程振雨

(中國煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100039)

0 引言

鳥山礦井位于鶴崗礦區(qū)東北部，為益新煤礦深部的延伸礦井，開采深度在700～1 200m[1-2]，屬深部開采。作為鶴崗礦區(qū)深部煤炭資源勘探開發(fā)的優(yōu)先領(lǐng)域，鳥山井田內(nèi)以往煤田勘探中未布設(shè)過專門水文地質(zhì)孔，井檢孔也未進行抽水試驗；加之隨著周邊相鄰各礦開采水平的加深，鳥山礦井水文地質(zhì)條件日趨復(fù)雜[3-4]。目前對井田內(nèi)主要充水含水層石頭河子組、石頭廟子組埋藏條件、厚度變化、巖性組合、富水性、水流場特征以及上下含水層間的水力聯(lián)系認(rèn)識不清，這對鳥山礦井水文地質(zhì)條件分析、礦井涌水量計算及礦井突水危險性評價帶來諸多不確定因素，一定程度上阻礙了礦井安全生產(chǎn)及防治水工作部署。

為查明鳥山礦水文地質(zhì)特征，中煤地華盛水文地質(zhì)勘察有限公司2018年開展了鳥山礦井水文地質(zhì)補充勘探工作，結(jié)合以往在本礦西部邊界施工的水文孔資料及其地下水動態(tài)觀測數(shù)據(jù)，對水文地質(zhì)條件進行詳細(xì)論證，豐富了礦井基礎(chǔ)水文地質(zhì)依據(jù)及相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，對鳥山礦井安全生產(chǎn)及防治水工作部署等具有指導(dǎo)意義。

1 礦井地質(zhì)背景

鳥山礦井位于鶴崗盆地東部。鶴崗盆地大地構(gòu)造上位于中亞-興蒙構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域的交叉疊復(fù)部位，區(qū)域構(gòu)造上處在吉黑褶皺系大和鎮(zhèn)斷裂和牡丹江斷裂之間的佳木斯地塊西北部，屬中生代內(nèi)陸山間發(fā)育的近南北走向的斷陷盆地[5-8]。鳥山礦井總的構(gòu)造形態(tài)呈微幅平緩褶曲，中部背斜軸部斷裂構(gòu)造發(fā)育，斷層走向以NW、NNE為優(yōu)勢方位[5,8-9]；在燕山期受區(qū)域區(qū)域NW-SE向擠壓應(yīng)力作用形成NNE向逆斷層，在喜馬拉雅期早期受NE-SE向擠壓、NW-SE向引張，形成NW走向的中小型逆斷層。鳥山礦井基底為前古生界(Pt)，其上為中生界下白堊統(tǒng)鶴崗群石頭河子組(K1s)、石頭廟子組(K1st)和樺山群東山組(K1d)以及新生界第四系(Q)(圖1)。鳥山礦井主要含煤地層為下白堊統(tǒng)石頭河子組的中部含煤段(K1s2)，含20個煤層組。

圖1 鳥山礦井構(gòu)造位置及地層綜合柱狀圖

2 礦井水文地質(zhì)特征

2.1 井田主要含、隔水層

2.1.1 主要含水層

1)第四系砂礫石孔隙含水層。含水層巖性主要為粗砂、砂礫、礫石等，據(jù)以往區(qū)域勘探資料，滲透系數(shù)為4.36～18.85m/d，單位涌水量為0.1062～0.551L/(s·m)，礦化度162.2～473.5mg/L，水化學(xué)類型以HCO3─Ca·Mg、HCO3─Ca型為主。最新補充勘探施工揭露厚度4.05～7.1m，鉆進中未見井液明顯漏失段，地面調(diào)查民用淺井水頭深20～50m，取水層位為白堊系風(fēng)化裂隙水，說明礦區(qū)及周邊第四系一般為透水不含水層[10-12]。

2)下白堊統(tǒng)東山組火山碎屑巖裂隙含水層。主要巖性為安山質(zhì)火山角礫巖(含集塊巖)、角礫凝灰?guī)r。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，該組裂隙含水層裂隙分布不均一，巖石富水性非均質(zhì)性強，富水性弱—中等。該含水層呈面狀分布，含水介質(zhì)以風(fēng)化裂隙為主，在斷裂兩側(cè)，則以構(gòu)造裂隙為主[13-15]。據(jù)北部興安礦抽水實驗資料，該層單位涌水量0.149 3～0.478L/(s·m)，滲透系數(shù)0.043 2～0.187m/d，水位標(biāo)高244.99～262.75m，富水性中等，礦化度356.62～384.03mg/L，水化學(xué)類型為HCO3─Na、HCO3─Ca·Na。

3)下白堊統(tǒng)石頭廟子組礫巖裂隙含水層。巖性主要為礫巖，局部夾有少量粗砂巖和細(xì)砂巖，礫徑在3～15cm，磨圓較好，偶見棱角明顯的礫石和圓度極好的礫石。最新補充勘探施工揭露該組厚度504.4～755.9m(圖2)，局部受斷裂構(gòu)造影響，巖石破碎，裂隙發(fā)育。據(jù)最新補充勘探抽水試驗成果，該含水層單位涌水量0.150 6～1.059L/(s·m)，富水性中等─強；該含水層礦化度為257.61～483.74mg/L，水化學(xué)類型主要為HCO3─Ca、HCO3─Na·Ca、HCO3─Ca·Mg·Ca型，水位標(biāo)高+150.07～+253.73m(表1)。據(jù)最新地面物探勘探成果，該礫巖含水層相對富水異常區(qū)呈南北條狀狀分布，相對富水異常區(qū)大部分位于F15、F34、F115等斷裂構(gòu)造破碎帶附近，異常區(qū)分布相對集中(圖2)。

表1 鳥山礦井及相鄰益新礦石頭廟子組礫巖含水層抽水試驗成果數(shù)據(jù)

4)下白堊統(tǒng)石頭河子組砂巖裂隙含水層。巖性主要為灰白色中厚層狀細(xì)—粗砂巖、局部含礫，與粉砂巖、泥巖隔水層互層，含水層單層厚度一般幾米至幾十米。巖石多呈致密塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育程度低，鉆進過程中鉆井液無明顯漏失。根據(jù)最新補充勘探抽水試驗成果，該含水層單位涌水量0.000 91～0.003L/(s·m)，滲透系數(shù)0.000 43～0.000 91m/d，水位標(biāo)高+64.78～+119.42m，礦化度為255.29～327.63mg/L，水化學(xué)類型為HCO3─Na·Ca、HCO3─Na型?，F(xiàn)鳥山礦處于開采初期，石頭河子組砂巖裂隙水多以井下淋水、滴水的形式出現(xiàn)；據(jù)建井期間井下觀測記錄數(shù)據(jù)，正常涌水量為174.00m3/h、最大涌水221.80m3/h。根據(jù)最新地面物探探測，該含水層富水異常區(qū)主要集中在井田中部，從南向北呈條帶狀分布，在斷層交切處及斷層面產(chǎn)狀變化處富水性相對較強(圖2)。

5)基底花崗片麻巖含水層?；谆◢徠閹r為煤系基底， 巖性致密，一般節(jié)理裂隙不發(fā)育，連通性差，在局部斷裂構(gòu)造帶及其附近，微裂隙發(fā)育。據(jù)鳥山礦周邊礦井以往水文地質(zhì)資料，該含水層一般富水性弱，局部斷裂破碎帶處富水性增強。在鳥山礦井北部群英山區(qū)，該含水層水位標(biāo)高為332.87m，單位涌水量為0.009 1L/(s·m)，滲透系數(shù)0.005 8 m/d，富水性弱，水化學(xué)類型以HCO3─Ca·Na為主。

2.1.2 主要隔水層

根據(jù)鉆孔揭露巖性組合及隔水特征，鳥山礦井內(nèi)隔水層主要有東山組底部粉砂巖、石頭河子組上部泥巖及粉砂巖、石頭河子組煤層間泥頁巖及粉砂巖、石頭河子組下部泥頁巖及粉砂巖段。通過綜合運用FLAC3D數(shù)值模擬及經(jīng)驗公式計算確定導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度(圖3)。

圖3 鳥山礦井內(nèi)含(隔)水層垂向相對位置示意

1)東山組底部粉砂巖相對隔水層。據(jù)最新補充勘探鉆孔揭露，東山組底部巖性以粉砂巖為主，粉砂的成分主要是石英和長石，常見石英、方解石等膠結(jié)，巖石整體致密，透水性較弱，阻止上、下兩含水層的水力聯(lián)系；但分布不穩(wěn)定，平均厚度約45m，可視為相對隔水層。

2)石頭河子組上部泥巖、粉砂巖相對隔水層。石頭河子組上部巖性為泥巖、粉砂巖夾砂巖、礫巖，巖性多呈致密塊狀，節(jié)理裂隙不太發(fā)育，一般不含水或富水性極弱。因此，該泥巖、粉砂巖段對于上部南嶺礫巖裂隙水具有很好的阻隔作用，可視為相對隔水層。但這里值得一提的是在斷裂構(gòu)造發(fā)育區(qū)帶及其附近，由于微裂隙發(fā)育，富水性增強，且由于導(dǎo)水裂隙帶的影響，部分區(qū)域被破壞，隔水性能變?nèi)?；可成為煤層開采的直接充水含水層，也可能是礫巖含水層進入礦井的充水通道。

3)石頭河子組煤層間泥頁巖、粉砂巖相對隔水層。各煤層組頂?shù)装逡话銥楹窦s2m以上的泥巖或粉—細(xì)砂巖，與局部不可采煤層組成軟硬相間巖組合，為鳥山礦井相對隔水層；但煤層開采后形成頂板導(dǎo)水裂隙帶會使該組隔水層被破壞，同樣這種軟硬相間的巖石組合，由于溫度、地下水的影響，往往會在巖性分界面產(chǎn)生層控裂隙，久而久之發(fā)展成局部破碎帶，隔水性能變?nèi)趸蚱茐摹?/p>

4)石頭河子組下部泥頁巖、粉砂巖相對隔水層。根據(jù)以往區(qū)域地質(zhì)資料，石頭河子組下部煤層與基底間有厚而穩(wěn)定的區(qū)域隔水巖組。據(jù)鳥山礦井相鄰益新礦資料，該層主要為中砂巖及含礫砂巖組成，夾薄層粉砂巖，凝灰質(zhì)砂巖，炭質(zhì)頁巖，含有5個斷續(xù)分布的煤層，一般均不可采，底部含石英礫巖；其間相對隔水層主要為致密的粉細(xì)砂巖，間夾薄層泥巖，滲透性差，隔水性較好。

2.2 地下水流場特征

鳥山礦井內(nèi)只有下白堊統(tǒng)石頭廟子組礫巖裂隙含水層分布相對穩(wěn)定且連續(xù)，具有統(tǒng)一的地下水流場。

天然狀態(tài)下，鳥山礦井石頭廟子組礫巖裂隙水流場受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造控制，自西北向東南由高向低沿地層產(chǎn)狀順層徑流。由于鳥山礦四周邊界皆為人為邊界，沒有獨立意義的水文地質(zhì)邊界，受益新礦四水平南一石門為中心降落漏斗持續(xù)疏放水影響(圖4)，石頭廟子組礫巖裂隙水流場形成了中西部地下水勢由西向東逐漸降低，到井田中部受益新礦疏放水的影響逐步減小，水位變幅減小，基本穩(wěn)定在200m以上；再往東水位標(biāo)高呈現(xiàn)為由西向東逐漸降低的趨勢，水位由200m逐步下降到100m左右，反映了天然狀態(tài)下的流場特征(圖4)?？傮w來看，鳥山礦井石頭廟子組礫巖裂隙水動力場為人工-天然型。

圖4 鳥山礦石頭廟子組礫巖裂隙水流場

2.3 地下水補給、徑流、排泄條件

1)第四系砂礫石孔隙含水層。廣泛分布，厚度薄，隨地形起伏變化大，多為透水不含水層，僅局部低洼地帶賦存第四系孔隙水。受地形地貌控制，第四系地下水在接受大氣降水直接入滲補給后自西向東、自高向低徑流，徑流過程中部分下滲補給下伏東山組火山碎屑巖裂隙含水層，部分側(cè)向徑流排出礦區(qū)外。

2)下白堊統(tǒng)東山組火山碎屑巖裂隙含水層。主要接受大氣降水間接入滲補給和第四系孔隙水滲漏補給。地下水在接受補給后自西北向東南順地層傾向徑流，在徑流過程中通過導(dǎo)水?dāng)鄬右约安糠謹(jǐn)鄬拥膶?，補給下伏的白堊系石頭廟子組砂礫巖裂隙含水層，或側(cè)向徑流排出礦區(qū)外。

3)下白堊統(tǒng)石頭廟子組礫巖裂隙含水層。主要接受上覆第四系孔隙水的滲漏補給，其次為導(dǎo)水?dāng)鄬雍蛿鄬訉犹幗邮軚|山組火山碎屑巖裂隙水補給或區(qū)外同層側(cè)向補給。天然狀態(tài)下，地下水在接受補給后，自西北向東南順地層傾向徑流排出礦區(qū)外；此外，礦井生產(chǎn)排水也是其主要排泄途徑。

4)下白堊統(tǒng)石頭河子組砂巖裂隙含水層。含水層補給途徑有二：其一是從鶴崗礦區(qū)西部裸露區(qū)接受大氣降水補給后側(cè)向徑流流入井田；二是接受上覆含水層的越流補給或?qū)當(dāng)鄬印鄬訉硬课坏臐B漏補給。由于石頭河子組裂隙含水層與隔水層呈疊置關(guān)系，巖石節(jié)理裂隙不發(fā)育、連通性差、補給條件差，地下水徑流滯緩。天然狀態(tài)下，地下水在接受補給后，自西北向東南徑流排出礦區(qū)外。

3 結(jié)論

1)下白堊統(tǒng)石頭廟子組礫巖裂隙含水層巖性主要為礫巖，單位涌水量0.150 6～1.059L/(s·m)，富水性中等─強，水位標(biāo)高+150.07～+253.73m；相對富水異常區(qū)呈南北條狀狀分布，相對富水異常區(qū)大部分位于F15、F34、F115等斷裂構(gòu)造破碎帶附近。在局部斷層對接部位與上部東山組火山碎屑巖裂隙含水層有水力聯(lián)系，區(qū)內(nèi)接受第四系孔隙水補給或東山組火山碎屑巖裂隙水補給或區(qū)外同層側(cè)向補給，自西北向東南順層徑流排出礦區(qū)。

2)下白堊統(tǒng)石頭河子組砂巖裂隙含水層巖性為灰白色中厚層狀細(xì)—粗砂巖，單位涌水量0.000 91～0.003L/(s·m)，富水性弱，水位標(biāo)高+64.78～+119.42m。在斷裂對接部位，與石頭廟子組礫巖含水層之間存在水力聯(lián)系，無構(gòu)造影響時水力聯(lián)系弱；接受上覆越流補給或同層側(cè)向徑流補給后，自西北向東南徑流排出礦區(qū)。

3)東山組底部存在一層分布不穩(wěn)定的致密粉砂巖隔水層，透水性較弱，隔水能力弱。石頭河子組上部泥巖、粉砂巖多呈致密塊狀，節(jié)理裂隙不發(fā)育，隔水性能較好；各煤層組頂?shù)装搴窦s2m以上的泥巖或粉—細(xì)砂巖，與局部不可采煤層組成軟硬相間的巖石組合，為相對隔水層；但煤層開采后形成頂板導(dǎo)水裂隙帶會使該組隔水層被破壞。

4)第四系地下水以及東山組火山碎屑巖裂隙水?dāng)嗬m(xù)分布，無統(tǒng)一的地下水流場，下白堊統(tǒng)石頭河子組裂隙水含(隔)水層相間疊置、連通性差，地下水徑流滯緩，地下水位在不同區(qū)段不同層位差異大，無統(tǒng)一流場。石頭廟子組礫巖裂隙水動力場為為人工-天然型，受相鄰益新礦井疏放水影響，形成了礦井西部及中部地下水勢由東向西逐漸降低，再往東呈現(xiàn)天然狀態(tài)下自西北向東南順層徑流的流場特征。