暢俊斌，王俊杰，王 力，王東明

(陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九〇八水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，陜西 臨潼710600)

礦坑突水破壞條件下流水壕泉域地下水開發(fā)利用方案

暢俊斌，王俊杰，王 力，王東明

(陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九〇八水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，陜西 臨潼710600)

流水壕泉域地下水以水頭、沙渠兩個燒變巖大泉排泄，本可直接引泉開發(fā)利用，但附近煤礦礦坑突水使得該泉水完全干涸消亡。為有效開發(fā)利用這一寶貴而有限的地下水資源，滿足當(dāng)?shù)鼐o迫的生產(chǎn)用水需求，本文結(jié)合泉域水文地質(zhì)條件，提出了礦坑突水破壞條件下地下水開發(fā)利用的相應(yīng)方案，并經(jīng)取水實踐，證明是可行的。

流水壕;泉域;礦坑突水;地下水;方案

流水壕位于神木縣檸條塔地區(qū)，泉域地下水賦存于侏羅系延安組燒變巖裂隙空洞之中，以水頭、沙渠兩個燒變巖大泉排泄。已勘探評價以引泉方式開采地下水B級開采量為4 530 m3/d。2005年8月，因附近河西煤礦礦坑突水，流水壕泉域地下水順礦坑漏失，使該泉水干涸消亡而不能直接利用。為有效利用這一寶貴而有限的地下水資源，滿足當(dāng)?shù)貜S礦企業(yè)的緊迫用水需求，需要針對水文地質(zhì)條件，提出礦坑突水破壞條件下流水壕泉域地下水開發(fā)利用方案。

1 流水壕泉域水文地質(zhì)概況

流水壕泉域為考考烏素溝流域內(nèi)一全排、完整型支溝域(圖1)，南、東、西部為支溝域分水嶺，大體呈現(xiàn)南、東、西面略高，中間低并向北部考考烏素溝緩傾的洼地地形，地表無水流分布，面積 28.06 km2。

圖1 流水壕泉域分布位置示意圖

本區(qū)地處毛烏素沙漠和陜北黃土高原接壤地帶，南部分水嶺地帶為黃土梁崗區(qū)，中、北部為沙漠灘地區(qū)。區(qū)內(nèi)無斷裂、褶皺發(fā)育，基底為向西緩傾的侏羅系地層，傾角1°～2°，包括侏羅系延安組、直羅組、安定組，巖性以砂巖、泥巖為主，其中延安組為含煤地層，巖性為灰白、灰綠色中厚或薄層砂巖夾泥巖，有3－5層可采煤層，泉域北部延安組地層為2－2、3－1煤層自燃后形成的燒變巖，具磚紅色夾黑灰色的燒熔凝結(jié)痕跡，巖體破碎，空洞裂隙發(fā)育，裂隙率10% ～30%，裂隙寬度0.3～4 cm，導(dǎo)水儲水性強，一般厚10～30 m，最厚可達(dá)71.64 m;基底侏羅系砂、泥巖形成了高低起伏的古丘陵及古凹槽地形，依次沉積有第四系中更新統(tǒng)黃土和上更新統(tǒng)沖湖積層，沉積厚度主要受基底古地形控制，其中沖湖積層即薩拉烏蘇組，巖性以灰黃、淺黃色細(xì)砂、中細(xì)砂夾灰色粉土透鏡體。

泉域地下水可分為第四系松散層潛水和侏羅系延安組燒變巖裂隙空洞潛水兩大類(圖2)。在泉域南、中部，地下水賦存于第四系沖湖積砂層孔隙和黃土層裂隙孔洞之中，地下水順古凹槽走向徑流補給泉域北部燒變巖含水層，總體上呈現(xiàn)由南往北徑流。

圖2 流水壕泉域水文地質(zhì)簡圖

分布于古凹槽中上游的薩拉烏蘇組含水層結(jié)構(gòu)松散，孔隙率較高，具良好的儲水條件，且透水性、導(dǎo)水性較強，厚度一般10～20 m，最厚可達(dá)25.04 m，向古凹槽兩側(cè)逐漸變薄，直至尖滅(圖3)。古凹槽中部K5鉆孔抽水試驗水位降深5.81 m，涌水量 737.08 m3/d，單井涌水量大于 500 m3/d，水化學(xué)類型為 HCO3－Ca型，礦化度 0.187 ～0.195 g/L。

至泉域北部延安組燒變巖分布區(qū)時，地下水匯集補給燒變巖含水層(圖4)。由于燒變巖透水、導(dǎo)水性強，接受上層第四系含水層補給后形成強徑流帶，地下水位比第四系潛水位陡降近20 m，形成了水頭、沙渠燒變巖大泉，排泄至考考烏素溝，泉口高程約1 145 m，礦化度0.27～0.3 g/L，水化學(xué)類型為HCO3－Ca型。我隊1983年－1991年、2005年4－7月的流量監(jiān)測資料表明，多年來水頭、沙渠燒變巖大泉流量穩(wěn)定，總流量達(dá)4 320～8 640 m3/d，泉水流量大，水質(zhì)優(yōu)，可直接引泉開采利用。依據(jù)長達(dá)9年的流量動態(tài)長觀系列資料，采用水文統(tǒng)計等方法評價了流水壕泉域以直接引泉方式，95%保證率下地下水可開采量為4 530 m3/d。

圖3 流水壕泉域古凹槽橫向水文地質(zhì)剖面圖

圖4 原水頭泉出露水文地質(zhì)剖面圖

2 礦坑突水對泉域地下水破壞狀況

流水壕泉域北部，有河西、陰灣、四門溝三個小煤礦，井田面積分別為 0.722 km2、0.99 km2、0.412 km2，均開采 3 －1煤層，煤層底板標(biāo)高約1 120 m。2005年8月12日，河西煤礦生產(chǎn)炸煤時礦坑頂板與流水壕泉域北部燒變巖溝通，礦坑突水嚴(yán)重。礦坑突水第17天，即2005年8月28日，實測礦坑突水量仍達(dá)到0.476 2 m3/s(合41 143.68 m3/d)。礦坑突水后，流水壕泉域原來的水頭、沙渠兩個燒變巖大泉完全干涸消亡，泉域地下水排泄量由原來的水頭、沙渠燒變巖大泉排泄改變成礦坑突水形式排泄，礦坑突水也一并排泄了燒變巖含水層的儲存量。

在燒變巖區(qū)灌漿止水效果不理想的情況下，河西煤礦采用井巷擋水墻止水方式，于2006年5月28日完全封住礦坑突水。但此時燒變巖含水層已大部分疏干，加之隨后開采排泄等，水頭、沙渠燒變巖大泉至今仍未能恢復(fù)流水。

3 礦坑突水破壞條件下泉域地下水資源開發(fā)利用方案

礦坑突水破壞分礦坑突水期間和突水封堵后兩個階段，對這兩個階段分別提出開發(fā)利用方案。

3.1 礦坑突水期間泉域地下水開發(fā)利用方案

在礦坑突水破壞條件下，為保護(hù)地下水資源不致于流失浪費，可在泉域北部第四系沖湖積層和黃土含水層下游，采用帷幕灌漿營造地下截滲墻，截斷泉域第四系地下水對燒變巖含水層的補給通道，將在第四系沖湖積含水層中形成地下水庫，沖湖積中細(xì)砂層(水位埋深約10 m)將構(gòu)成主要的儲水及調(diào)蓄空間，而下伏的黃土及侏羅系砂泥巖則視為隔水底板，形成一個相對封閉的地下水庫，再以管井方式開采，即可有效開發(fā)利用流水壕泉域地下水資源(圖5)。

根據(jù)流水壕泉域抽水試驗資料，在地下水庫蓄水后，薩拉烏蘇組砂層含水層厚度可達(dá)5～25 m，管井井群布設(shè)在含水層厚度較大的古凹槽中部，含水層厚度按20 m計，滲透系數(shù)為7.757 m/d，開采井直徑為0.254 m，由此可計算出在井壁5 m降深條件下，單井出水量為619.11 m3/d，影響半徑為124.56 m。根據(jù)地下水庫分布范圍內(nèi)薩拉烏蘇組砂層含水層的分布特征，地下水庫內(nèi)適合布井的范圍見圖5，為減小井間干擾和保證開采井出水量，井間距按300 m考慮，開采井直徑增大到377 mm，這樣可布設(shè)開采井11眼，其中兩眼為備用井，9眼正常開采，可獲得開采量5 400 m3/d。

根據(jù)流水壕泉域地下水庫范圍內(nèi)(面積22.5 km2)大氣降水入滲補給量計算成果，區(qū)內(nèi)多年平均補給量為8 164.38 m3/d，75%保證率下大氣降水入滲補給量為6 790.21 m3/d，遠(yuǎn)大于允許開采量5 400 m3/d，并且有地下水庫的調(diào)節(jié)作用，說明開采水量是有補給保證的。在達(dá)到5 400 m3/d的開采量時，抽水井井壁水位降深為5 m，僅占取水點處含水層厚度的1/4。若考慮到極端條件下地下水庫無降水補給，需消耗地下水庫庫容(地下水儲存量)來維持正常開采，根據(jù)儲存量計算結(jié)果，地下水庫內(nèi)薩拉烏蘇組含水層的單位儲存量為150×104m3，即地下水位平均下降1 m，可維持正常開采277 d，說明開采量為5 400 m3/d時，利用地下水庫庫容可以進(jìn)行以豐補歉、調(diào)節(jié)開采。因而流水壕泉域在人工地下水庫條件下5 400 m3/d的允許開采量是有保證的，該方式可有效開發(fā)利用泉域地下水資源，同時可減小下游礦井突水的風(fēng)險。

3.2 礦坑突水封堵后泉域地下水資源開發(fā)利用方案

礦坑突水長達(dá)近1年時間，其間燒變巖含水層原來儲存的水量已基本順礦坑突水被排泄出地表。礦坑突水封堵后，泉域地下水徑流首先補充燒變巖含水層中經(jīng)礦坑突水騰出的含水層儲水空間，燒變巖含水層水位逐漸上升，形成燒變巖含水層地下水庫，其水位如達(dá)到原水頭、沙渠泉天然排泄通道高程(約1 145 m)時，才能恢復(fù)原有的自然排泄，在沒有其他人為開采等排泄的情況下，這一過程大概需要兩年以上的時間。當(dāng)?shù)貜S礦企業(yè)的緊迫用水需求，將難以等到泉水恢復(fù)，可直接在燒變巖含水層分布區(qū)以管井方式開發(fā)利用該泉域地下水。

由于燒變巖含水層基本接受流水壕泉域地下水補給，也具有豐枯調(diào)節(jié)功能，開采水量可按流水壕泉域75%保證率下的大氣降水入滲補給量確定，即8 400 m3/d。為保證開采管井取水效率，井位應(yīng)集中布設(shè)于3－1煤層燒變巖分布區(qū)地段，井深以揭穿3－1煤層底板(底板高程約1 120 m)進(jìn)入下伏完整基巖5～10 m為限，管徑以325 mm為宜。

在礦坑突水封堵住一年后，該種取水方式在當(dāng)?shù)氐玫匠晒?yīng)用。神木縣檸條塔煤礦采用管井在3－1煤層燒變巖分布區(qū)取水，井深85 m，孔深16 m以下為延安組燒變巖，水位埋深62.5 m，孔徑520 mm，管徑325 mm，最大取水量可達(dá)2 438 m3/d，礦化度為 0.3 g/L，水化學(xué)類型 HCO3－ Ca型，水質(zhì)優(yōu)。隨后江泰、順德、大成和通達(dá)蘭炭廠也分別以該種取水方式，均可滿足其800～1 000 m3/d用水需求。

圖5 流水壕泉域人工地下水庫開采略圖

4 結(jié)語

在神木縣河西煤礦突水造成流水壕泉域水頭、沙渠燒變巖大泉消亡不能直接引泉開采地下水資源的狀況下，為滿足當(dāng)?shù)鼐o迫用水需求，本文根據(jù)水文地質(zhì)條件，以兩種方案開發(fā)利用流水壕泉域地下水資源。當(dāng)?shù)V坑突水期間，可在第四系潛水含水層中，通過灌漿帷幕建立地下水庫，再以管井方式開采地下水資源，可獲得開采量5 400 m3/d;當(dāng)?shù)V坑突水封堵后，可直接利用燒變巖含水層中自然形成的地下水庫，以管井方式取水，取水量在地下水庫豐枯調(diào)節(jié)下可達(dá)到8 400 m3/d，經(jīng)取水實踐驗證是可行的。

神木縣河西煤礦突水造成流水壕泉域水頭、沙渠泉消亡的實例，再一次說明采煤過程中必須加強水資源保護(hù)工作和相關(guān)措施的落實。

進(jìn)行燒變巖地下水庫管井開采時，必須實行開采總量控制，嚴(yán)禁超采，注意井間距和相互干擾，建立地下水動態(tài)監(jiān)測工作，使開采水量與地下水補給量達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)。同時，煤礦開采的工作面布置應(yīng)與水文地質(zhì)條件緊密結(jié)合，達(dá)到在開發(fā)煤炭資源的同時，合理利用有限的水資源，最大限度的減少對水環(huán)境的破壞。

［1］范立民，蔣澤泉.燒變巖地下水的形成及保水采煤新思路［J］.煤炭工程.2006，(4):40 －41.

［2］李勇，張永生.帷幕注漿截流施工技術(shù)在煤礦治水工程中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程.2008，(9):122 －126.

［3］馬思錦，等.陜西省神木縣檸條塔水源地勘探報告［R］.西安:陜西省地礦局.1993.

［4］暢俊斌，馬思錦，王瑋，等.陜西省神木縣考考烏素溝流域地下水資源勘查報告［R］.西安:陜西省地礦局.2005.

［5］陳全福，段中會，牛建國，等.陜北侏羅紀(jì)煤田神木北部礦區(qū)檸條塔露天區(qū)勘探地質(zhì)報告［R］.西安:陜西省煤田地質(zhì)局.1991.

TV213.9

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1004－1184(2013)06－0066－03

2013－07－22

暢俊斌(1968－)，男，陜西乾縣人，高級工程師，主要從事水、工、環(huán)地質(zhì)工作。