牛永波 李娜

摘 要：依據(jù)新疆艾維爾溝礦區(qū)以往地質(zhì)勘查及煤礦開采成果資料，對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，闡述地下水對(duì)煤層開采的影響，分析礦井充水因素，對(duì)礦井開采及防治水害具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：艾維爾溝礦區(qū);水文地質(zhì);礦井充水;因素分析

中圖分類號(hào)：TD745;P641.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）28-00-03

Abstract： According to the Aiweiergou geological exploration and mining area ever coal mining results material， hydrogeological conditions in mining area was analyzed，and expounds the influence of ground water on coal bed mining， analyzes the mine water filling factors.

Keywords： Aiweiergou mining area;hydrogeology;mine water filling;factor analysis

新疆艾維爾溝礦區(qū)是新疆維吾爾自治區(qū)重要的煉焦煤生產(chǎn)基地，目前處于開采的后期階段，煤炭資源豐富，現(xiàn)每年有0.9 Mt以上生產(chǎn)量的1818井、1930礦井及2130礦井3對(duì)生產(chǎn)礦井，主要可采煤層5#、6#、7#、10#煤層。這些均屬主焦煤，煤質(zhì)優(yōu)良，為國內(nèi)外奇缺煤種。煤層埋藏深度適中，開采技術(shù)條件比較簡(jiǎn)單。近年來，隨著長(zhǎng)期對(duì)煤礦床的開采，礦井充水成為影響煤礦生產(chǎn)的突出問題。因此，研究礦區(qū)水文地質(zhì)條件具有重要意義[1]。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)位于烏魯木齊市以南的達(dá)坂城區(qū)（見圖1），東西長(zhǎng)約25 km，南北寬約3.6 km，面積約為89.82 km2。艾維爾溝礦區(qū)位于北天山優(yōu)地槽褶皺帶南部。該褶皺帶北與東北準(zhǔn)噶爾褶皺帶和西南準(zhǔn)噶爾坳陷接壤，南由博羅科努—阿其克庫都克超巖石斷裂為界，向西與準(zhǔn)噶爾阿拉套相連，向東進(jìn)入甘肅境內(nèi)，呈近東西向展布，是一個(gè)典型的華力西優(yōu)地槽褶皺帶。該褶皺帶在早古生代基礎(chǔ)上進(jìn)一步演化而來，具有多旋回發(fā)展史，歷經(jīng)7個(gè)構(gòu)造幕次。早期以華力西旋回為主旋回，開始于早泥盆，結(jié)束于早二疊世末，自二疊紀(jì)開始進(jìn)入中新生代構(gòu)造發(fā)展階段。受印支構(gòu)造、早燕山構(gòu)造、晚燕山構(gòu)造、早喜山構(gòu)造及晚喜山構(gòu)造控制，經(jīng)喜山運(yùn)動(dòng)奠定了現(xiàn)代北天山高山深谷盆地的構(gòu)造格局[2]。

礦區(qū)地層有志留系、泥盆系、石炭系和二疊系。這些地層組成了本區(qū)山間凹陷的基底，在此基礎(chǔ)上又沉積了三疊系、侏羅系和新生界的第三系、第四系。含煤地層為侏羅系中統(tǒng)西山窯組及下統(tǒng)八道灣組，含煤15層，其中主要可采煤層產(chǎn)于八道灣組，以焦煤為主，可作為煉焦用煤及配煤和動(dòng)力用煤。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

礦區(qū)地處天山山脈內(nèi)之山間盆地，屬深溝谷盆地，呈東西狹長(zhǎng)狀展布，南、北、西三面高山環(huán)繞，西高東低，最高海拔2 825 m，最低海拔2 050 m，最大相對(duì)高差達(dá)775 m。南北兩側(cè)以中高山脊為分水岒，最高達(dá)4 394.4 m，地形西高東低，高山區(qū)常年積雪，為礦區(qū)的主要補(bǔ)給水源。礦區(qū)兩側(cè)地形陡峭，降水時(shí)河水驟然增加，流域范圍之內(nèi)的大量降水迅速泄于河中，是礦區(qū)的另一補(bǔ)給水源。

2.1 水文地質(zhì)分區(qū)

礦區(qū)邊緣的中高山地帶，巖性為厚層狀石灰?guī)r，中部夾薄層狀黑色泥巖，局部地區(qū)為安山巖及閃長(zhǎng)玢巖。它的局部有泉出露，為一中等含水層。礦區(qū)內(nèi)河流、溝谷切割地表，構(gòu)成以艾維爾溝河為主的地表水系。礦區(qū)內(nèi)侏羅系八道灣組、三工河組含水層構(gòu)成承壓水斜地，富水性較弱。小范圍分布于溝谷中的第四系沖積層，構(gòu)成孔隙潛水系統(tǒng)[3]。

2.2 含水層

2.2.1 侏羅統(tǒng)系下統(tǒng)八道灣組含煤巖系含水層（J1b）。八道灣組為主要含煤段，含煤12層組，本次研究對(duì)象為10號(hào)煤。煤層本身透水性微弱，為隔水層，煤層直接頂?shù)装宥酁榇至Ｉ皫r、中粒砂巖。當(dāng)鉆孔鉆至10號(hào)煤層頂板時(shí)，沖洗液消耗量增大，說明頂板為一含水層。含水層產(chǎn)狀東緩西陡，傾角25°左右，為一單斜含水層，向南傾斜，地形西高東低，高差較大，坡度平均為35%～40%，各層水力坡度也與此相近。各層地下水的循環(huán)條件好，一般埋深小，多數(shù)承壓和自流。主要自流帶分布在東部一帶，各層間除了斷層有一定的溝通作用外，一般各層之間無水力聯(lián)系。各層的淺部（60～80 m）裂隙發(fā)育，局部為火燒區(qū)的燒變巖，故淺部（尤其是50 m以上）滲透性強(qiáng)，中深部裂隙不發(fā)育，滲透性較差，含水層深部（500 m以下）巖性完整，滲透性很差，滲透系數(shù)為0.002 2 m/d。

該含水層由中粒、細(xì)粒砂巖、粗粒砂巖及砂礫巖組成，總體上由東向西變粗，厚度為68.19～175.38 m，平均為149.73 m。局部裂隙帶較大，透水性能中等，據(jù)BJ9-2號(hào)抽水試驗(yàn)孔，單位涌水量為0.005 33 L/（s·m），滲透系數(shù)為0.004 473 m/d，水質(zhì)為HCO3·SO4—K+Na·Mg型，礦化度為0.658 g/L，為一極弱富水含水層。

2.2.2 第四系（Q）孔隙透水含水層。其主要由兩部分組成。

①第四系強(qiáng)含水層。第四系強(qiáng)含水層主要分布在河床及河流兩岸和支溝的溝谷內(nèi)，含水層主要為Q4的沖洪積層。主溝含水層一般厚度不超過10 m，由砂礫石、卵石及漂石組成。北側(cè)支溝含水層高水位為18 m左右，低水位不詳。南側(cè)支溝第四系極薄，不予考慮。滲透性能各處不一，主支溝及古河床差別很大。據(jù)回風(fēng)立井井筒檢查孔資料，第四系含水層單位涌水量為0.116 L/（s·m），滲透系數(shù)為0.73 m/d，淺井提水單位涌水量為0.222～3.333 L/（s·m），滲透系數(shù)為8.72～119.00 m/d，支溝水力坡度大，滲透性強(qiáng)。例如，光明溝水12號(hào)孔，單位涌水量為4.728 L/（s·m），滲透系數(shù)為54.9 m/d，水力坡度為0.13。焉耆溝T7探井提水單位涌水量為0.725 L/（s·m），滲透系數(shù)為32.12 m/d。古河床水量小，此含水層直接受河水補(bǔ)給，呈互補(bǔ)關(guān)系。此層水及河水是礦區(qū)開采的主要水患。

②第四系弱含水層。第四系弱含水層由全新統(tǒng)的坡積、坡洪積及中上更新世洪積、冰水沉積物組成，處于高臺(tái)地上，由砂土礫石組成，厚為10～42 m，泉水水量為0.08 L/s，一般不含水或弱含水。

2.3 隔水層

侏羅統(tǒng)系下統(tǒng)三工河組以深灰色粉砂巖為主，夾薄層狀砂質(zhì)泥巖或細(xì)粒砂巖，巖性單一穩(wěn)定。井檢孔揭露厚度為80.13 m，頂部有6.93 m的砂質(zhì)泥巖，其余均為粉砂巖。中上部具高角度裂隙，為一相對(duì)隔水層。

2.4 地下水補(bǔ)給、徑流及排泄條件

2.4.1 地下水的補(bǔ)給條件。地下水的補(bǔ)給來源主要來自兩個(gè)方面。一是地表艾維爾溝河流的滲漏補(bǔ)給，河水與煤礦的地下水發(fā)生了直接的水力聯(lián)系。由于地勢(shì)西高東低及單斜巖層北高南低造成深部的承壓水頭較大，反過來補(bǔ)給河水。河谷在不同的地段泄排地下水，地下水與地表水成為互補(bǔ)互泄的關(guān)系。第四系含水層亦如此，1930平硐9線處河水補(bǔ)給第四系，7線處第四系補(bǔ)給河水。河流在流經(jīng)礦區(qū)時(shí)產(chǎn)生滲漏補(bǔ)給，為地下水的主要補(bǔ)給來源。二是大氣降水的滲入補(bǔ)給。大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給很少，一方方面是由于礦區(qū)氣候干旱，年降水量少而集中，另一面是由于地表坡度大易轉(zhuǎn)為地表徑流，不易補(bǔ)給地下水。

2.4.2 地下水的徑流條件。由于含水層與隔水巖層交替互層，阻止了各含水層之間水力聯(lián)系，加之地層向深部漸趨平緩，裂隙發(fā)育程度逐漸降低，因此地表水體和降水對(duì)砂巖裂隙含水層補(bǔ)給作用微弱。在自然狀態(tài)下，各含水層之間不存在水力聯(lián)系。地下水的徑流條件較差，總體沿地層傾斜方向，承壓水沿巖層面或裂隙向深部排泄，隨著含水層埋深的增加，由強(qiáng)烈交替帶變?yōu)榫徛惶鎺?，最終變?yōu)榻惶嫱?。遇到河谷侵蝕區(qū)，地下水沿巖層走向，由河溝谷間分水嶺向谷地運(yùn)動(dòng)，以泉水或滲流形式補(bǔ)給河流。

2.4.3 地下水的排泄條件。地下水排泄途徑主要是人工排泄和向艾維爾溝河緩慢的排泄。人工排泄點(diǎn)是1930煤礦井下抽排。

3 礦井充水因素

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件、煤礦水文地質(zhì)條件及礦床在區(qū)內(nèi)的分布情況，初步查明了影響礦床充水的主要因素為地表水、基巖裂隙含水層、大氣降水、老窯及采空區(qū)積水。

3.1 地表水

艾維爾溝河自西向東縱貫整個(gè)礦區(qū)，是唯一常年流水的地表水體。該河是以工業(yè)用水、飲用及灌溉等為主要用途的多功能河流，發(fā)源于海拔3 520 m薄爾芒達(dá)依達(dá)板，經(jīng)礦區(qū)向東匯入阿拉溝。此段全長(zhǎng)70 km，坡降約41‰。煤礦西端距艾維爾溝河源頭20 km左右，其東又稱魚兒溝，為一羽狀水系，有19條支流，但常年性水流不多，其中在煤礦北側(cè)匯入干流的光明河、焉耆溝等水量較大。河流底質(zhì)多為卵石、砂礫石和亞砂土[4]。因此，艾維爾溝地表水是礦區(qū)礦床充水的主要來源。

3.2 基巖裂隙含水層

礦區(qū)內(nèi)賦煤地層為侏羅系八道灣組地層，巖性以粉砂巖、細(xì)粒砂巖和粗粒砂巖為主，局部夾炭質(zhì)泥巖、礫巖及煤層。如表1所示，通過BJ9-2號(hào)抽水孔的抽水試驗(yàn)，滲透系數(shù)為0.004 473 m/d，單位涌水量為0.005 33 L/（s·m），表明礦區(qū)賦煤地層的滲透性差，富水性弱。可見，礦區(qū)賦煤地層巖性不利于礦床充水[5]。

另外，位于八道灣地層以北下伏的三疊系地層和上部的三工河組、二疊系地層的巖性均以泥巖、粉砂巖等為主，巖性組合與上述八道灣組賦煤地層巖性組合相似，不利于地下水的形成，對(duì)礦區(qū)礦床充水作用意義不大。

3.3 大氣降水

侏羅系八道灣地層巖性為一套河流相的含煤碎屑沉積巖。礫巖、砂巖等裂隙發(fā)育，透水性較好。另外，本區(qū)地貌呈狹長(zhǎng)溝谷，地形坡度大，6—9月尤其是8月流域內(nèi)氣溫升高，高山融雪水增加，降雨集中，暴雨成洪。大氣降水是礦床充水的重要因素。

3.4 老窯及采空區(qū)積水

在礦區(qū)內(nèi)的廢窯，由于關(guān)停、廢棄時(shí)間較長(zhǎng)，采空區(qū)有一定數(shù)量的滲水積存。今后開采的各煤層地處礦床淺部，一旦與廢窯或采空區(qū)貫通，將會(huì)導(dǎo)致老窯或采空區(qū)積水直接灌入礦井，對(duì)礦床的充水構(gòu)成一定的危險(xiǎn)。

3.5 構(gòu)造

礦區(qū)主體為走向近東西、傾向南西的單斜構(gòu)造，由北西向南東逐漸變緩。此外，構(gòu)造較復(fù)雜，斷層發(fā)育，導(dǎo)致巖層破碎，裂隙發(fā)育。大氣降水和河水沿著層理面或構(gòu)造裂隙面直接灌入礦井。

4 結(jié)語

本文總結(jié)了礦區(qū)以往地質(zhì)勘查及煤礦開采成果資料，對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，并進(jìn)一步闡述了地下水對(duì)煤層開采的影響，分析了礦井充水因素，對(duì)礦井開采及防治水害具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查規(guī)范：GB/T12719—2001[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：MT/T1091—2008[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

[3]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦床水文地質(zhì)勘查工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：MT/T 1163—2011[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

[4]新疆煤田地質(zhì)局一五六煤田地質(zhì)勘探隊(duì).新疆烏魯木齊市艾維爾溝礦區(qū)1930平硐延深勘探報(bào)告[R].韓城：陜西省煤田地質(zhì)局一五六隊(duì)，2012.

[5]陜西省煤田地質(zhì)局一三一隊(duì).新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市艾維爾溝礦區(qū)1930煤礦勘探報(bào)告[R].韓城：陜西省煤田地質(zhì)局一三一隊(duì)，2012.

3792500338210