劉鵬程

摘 要：為了防止煤礦突水災(zāi)害的發(fā)生，通過對汾西礦區(qū)宜興井田區(qū)域水文地質(zhì)、礦井水文地質(zhì)條件的分析，及礦區(qū)地下水的補給、徑流和排泄條件的分析，為礦井建設(shè)與礦井水害的防治提供了可靠的依據(jù)。通過分析對該礦區(qū)的安全生產(chǎn)，加強礦山管理，礦山生產(chǎn)監(jiān)督及煤礦可持續(xù)發(fā)展有著重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：宜興井田；水文地質(zhì)；分析

引言：宜興井田位于霍西煤田北部、汾西礦區(qū)中部，行政區(qū)劃隸屬山西省呂梁地區(qū)孝義市和晉中地區(qū)介休市、靈石縣管轄。地形地貌為剝蝕成因的低山丘陵。區(qū)內(nèi)交通便利，同蒲鐵路由曹村-宜興井田東側(cè)經(jīng)過，介休至陽泉曲鐵路支線橫貫井田北部。本區(qū)屬暖溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，夏季溫?zé)岢睗瘢竞涓稍?，具有降水集中、蒸發(fā)作用強、晝夜溫差大及四季分明等特點。年平均降水量547.9mm。本次研究根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)勘查，研究礦區(qū)水文地質(zhì)條件，為礦井建設(shè)與礦井水害的防治提供依據(jù)。

一、礦區(qū)地質(zhì)概述

宜興井田區(qū)屬華北型石炭二疊系含煤建造。據(jù)鉆探揭露地層由老至新依次為：下古生界奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2s）、峰峰組（O2f）；上古生界石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b），上統(tǒng)太原組（C3t）；二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、下石盒子組（P1x），上統(tǒng)上石盒子組（P2s）、石千峰組（P2sh）；新生界第三系上新統(tǒng)（N2）、第四系中下更新統(tǒng)（Q2+1）、上更新統(tǒng)（Q3）和全新統(tǒng)（Q4）。井田內(nèi)僅出露有上石盒子組及其以新地層。

二、礦井水文地質(zhì)條件分析

（一）礦區(qū)水文地質(zhì)條件。據(jù)本次勘查的水文地質(zhì)調(diào)查和水文地質(zhì)測繪資料、簡易水文地質(zhì)觀測資料、抽（注）水試驗成果資料和水化學(xué)分析資料等，依據(jù)地下水含水介質(zhì)、空隙類型、富水性等，本次勘查所揭露地層中的主要含水層和隔水層可分為：

（1）第四系、第三系松散巖類孔隙潛水含水巖組。第四系松散巖類孔隙地下水主要分布在宜興-曹村井田北部宜興區(qū)的東河溝（師家河底溝）、柱濮溝和南部曹村區(qū)的三交河谷、曹村溝等較大的溝（河）谷中，其次是北部羊道溝、南峪溝和南部龍活溝、麻圪灘溝等支流溝谷。丘陵區(qū)孔隙地下水主要分布在北部宜興區(qū)東鋪頭、西鋪頭、教場原以北的黃土塬、梁地區(qū)，南部曹村區(qū)的原頭、新建原等塬、梁地區(qū)有零星分布。第三系松散巖類孔隙地下水主要由第三系上新統(tǒng)（N2）紅色粘土、砂質(zhì)粘土夾鈣質(zhì)結(jié)核及半膠結(jié)的砂礫石層組成。含水層廣布宜興-曹村井田區(qū)，以鈣質(zhì)結(jié)核層及砂礫石層為主，厚度3～8m不等，多見泥、砂、礫混雜，礫石直徑大小不一，一般1～10cm，最大30cm以上，成分復(fù)雜，磨圓度及分選性較差，反映了快速沉積的特征。從膠結(jié)情況看，為鈣質(zhì)半膠結(jié)，結(jié)構(gòu)一般較疏松，孔隙較發(fā)育，賦存孔隙潛水—微承壓水。

（2）二疊系碎屑巖類裂隙承壓水含水巖組。廣布宜興—曹村井田區(qū)內(nèi)。在溝谷地段P2sh及P2s地層局部出露，由北向南露頭面積增大，其它大部地段被新生界黃土所覆蓋。由上統(tǒng)石千峰組、上石盒子組、下統(tǒng)下石盒子組及山西組一套砂巖與泥質(zhì)巖相互疊置的碎屑巖類所組成，地層走向NW，傾向NE，傾角一般小于10°。含水層主要為細粒、中粒及粗粒砂巖，其中以K8、K10、K12、K13、K14中粒砂巖為主，次為粗粒砂巖。相對于上組煤開采而言，2#煤頂板砂巖至K8砂巖含水層水是上組煤開采的直接充水水源。

（3）石炭系碎屑巖及碳酸鹽巖類巖溶裂隙承壓水含水巖

組。據(jù)本次勘查資料，井田范圍內(nèi)太灰地層沒有出露，皆隱伏在其上覆二疊系地層之下。其中靈北礦埋藏較淺為209.05～

429.80m，宜興礦和曙光礦埋深分別為350～531.05m和380～597.60m，新峪礦受向斜構(gòu)造影響埋藏較深，由西北至東南向斜軸部一帶，其頂界埋深為452.50～667.30m?？傮w而言，由南向北太灰頂界埋深由淺至深，屬深埋型。

（4）奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙承壓水含水巖組。中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層是井田主要含水結(jié)構(gòu)體，也是下組煤開采的間接充水水源。在地應(yīng)力集中、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的地段，由于采掘形成人工采動裂隙，使得原有構(gòu)造裂隙進一步加寬、擴大，從而增加了裂隙的導(dǎo)水性，有可能對礦井生產(chǎn)造成一定影響。宜興-曹村井田內(nèi)，該類巖層埋藏較深，屬埋藏區(qū)。由于巖溶裂隙發(fā)育程度、含水層厚度等水文地質(zhì)條件的不同，中奧陶統(tǒng)峰峰組（O2f）和上馬家溝組（O2s）含水層的富水程度有著明顯差異。

（5）隔水層。二疊系、石炭系中較厚且穩(wěn)定的泥質(zhì)巖和裂隙不發(fā)育的薄層細粒砂巖或石灰?guī)r，以及峰峰組一段厚層狀的硬石膏及含石膏泥灰?guī)r等，在各含水層間分別起隔水作用，構(gòu)成隔水層或相對隔水層。自上而下依次劃分為上組煤頂板隔水層、上組煤底板至下組煤頂板隔水層、下組煤底板至峰峰組頂界隔水層和峰峰組一段隔水層。

（二）礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造水文地質(zhì)條件。從地質(zhì)構(gòu)造條件分析，除褶皺構(gòu)造外，井田內(nèi)斷裂構(gòu)造并不發(fā)育，且多為落差<10m的小型斷層。從巖溶水的富集規(guī)律看，主要構(gòu)造帶或大型構(gòu)造影響帶，因斷層導(dǎo)水或裂隙的溝通，巖溶水易于富集。郭莊泉下游汾河兩岸各礦斷裂構(gòu)造及次生斷裂密集成帶，使得奧灰（O2f）含水層富水性強。與此相比，本井田構(gòu)造不很發(fā)育，明顯反映出奧灰（O2f）含水層富水性弱的特征。

由于井田所處巖溶水系統(tǒng)的位置、構(gòu)造條件及巖溶水補給條件的原因，從總體而言，曹村-宜興井田與鄰近巖溶水強徑流帶相比，奧灰（O2s）含水層的富水性有一定差異，即巖溶裂隙發(fā)育程度、徑流條件及富水性有所減弱。井田西部富水性較弱，東部富水性中等。井田內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，且奧灰上馬家溝組含水層富水性較強，在有構(gòu)造溝通的情況下，有可能使得下伏高承壓巖溶水進入礦井，從而對礦井安全生產(chǎn)造成不利影響。

（三）礦區(qū)地下水的補給、徑流與排泄條件。宜興-曹村井田位處侵蝕-構(gòu)造成因的低山丘陵地帶，除較為開闊的黃土塬、梁地區(qū)外，區(qū)內(nèi)大部溝谷發(fā)育，多被黃土覆蓋。松散巖類孔隙水的補給來源以大氣降水入滲為主，其次是溝谷地段地表水的間歇性滲漏補給，局部地段渠道下滲及灌溉回歸也是補給來源之一。補給量的大小除受地形條件控制外，還與巖性組合密切相關(guān)?？紫端膹搅鞣较蚴艿匦慰刂?，總體上與地形坡降及地表徑流方向基本一致，在地形切割劇烈及地形復(fù)雜的地段，其運動條件趨于復(fù)雜?？傮w而言，從上游向下游，從塬、梁向周邊谷地徑流、匯集。鑒于井田區(qū)內(nèi)新生界松散巖類不發(fā)育，受孔隙水賦存條件的限制，孔隙水的排泄方式以當(dāng)?shù)鼐用耔従?、擴泉或攔壩取水為主，以地下水徑流方式排泄極為有限。此外，地面蒸發(fā)及植被吸收也是主要排泄形式之一。

碎屑巖類裂隙水的補給來源、補給方式及其補給量的大小與地層出露條件、埋藏條件及構(gòu)造條件密切相關(guān)。井田區(qū)內(nèi)基巖局部出露，大部被黃土覆蓋。在基巖裸露地段，地表風(fēng)化裂隙及局部構(gòu)造裂隙較發(fā)育，可直接接受大氣降水入滲補給，其次尚可得到間歇性地表水的下滲補給。在黃土覆蓋區(qū)（即隱伏地段），因上覆有隔水層或弱透水層相隔，接受大氣降水入滲及地表水滲漏補給很微弱，主要接受上覆松散層（N2）地下水的下滲越流補給；局部地形條件有利地段，尚可接受鄰區(qū)含水層中地下水的側(cè)向徑流補給。裂隙水的運動條件非常復(fù)雜，主要受地形條件、巖性組合結(jié)構(gòu)及構(gòu)造條件所控制。從地形地貌條件看，井田區(qū)為低山丘陵地貌景觀，分布有黃土塬、梁、峁、溝壑等多種地形，溝谷及沖溝發(fā)育，地形切割劇烈，非常復(fù)雜?？傮w而言，裂隙水的流向受地形所控制，即沿地勢下跌方向以接近地面坡降的水力坡度水平徑流。裂隙水的排泄方式以側(cè)向徑流形式由北向南補給鄰區(qū)含水層中地下水為主。據(jù)地面調(diào)查，地表基巖風(fēng)化裂隙較發(fā)育，有利于接受大氣降水入滲及地表水的滲漏補給，因此賦存有較豐富的基巖裂隙水，井田區(qū)礦井排水、當(dāng)?shù)鼐用耔従∷菧\層裂隙水主要排泄方式之一。此外，區(qū)內(nèi)主要溝谷均有泉水出露，多以侵蝕下降泉的形式沿隔水層面向溝谷排泄，具有當(dāng)?shù)匮a給、當(dāng)?shù)嘏判沟奶卣鳌?/p>

碳酸鹽巖類巖溶裂隙水的補給來源主要以基巖裸露區(qū)大氣降水入滲補給為主，其次是汾河各支流河（溝）谷地表水的間歇性滲漏補給。徑流條件除受地貌、水系控制外，還在一定程度上受地質(zhì)構(gòu)造條件所控制。據(jù)區(qū)域巖溶水流場分析，巖溶水的總體運動方向與地表水的運動方向基本一致，即由北向南、由西北向東南、由東北向西南方向的汾河河谷方向徑流、匯集。在巖溶水補給區(qū)，地形陡峭，垂直及斜度相大的裂隙發(fā)育，地下水徑流條件良好，水力坡度較陡，由此降低了含水性能；過渡到徑流區(qū)，水力坡度變緩。井田南部的汾河斷層，可能由于局部阻水，對宜興-曹村井田巖溶裂隙地下水起一定的控制作用。經(jīng)分析認為，宜興-曹村井田區(qū)奧灰峰峰組和上馬家溝組巖溶裂隙水的徑流條件基本遵循了區(qū)域巖溶水流場整體運動規(guī)律，其大體上由西北向東南方向徑流。排泄主要以側(cè)向徑流方式由北向南即越過井田南邊界向靈石背斜（隆起）方向運移，補給汾西復(fù)向斜盆地南部奧灰含水層巖溶裂隙地下水；其次是由于局部構(gòu)造裂隙發(fā)育，可能溝通與礦井裂隙地下水之間的水力聯(lián)系，從而導(dǎo)致向礦井充水。此外，人工鑿井取水也是主要排泄方式。

三、結(jié)論

本次研究工作得出主要結(jié)論有：礦區(qū)水文地質(zhì)條件是獨立的水文地質(zhì)單元，礦井涌水量的變化基本不受年降水量及年內(nèi)降水量季節(jié)性變化的影響；煤層開采時遇到斷層破碎帶或由于采掘影響造成其頂、底板隔水層產(chǎn)生次生裂隙或?qū)ǖ?，以及由于采煤造成煤柱或巖層破壞產(chǎn)生地面塌陷等，尤其是當(dāng)工作面通過汾河河谷或季節(jié)性河流溝溪等富水部位時，便可造成底板或頂板突水或淋水現(xiàn)象。

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