埋深4.53～6.42 m，單位涌水量0.193 ～0.530 L/s·m，滲透系數(shù) 0.072 6 ～0.421 m/d，富水性為中等富水。水化學(xué)類(lèi)型HCO3－Ca·Na·Mg型水為主，礦化度 275.92 ～413.00 mg/L。

(2)侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)孔隙裂隙承壓水含水巖組。區(qū)內(nèi)地表未出露，厚度 33.75～44.35 m。巖性以紫紅色、紫雜色、暗紫色團(tuán)塊狀泥巖、粉砂巖為主，夾紅色、紫灰色巨厚層狀細(xì)～粗粒長(zhǎng)石石英砂巖及巖屑長(zhǎng)石砂巖，分選差，棱角狀，具斑狀構(gòu)造及瘤狀突起。水位埋深 21.62～26.84 m，單位涌水量 0.001 3 ～0.012 L/s·m，滲透系數(shù) 0.003 73～0.045 3 m/d，滲透性差，富水性弱。水化學(xué)類(lèi)型為 SO4·HCO3－Na·Mg·Ca型水，礦化度 398.00 ～1 548 mg/L。

(3)侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)孔隙裂隙承壓水含水巖組。直羅組地層全區(qū)分布，地表未出露，本次揭露厚度32～280 m，平均183 m?？傮w變化趨勢(shì)由東向西增厚。與下伏地層延安組呈假整合接觸。巖性以灰綠色粉砂巖、中、細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖為主，具交錯(cuò)層理，局部地段為巨厚層粗粒長(zhǎng)石石英砂巖，頂部多為粉砂巖、泥巖。水位埋深24.24～39.26 m，單位涌水量 0.030 2 ～0.079 L/s·m，滲透系數(shù) 0.040 6 ～0.072 9 m/d，富水性中等 －弱。水化學(xué)類(lèi)型 SO4－Na型水，礦化度2 017～3 265 mg/L。

(4)侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)孔隙裂隙承壓水含水層。全區(qū)分布，為本區(qū)含煤地層，厚度在230 m左右，巖性主要為一套河流－湖泊三角洲－沖積平原環(huán)境沉積的灰色細(xì)－粗粒長(zhǎng)石砂巖、深灰色泥巖、粉砂巖，夾黑色炭質(zhì)泥巖、煤層。與下伏地層呈整合接觸關(guān)系。該組地層巖石致密，完整，裂隙不發(fā)育，水位埋深 19.16～42.87 m，單位涌水量 0.001～0.058 45 L/s·m，滲透系數(shù) 0.005 0 ～0.058 08 m/d，富水性弱。水化學(xué)類(lèi)型 SO4－Na·Ca型水，礦化度 1 521.09～3 292 mg/L。

2.2 隔水層

從鉆孔揭露地層的巖性組成特征分析，各含水層段中的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖均呈互層狀沉積，巖性粒度小，孔隙率小，膠結(jié)致密，分選性好，一般以水平層理為特征，是區(qū)內(nèi)上、下含水層段之間相對(duì)較好的隔水層。

薩拉烏蘇組(Q13s)含水層當(dāng)中不存在隔水層，其與下伏的白堊系下統(tǒng)洛河組(K1l)含水層之間局部有厚度小于10 m的粘土層具有局部隔水層的作用;洛河組地層以中、細(xì)粒砂巖為主，中間沒(méi)有穩(wěn)定的隔水層。侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)地層多以泥巖和粉砂巖為主，具有隔水作用，是洛河組與侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)之間穩(wěn)定的隔水層，其阻隔了洛河組含水層與直羅組含水層之間的水力聯(lián)系。侏羅系中統(tǒng)直羅組、延安組(J2y)地層在垂向上，砂巖與泥巖、粉砂巖多呈互層狀組合，砂巖之間的泥巖、粉砂巖具有相對(duì)穩(wěn)定的隔水作用，在沒(méi)有斷裂構(gòu)造存在和人為破壞的情況下，各砂巖含水層之間水力聯(lián)系較弱。

3 礦井及井筒充水因素分析

大氣降水作為地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，所有礦床充水都直接或間接與大氣降水有關(guān)。區(qū)內(nèi)無(wú)礦井老窯，因此地下水是區(qū)內(nèi)主要的充水水源。含煤巖系上覆地層及自身含煤地層含水層中的地下水，即第四系孔隙潛水、白堊系 ～侏羅系直羅組孔隙裂隙水及延安組孔隙裂隙水是礦井長(zhǎng)期、穩(wěn)定的充水來(lái)源。尤其是，煤層頂?shù)装搴畬又械牡叵滤切纬蓪?lái)礦井涌水的主要充水水源。

充水通道主要為煤層開(kāi)采后形成的冒裂帶、構(gòu)造裂隙及某些不確定因素形成的通道。

井筒所穿越的各含水層中，上部薩拉烏蘇組潛水含水層和洛河組潛水——承壓水含水層，富水性強(qiáng)——中等;下部的直羅組和延安組各含水層均為弱的含水層，單位涌水量及滲透系數(shù)變化較大，故井筒穿越不同的地層的充水強(qiáng)度大小不一。由于下部含水層的承壓水頭較高，在節(jié)理、裂隙發(fā)育處井筒充水量會(huì)有所增大。

在井筒掘進(jìn)過(guò)程中，以井筒為通道會(huì)溝通各個(gè)含水層，而井筒的充水通道為各含水層內(nèi)在的節(jié)理和裂隙。裂隙的發(fā)育情況是井筒充水強(qiáng)度的主要因素之一。

4 井筒涌水量預(yù)算

對(duì)主斜井、副立井和回風(fēng)立井分別采用水平廊道法和大井法進(jìn)行了分層及總涌水量預(yù)算。預(yù)計(jì)主斜井總涌水量為16 814.5 m3/d，一號(hào)副立井總涌水量為 10 449.4 m3/d，二號(hào)副立井總涌水量為10 935.2 m3/d，一號(hào)回風(fēng)立井總涌水量為 10 893.8 m3/d，補(bǔ)充回風(fēng)立井總涌水量為10 429.5 m3/d。

表1 主斜井、副立井和回風(fēng)立井井筒涌水量預(yù)算參數(shù)及計(jì)算表

5 井筒中各含水層之間水力聯(lián)系

井筒自上而下揭露了各含水層。由于松散層與洛河組砂巖之間的粘土隔水層厚度小，且分布不連續(xù)，因此，松散巖類(lèi)孔隙水與白堊系下統(tǒng)洛河組(K1l)孔隙裂隙潛水及承壓水含水層之間水力聯(lián)系較密切，如果采用凍結(jié)法施工，可防止大量的井筒涌水對(duì)井筒施工的影響。下部的侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)孔隙裂隙承壓水含水巖組、侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)孔隙裂隙承壓水含水巖組和侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)孔隙裂隙承壓水含水層之間夾有較穩(wěn)定的泥巖及粉砂巖隔水層，加之各水層本身富水性弱，所以，以上各含水層之間水力聯(lián)系較差。

另外，從地層剖面可看出，區(qū)內(nèi)主采的2號(hào)煤層和3號(hào)煤層的直接頂或老頂多為砂巖且含水，加之煤層力學(xué)性質(zhì)差，性脆，裂隙較發(fā)育，不排除局部地段煤層本身含水的可能性。因此，在井筒施工和井下開(kāi)拓時(shí)注意煤層含水對(duì)施工的影響。

6 結(jié)論與建議

第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q13s)孔隙潛水含水層，是區(qū)內(nèi)第四系潛水的主要含水層，富水性為中等富水—強(qiáng)富水。白堊系下統(tǒng)洛河組(K1l)孔隙裂隙潛水及承壓水含水層為中等富水。侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)富水性弱。中統(tǒng)直羅組(J2z)富水性中等－弱。中統(tǒng)延安組(J2y)富水性弱。

各含水層段中的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，一般以水平層理為特征，是區(qū)內(nèi)上、下含水層段之間相對(duì)較好的隔水層。在沒(méi)有斷裂構(gòu)造存在和人為破壞的情況下，各砂巖含水層之間水力聯(lián)系較弱。煤層頂?shù)装搴畬又械牡叵滤切纬蓪?lái)礦井涌水的主要充水水源。充水通道主要為煤層開(kāi)采后形成的冒裂帶、構(gòu)造裂隙及某些不確定因素形成的通道。建井筒時(shí)自上而下揭露了各含水層，松散巖類(lèi)孔隙水與白堊系下統(tǒng)洛河組孔隙裂隙潛水及承壓水含水層之間水力聯(lián)系較密切，加之圍巖結(jié)構(gòu)松散，巖性軟弱，建議采用凍結(jié)法施工，可防止大量的井筒涌水對(duì)井筒施工的影響。其他各含水層之間水力聯(lián)系較差。

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