李雄偉

神華烏海能源有限責(zé)任公司 烏海 016000

1.引言

桌子山煤田地層區(qū)劃屬華北地層大區(qū)，受區(qū)域沉積環(huán)境和構(gòu)造影響，該區(qū)既具有我國(guó)華北型煤田的共性，下組煤距奧灰隔水層厚度薄，水壓高、水量豐富，又具有桌子山煤田的獨(dú)特性，奧灰富水性極其不均一，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造柱發(fā)育，區(qū)內(nèi)下組煤（太原組16#煤）開(kāi)采受奧灰水嚴(yán)重威脅。由于該區(qū)處于西北干旱缺水地區(qū)，上、中組煤層（山西組煤層）開(kāi)采亦未受到過(guò)奧灰水的威脅，對(duì)奧灰水的威脅認(rèn)識(shí)不足。隨著區(qū)內(nèi)煤炭開(kāi)采層次“向下”延伸，開(kāi)采深度逐漸加大，“奧灰水”突水幾率也在增加，2010年區(qū)內(nèi)駱駝山煤礦曾發(fā)生下組煤奧灰突水的嚴(yán)重安全事故，因此開(kāi)展對(duì)區(qū)內(nèi)下組煤受奧灰承壓水威脅程度研究顯得極為重要。文章總結(jié)了桌子山煤田2010～2012年水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探的最新成果，對(duì)桌子山煤田下組煤開(kāi)采受奧灰水威脅程度做一些淺析。

2.奧灰含水層水文地質(zhì)特征分析

（1）區(qū)內(nèi)奧陶系灰?guī)r層控規(guī)律

桌子山煤田奧陶系灰?guī)r大部分發(fā)育，苛烏素逆斷層以東區(qū)域奧陶系、寒武系缺失，含煤地層直接覆蓋在震旦系、太古界之上。奧陶系灰?guī)r自上向下主要發(fā)育有中統(tǒng)桌子山組（O2z）及三道坎組（O2s），桌子山組與本溪組直接接觸，該組巖性以厚層灰?guī)r為主，為盆地邊緣海陸交互相沉積。三道坎組上部為灰白色石英砂巖與厚層灰?guī)r互層；中部為灰色石英砂巖與生物碎屑灰?guī)r互層；下部為鈣質(zhì)石英砂巖與砂質(zhì)灰?guī)r互層。

（2）奧灰?guī)r溶水富水性不均一

奧陶系灰?guī)r含水層的非均質(zhì)特征表現(xiàn)在平面上富水性不均一及垂向上出水層段的不均一。在平面上表現(xiàn)為水文地質(zhì)補(bǔ)勘各孔單孔涌水量、單位涌水量、滲透系數(shù)均有較大區(qū)別。單孔涌水量最大220m3/h，最小的僅為1.17m3/h；單位涌水量最大為4.22L/s·m，最小僅為0.0018L/s·m，富水性自弱到強(qiáng)，差距較大；滲透系數(shù)存在同樣特征，最小為0.0007m/d，最大為2.1293m/d。

根據(jù)勘探資料在垂向上奧陶系灰?guī)r含水層出水位置有較大區(qū)別，根據(jù)奧灰鉆孔統(tǒng)計(jì)資料，各孔出水深度及鉆液流失量位置各不相同，多數(shù)鉆孔奧灰頂界面下20m～50m這一段漏失量較大，說(shuō)明奧灰?guī)r溶較為發(fā)育，垂向上奧灰頂面50m范圍內(nèi)為強(qiáng)富水段，這也與桌子山煤田內(nèi)各礦井井下出水點(diǎn)實(shí)際情況相符。

（3）構(gòu)造控水因素分析

圖1 桌子山煤田構(gòu)造分布、奧灰地下水流向及隔水層厚度變化圖

碳酸鹽巖產(chǎn)生巖溶作用，除與可溶巖巖性有關(guān)外，還與構(gòu)造作用有關(guān)。一方面，構(gòu)造不僅影響巖溶發(fā)育程度，而且影響巖溶發(fā)育空間和延伸方向。桌子山煤田主體構(gòu)造為桌子山背斜，兩側(cè)為桌子山東麓大斷裂、崗德?tīng)枴鱽?lái)峰大斷裂及崗德?tīng)柋承?，主要?gòu)造線方向近南北向，以壓扭性構(gòu)造為主。次一級(jí)構(gòu)造線則呈東西向展布，以張性構(gòu)造為主，近東西走向的右旋平移斷層對(duì)南北向逆斷層進(jìn)行切割，如千里溝平移斷層、正誼關(guān)（巴音陶亥）平移斷層等?？傮w來(lái)講桌子山煤田構(gòu)造控水規(guī)律明顯，南北向的大型逆斷層控制含水層邊界條件、徑流條件，東西向正斷層多形成賦水構(gòu)造，形成地下水強(qiáng)徑流帶和富水帶，成為巖溶地下水的良好賦存場(chǎng)所，如區(qū)內(nèi)所有奧灰取水點(diǎn)均分布在向斜核部及東西向正斷層構(gòu)造帶內(nèi)。

構(gòu)造另一方面還控制地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件。桌子山大面積裸露的碳酸鹽區(qū)，為該區(qū)地下水的主要補(bǔ)給區(qū)，補(bǔ)給源以大氣降水入滲和季節(jié)性地表洪水滲漏補(bǔ)給為主。桌子山巖溶水在向卡布其向斜徑流至崗德?tīng)柹角?，由于受崗德?tīng)柹綎|緣斷裂的阻擋，在自然地下水頭壓力作用下，沿構(gòu)造線方向作近南北向徑流，順黑龍貴斷裂帶和西來(lái)峰斷裂帶由北向南徑流（徑流區(qū)）進(jìn)入棋盤(pán)井地區(qū)，由于南部近東西向的正誼關(guān)右旋平移斷層隔水邊界等原因，地下水向西南方向公烏素、拉僧廟徑流排泄（稱為拉僧廟巖溶子系統(tǒng)）。所以，從地形和水文網(wǎng)分布上看，桌子山東部沿著順黑龍貴斷裂帶和西來(lái)峰斷裂帶為徑流帶，根據(jù)水文地質(zhì)補(bǔ)勘漏水情況，巖溶較為發(fā)育；桌子山西部為相對(duì)滯留區(qū)，巖溶相對(duì)不發(fā)育。（圖1）

圖2 駱駝山及棋盤(pán)井奧灰地下水位變化曲線圖

3.奧灰?guī)r溶水水位動(dòng)態(tài)變化特征

據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查資料顯示，目前區(qū)域上奧陶系灰?guī)r含水層水位也呈下降趨勢(shì)。拉僧廟巖溶子系統(tǒng)匯水面積2，177k㎡，裸露區(qū)面積183k㎡，埋藏區(qū)面積1，817k㎡。奧陶系降水入滲系數(shù)按0.13考慮，年補(bǔ)給量為3.70×106m3/a，日均補(bǔ)給量為1.04×104m3/d，即便將三分之一的埋藏淺埋區(qū)算作裸露區(qū)接受降雨補(bǔ)給，日均補(bǔ)給量為4.37×104m3/d。而區(qū)域內(nèi)的工業(yè)用水、生活用水均取自該含水層，據(jù)調(diào)查奧陶系灰?guī)r水日供水量約5.61×104m3/d。計(jì)算得出奧灰水采取量超過(guò)巖溶子系統(tǒng)補(bǔ)給量，區(qū)域水位呈單調(diào)下降趨勢(shì)（圖2），駱駝山礦區(qū)位于拉僧廟巖溶子系統(tǒng)補(bǔ)給區(qū)，2010～2012年間奧灰水位年平均降幅7.44m，棋盤(pán)井礦區(qū)位于拉僧廟巖溶子系統(tǒng)徑流區(qū)，奧灰水位年平均降幅達(dá)17.5m。

4.隔水層厚度變化規(guī)律及突水危險(xiǎn)性分析

（1）下組煤帶壓情況分析

根據(jù)勘探資料，整理編制了桌子山煤田下組煤底板帶壓相關(guān)參數(shù)表（表1）。奧陶系灰?guī)r水初始水位標(biāo)高在1，061.57～1，118.5m之間。16#煤底板標(biāo)高介于＋390.51m～＋1，015.8m之間，落差625.29m，16#煤底板承受奧陶系灰?guī)r水壓1.00MPa～7.20MPa。桌子山煤田東部16#煤底板受奧陶系灰?guī)r含水層水壓較小，從桌子山煤田東部到崗德?tīng)枴鱽?lái)峰逆斷層線間水壓呈增大趨勢(shì)，斷層西側(cè)公烏素礦區(qū)16#煤帶壓0 MPa～4.62MPa。

表1 桌子山煤田16#煤底板帶壓情況及突水系數(shù)計(jì)算表

圖3 桌子山煤田下組煤奧灰突水系數(shù)等直線圖

（2）隔水層厚度變化情況分析

崗德?tīng)枴鱽?lái)峰逆斷層以東16#煤距奧陶系灰?guī)r頂界面距離為26.95m～82.43m，平均39.04m，總體上煤層底板隔水層厚度穩(wěn)定，由東向西呈增厚趨勢(shì)。崗德?tīng)枴鱽?lái)峰逆斷層以西公烏素礦區(qū)隔水層厚度發(fā)育大于200m，煤層開(kāi)采受奧灰水威脅較小。

（3）下組煤開(kāi)采突水系數(shù)評(píng)價(jià)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算桌子山煤田16#煤底板奧陶系灰?guī)r水突水系數(shù)（表1）并繪制等值圖（圖3）。從表1及圖3可以看出崗德?tīng)枴鱽?lái)峰逆斷層以東突水系數(shù)介于0.04MPa/m～0.148MPa/m之間，在平面上由東向西呈增大趨勢(shì)。對(duì)照突水系數(shù)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，桌子山煤田16#煤底板奧陶系灰?guī)r水突水系數(shù)大部分區(qū)域大于0.06MPa/m，底板發(fā)生奧陶系灰?guī)r水突水威脅程度較高。出崗德?tīng)枴鱽?lái)峰逆斷層以西突水系數(shù)介于0 MPa～0.03MPa之間，隔水層厚度較大，煤層開(kāi)采基本不受奧灰水害威脅。

5.下組煤開(kāi)采受奧灰承壓水威脅程度

通過(guò)對(duì)桌子山煤田下組煤帶壓現(xiàn)狀、底板隔水層發(fā)育特征、底板突水威脅性的分析研究，對(duì)下組煤層受底板奧灰水威脅程度進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。桌子山煤田下組煤開(kāi)采受奧灰水威脅程度可為3個(gè)區(qū)，其中崗德?tīng)枴鱽?lái)峰逆斷層以西公烏素礦區(qū)，其煤層底板隔水層發(fā)育較厚，各煤層開(kāi)采基本不受奧灰水害威脅；苛烏素逆斷層以東阿爾巴斯逆斷層以西奧陶系和寒武系缺失，煤層開(kāi)采不涉及奧灰水問(wèn)題；平溝、駱駝山及棋盤(pán)井礦區(qū)隔水層厚度較薄受奧灰水害威脅程度較大，這三個(gè)礦區(qū)根據(jù)帶壓程度、隔水層厚度及底板的完整程度分析，各受奧灰水的威脅程度也各不相同（表2）。下組煤開(kāi)采帶壓程度以駱駝山礦區(qū)最高，其次是平溝和棋盤(pán)井礦區(qū)，駱駝山礦區(qū)受奧灰水威脅最嚴(yán)重；平溝和棋盤(pán)井礦區(qū)下組煤帶奧灰水壓相當(dāng)，平溝礦區(qū)16#煤底板厚度較薄但完整性較好，受奧灰水威脅較?。黄灞P(pán)井礦區(qū)雖隔水層厚度相對(duì)更大，但區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，且局部存在奧灰導(dǎo)升現(xiàn)象，下組煤受奧灰水威脅較大。

表2 桌子山煤田各礦區(qū)下組煤開(kāi)采受奧灰水威脅程度對(duì)比表

6.結(jié)論

通過(guò)對(duì)桌子山煤田奧灰水文地質(zhì)條件分析，得出該區(qū)奧灰?guī)r溶在平面及垂向上的發(fā)育均具有不均一性。平面上受構(gòu)造因素影響明顯，富水區(qū)域主要集中在向斜核部及東西向正斷層構(gòu)造帶內(nèi)，垂向上奧灰頂面50m范圍內(nèi)為主要富水段。在此基礎(chǔ)上對(duì)區(qū)內(nèi)各礦區(qū)下組煤層受底板奧灰水威脅程度進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，其中崗德?tīng)枴鱽?lái)峰逆斷層以西，煤層開(kāi)采基本不受奧灰水害威脅；苛烏素逆斷層以東阿爾巴斯逆斷層以西煤層開(kāi)采不涉及奧灰水問(wèn)題；平溝、駱駝山及棋盤(pán)井礦區(qū)隔水層厚度較薄受奧灰水害威脅程度較大。

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