楊小剛

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司,陜西 西安 710054)

霍州礦區(qū)奧灰含水層水文地質(zhì)條件特征分析研究

楊小剛

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司,陜西 西安 710054)

為了解決霍州礦區(qū)受奧灰突水威脅的煤炭?jī)?chǔ)量所占比重達(dá)高,且礦區(qū)內(nèi)礦井開拓、掘進(jìn)和開采過程常發(fā)生100 m3/h以上的奧灰突水事故的問題,對(duì)奧灰含水層水文地質(zhì)條件進(jìn)行了分析研究。研究結(jié)果表明:霍州礦區(qū)奧灰含水層補(bǔ)給充沛,徑流條件較好,富水性弱到極強(qiáng),且具有明顯的塊段差異性。根據(jù)奧灰富水性的特點(diǎn),提出了分塊段因地制宜的實(shí)施防治水技術(shù)方法,保證了礦井安全帶壓的開采。

奧灰;含水層;特征

霍州礦區(qū)位于山西省臨汾市霍州—洪洞附近,礦區(qū)內(nèi)煤層屬于華北型沉積煤層[1],主要可采煤層為二疊系山西組2#煤(上組煤)和石炭系太原組9#、10#、11#煤(下組煤)。礦區(qū)內(nèi)共分布有礦井12座,其中3座礦井因資源枯竭、奧灰含水層突水淹井等原因已經(jīng)停產(chǎn)關(guān)閉,1座資源整合重組礦井暫停建設(shè),其余8座礦井均為生產(chǎn)礦井。

礦區(qū)內(nèi)斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育,煤層開采的水文地質(zhì)條件復(fù)雜。近年來,隨著區(qū)內(nèi)部分礦井煤層開采進(jìn)入帶壓區(qū)域,部分礦井進(jìn)入下組煤開采階段,煤層開采受奧灰水威脅嚴(yán)重[2],曾多次發(fā)生奧灰水通過導(dǎo)水?dāng)鄬?、陷落柱突入礦井,造成淹井、淹面事故[3-4]。因此開展奧灰含水層水文地質(zhì)條件特征分析研究對(duì)指導(dǎo)礦井安全帶壓開采具有重大意義。

1 奧灰的補(bǔ)、徑、排條件

霍州礦區(qū)奧灰含水層屬于郭莊泉域水文地質(zhì)塊段,其東部以汾介斷層、霍山斷層為界,構(gòu)成阻水邊界;南部以山頭地壘、青山峁背斜和萬安斷層為界,是龍子祠泉域與郭莊泉域的分界,構(gòu)成相對(duì)阻水和局部透水邊界;西部以紫荊山斷層、呂梁山奧灰分水嶺為界,構(gòu)成阻水邊界;北部以呂梁南饅山、將軍山震旦系古老巖系出露區(qū)為界,構(gòu)成阻水邊界,見圖1。

圖1 郭莊泉域示意圖Fig.1 Guo Zhuangquan area domain diagran

郭莊泉域在西部、北部邊界均有大面積奧灰地層出露,以接受大氣降水入滲補(bǔ)給為主,其次是地表水滲漏補(bǔ)給。由于構(gòu)造條件復(fù)雜,因斷層切割多呈斷塊,致使區(qū)內(nèi)地下水的運(yùn)動(dòng)條件復(fù)雜化,受構(gòu)造、巖性及地形條件制約較為明顯。區(qū)內(nèi)奧灰水流運(yùn)動(dòng)方向總體上由北向南,由東、西兩側(cè)向汾河河谷方向逕流、匯集,由礦區(qū)中部汾河河谷的出露泉排泄,泉口標(biāo)高+515 m～+521 m,見圖2。

圖2 奧灰水運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.2 Motion diagram of Ordovician Limestone

2 奧灰的流場(chǎng)分布特征

在區(qū)域巖溶含水層水位不斷下降的背景下,因區(qū)內(nèi)生產(chǎn)礦井奧灰突水、大量水源井抽放奧灰含水層、部分礦井大面積疏干太灰,間接疏放奧灰等原因,導(dǎo)致霍州礦區(qū)內(nèi)奧灰含水層自然流場(chǎng)發(fā)生改變,表現(xiàn)出多排泄點(diǎn)的流場(chǎng)特征(見圖3)。根據(jù)奧灰等水位線圖分析,礦區(qū)內(nèi)奧灰含水層主要的排泄點(diǎn)有:

1)以郭莊泉泉口—團(tuán)柏礦下組煤開采區(qū)為中心的排泄點(diǎn),奧灰水位降落漏斗中心水位標(biāo)高約為+485 m。

2)赤峪斷層以東,以豐峪礦、辛置礦下組煤開采區(qū)為中心的排泄點(diǎn),奧灰水位降落漏斗中心水位標(biāo)高約為+500 m。

3)什林?jǐn)鄬右员?以李雅莊2#煤開采區(qū)為中心的排泄點(diǎn),奧灰水位降落漏斗中心水位標(biāo)高約為+480 m。從李雅莊井田奧灰水位標(biāo)高可以看出,井田構(gòu)造裂隙發(fā)育,使奧灰水通過垂向?qū)ǖ肋M(jìn)入礦井。

圖3 奧灰等水位線圖Fig.3 Contour line diagram of Ordovician Limestone

3 奧灰的巖性特征

奧灰含水層至上而下分為峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組,與煤層開采相關(guān)的主要為奧陶系統(tǒng)中峰峰組,區(qū)內(nèi)鉆孔最大揭露厚度為70 m～150 m。峰峰組分上下兩段,上段巖性為深灰色、灰色純質(zhì)灰?guī)r,致密堅(jiān)硬,裂隙溶洞發(fā)育,局部有強(qiáng)烈的溶蝕現(xiàn)象,間夾有白云質(zhì)灰?guī)r及石膏層,為峰峰組的主要含水層段,富水性中等到強(qiáng);下段以泥灰?guī)r夾石膏層組成,為較好的隔水層。

4 奧灰的水化學(xué)特征

礦區(qū)內(nèi)奧灰含水層以什林?jǐn)鄬訛榻?表現(xiàn)出不同的水質(zhì)特征如表1所示。什林?jǐn)鄬右员眳^(qū)域奧灰水鉀、鈉離子含量高,濃度普遍在300 mg/L以上,礦化度為1 065.13 mg/L～3 968 mg/L,淺部(以什林礦為主)水質(zhì)類型為SO4-Ca·Mg、SO4-Ca和SO4-Na·Ca型,深部(以李雅莊礦為主)水質(zhì)類型為HCO3·SO4-Na和HCO3-Na型,從水質(zhì)類型上來看,什林-李雅莊塊段奧灰含水層表現(xiàn)出封閉獨(dú)立的水化學(xué)環(huán)境特征;什林?jǐn)鄬右阅蠀^(qū)域奧灰水鈣、鎂離子含量高,礦化度相對(duì)較低,水質(zhì)類型為SO4·HCO3-Ca·Mg型或與之相近的水型。從水質(zhì)類型上來看,奧灰含水層表現(xiàn)出相對(duì)較好的徑流、補(bǔ)給環(huán)境特征[5-6]。

表1 奧灰水化學(xué)特征一覽表

5 奧灰的富水特征

奧灰含水層上馬家溝組及下馬家溝組富水性強(qiáng),峰峰組富水性相對(duì)較弱,但極不均一。含水層的富水程度與所處巖溶水系統(tǒng)的位置、構(gòu)造部位、埋藏條件及巖溶裂隙發(fā)育程度密切相關(guān)。巖溶水的分布與富集在平面上和垂向上有明顯差異。

平面上,在奧灰水的補(bǔ)給區(qū)和滯流區(qū),地形陡峭,垂直及斜度較大的裂隙發(fā)育,地下水逕流良好,降低了含水層蓄水能力,因此富水性相對(duì)較弱,如位于礦區(qū)東部和西部的回坡底、豐峪、辛置等礦;在巖

溶水逕流-排泄區(qū),地質(zhì)構(gòu)造及巖溶裂隙發(fā)育,地勢(shì)也較低,有利于巖溶水的補(bǔ)給、運(yùn)移和聚集,富水性強(qiáng)到極強(qiáng),單位涌水量一般為1 L/(s·m-1)～10 L/(s·m-1),具體范圍包括以郭莊泉為中心的礦井,如白龍、團(tuán)柏、干河、圣佛、南下莊、紫晟、興盛園等礦。此外位于什林?jǐn)鄬痈浇氖擦?、李雅莊礦處于相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)塊段,距離奧灰強(qiáng)徑流帶及排泄區(qū)有一定距離,其巖溶富水性與白龍、團(tuán)柏等礦存在顯著差異,總體富水性為中到強(qiáng),如表2所示。含水層巖溶裂隙發(fā)育程度和富水性具有隨地層埋深的增加而減弱的特征[7-8]。

表2 奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r富水性統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié)束語

霍州礦區(qū)奧灰含水層水文地質(zhì)邊界清楚,為一相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元,奧灰水補(bǔ)給充沛,徑流條件較好,排泄以礦井井下排水、水源井抽水為主。奧灰含水層富水性弱到極強(qiáng),在平面上隨補(bǔ)、徑、排條件的不同呈現(xiàn)富水不均一性,在垂向上富水性隨地層埋深的增加而減弱。

奧灰含水層水文地質(zhì)條件復(fù)雜,斷層、陷落柱等構(gòu)造發(fā)育,但富水性塊段差異化特點(diǎn)明顯,其特有的水文地質(zhì)條件有利于礦井進(jìn)行分區(qū)治理,因此在奧灰水治理過程中,對(duì)于富水性弱的地段可采取可控的局部疏降、采后及時(shí)恢復(fù)的措施,富水性強(qiáng)的地段采取超前改造的措施[9-10],可以保證礦井安全帶壓開采,又可達(dá)到保護(hù)地下水資源的目的。

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HydrogeologicalConditionCharacteristicsofOrdovicianAquiferinHuozhouMiningArea

YANGXiaogang

(Xi’anResearchInstitute,ChinaCoalTechnology&EngineeringGroup,Xi’an710054,China)

A high proportion of coal reserves is threatened by water inrush of Ordovician aquifer in Huozhou mine, with more than 100 m3/h Ordovician water bursting in the process of tunneling, driving and mining.To solve the water inrush, we studied the hydrogeological condition of the Ordovician aquifer in the area. The results show that Ordovician aquifer is characteristic of rich water supply and good runoff condition. In addition, water yield property varies from poorness to richness with significant block difference. For the different block sections, corresponding water control measures were proposed to guarantee the safe mining above aquifer.

Ordovician;aquifer;characteristics

1672-5050(2017)02-0028-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.008

2017-03-31

楊小剛(1978-),男,甘肅甘谷人,大學(xué)本科,工程師，從事煤田地質(zhì)和水文地質(zhì)方面的研究工作。

TD741

A

(編輯:薄小玲)