刘志刚
白音华煤田地处内蒙古中东部,大兴安岭西坡南段之北侧。矿区系丘陵低山区,剥蚀堆积地形,冲洪积平原,标高976.10—1100.90m,相对高度124.80m,南西高东北低。煤田内是地势平缓的草原、沼泽地形,两者间的过渡带则是由剥蚀堆积和风蚀形成的缓波状丘陵。
在煤田东北和西南两侧发育有彦吉嘎、高力罕两条老年期季节性内陆河流。彦吉嘎河为本井田主要河流,自东北流向西南,在金星大队附近转向东北,呈蛇曲形蜿蜒于煤田东北部大面积沼泽地带内,在煤田内长达26km,水量不大,为季节性河流。高力罕河位于煤田西南部,自东南向西北横切煤田而过,在煤田内流长5km。河谷呈“U”字形,水深一般为1m左右,据内蒙古锡林郭勒盟行政公署水利局资料,平均流量0.63m3/s,年平均迳流量为0.1671亿 m3,总的流量变化是随降水量的大小而变化,春汛流量较大,最低侵蚀基准面标高1003m。丰水期流量100585m3/d
该地区属中温带干旱半干旱气候,基本特征为春季多风易干旱,夏季温热雨不匀,秋季凉爽霜雪早,冬长寒冷冰雪茫。据西乌珠穆沁旗气象局(1954年11 月)资料:多年极端最高气温37.4℃(1987年7月29日),最低气温-38.6℃(1964年2月4日)。1971年~2000年间年平均降水量345.9mm,年平均蒸发量1769.0mm。每年的6、7、8三个月为雨季,占全年降水量的68%。年最大降水量564.5mm(1998年),最小189.0mm(1988年)。
一、露天矿地层岩性
白音华煤田为全掩盖煤田。外围有石炭系浅变质岩和侏罗系大面积火山岩出露,其地层分区属天山兴安地层区—兴安分区—西乌旗小区。地层由老至新有:中生界侏罗纪上统兴安岭群,白垩系下统白音华群,新生界第三系上统,第四系下、中、上更新统,全新统。
(1)下白垩统白音华组(Klb):为一套河流、湖沼相沉积的含煤、含油碎屑岩系,不整合于兴安岭群(J3xh)之上。由粗—细—粗三套碎屑岩组成一个完整的沉积旋回。下部为深灰、褐、棕褐色粉砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩与深灰、灰、灰绿色泥岩互层。中下部以大套深灰、黑灰色泥岩为主体岩性,夹有浅灰、褐色泥岩和粉砂岩。中部为灰~深灰色粉砂岩、泥岩、细砂岩及灰白、浅灰色砂砾岩、粗砂岩,含煤层。泥岩页理发育,厚度变化大,巨厚煤层和粉砂岩互层,夹薄层中粗砂岩或泥岩,为区域重要含煤层位。中上部以灰白、灰、深灰色泥岩、粉砂岩为主,局部为灰色砂砾岩或粗砂岩,泥岩和粉砂岩中富含炭屑或夹煤线及炭质泥岩。上部以浅灰、灰白-灰绿色砂砾岩、中粗砂岩为主,夹细砂岩、粉砂岩和泥岩,局部中粗砂岩及细砂岩互层,砂砾岩成分复杂,胶结疏松,固结程度低。(2)第三系(N2):由杂色碎屑岩组成,灰色、棕红色砂砾岩、泥岩或粘土。(3)第四系(Q):广泛发育。更新统(Qp):下部为冲洪积砾石层,中部为灰色湖滨冲积砂砾层,上部为黄褐色古阶地冲积砂砾层。全新统(Qh):下部为褐黄色、灰色冲积、风积、残坡积砂土、砾石层组成,中部为风积沙,上部为褐色、灰色冲积、湖积砂砾、砂土、淤泥层。
二、露天矿构造
白音华煤田为大兴安岭南段西侧的山间断陷盆地,北东~北北东向长条状展布。白音华三号矿位于二连坳陷东端乌尼特断陷带的东北端——白音华断陷之内。井田位于断陷中部,其主体构造形态为一不完整的走向北40°东,倾角1~8°的宽缓向斜,中部为一同沉积隆起,与主体构造复合,使全井田的构造形态呈“马鞍”状,形成“两凹一隆”的构造格局,井田内构造简单,未发现断层。
三、露天矿水文地质条件
白音华煤田属白音华盆地水文地质单元的一部分,标高940~1388m,相对高度448m,煤田地貌特征为冲洪积平原的低缓丘陵。
区内有两条南北向河流,均发源于大兴安岭,属内陆水系。
高力罕河从一号露天矿西缘由东南向北西流过,长达5km,河谷呈U型,水深一般为2m,据锡林郭勒盟水利局资料,平均流量为0.63m3/s,年平均流量为0.1671亿m3。
彦吉嘎河以北东向穿越煤田,在四号露天矿东侧呈蛇曲形蜿蜒于沼泽中,长达26km,水深1m左右,洪水期流量7.0 m3/s,平均流量1.0 m3/s。地形低洼分布大小不等,季节性湖泊赛罕诺尔湖面积最大,可达0.16k㎡,一般为8000 k㎡,积水深度多为0.2~0.5m,赛罕诺尔湖水深1.5m,春季干涸。
河湖地表水水体发育地段沼泽发育,生长芦苇芨芨草等喜水植物,近年沼泽蜕变,地表沙化明显。
(一)含水层。(1)第四系孔隙潜水含水层。含水层分布于高力罕河,彦吉嘎河两河谷平原之间的广大冲洪积平原区,由上更新统冲洪积中细砂,含砾中砂组成,最大厚度39.80m,单位涌水量0.0279~0.187L/s·m,渗透系数0.564~2.727m/d,属弱~中等富水性含水层。(2)白音华组裂隙承压含水岩组。包括一、二、三煤组三个含水岩组,与煤层分布范围一致。富水性受裂隙发育程度控制,三个含水岩组富水性在区域内,1、2煤组含水岩组为中等,3煤组为弱—强。
(二)隔水层。第四系潜水含水层底部隔水层为中更新统湖积粘性土,第三系粘土及泥岩,1煤组顶部泥岩,厚度49.44m,1、
2、3号煤组含水岩组底板基本发育有稳定隔水层(局部地段缺失),岩性由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩组成,厚度分别为
58.89m、45.75m、33.34m。
(三)地下水补给、径流、排泄。本区属白音华盆地水文地质单元的一部分,前期人对该单元作了概略研究,而区域内水文地质条件比较复杂,按地下水赋存类型分别叙述如下:
潜水在自然状态下靠大气降水、河流、基岩裂隙水侧向补给,少量的水汽凝结水。潜水面上覆地表岩性一般为粉细砂,粉质粘土,粉土,厚度0.3.m~14.50m,多为3m。大气降水在不同地段渗入补给强度各异,直接入渗补给潜水,其余降水形成地表径流或湖泊。区内多年平均降水量345.90mm,集中在6、7、8三个月,5月份为解冻期,因此,潜水位在5月和8、9月出现两次不同程度的高峰。5月和8、9月份河水上涨,水位高于潜水位,丰水期河流补给潜水,枯水期潜水则向河流排泄。
潜水含水层多直接覆于基岩之上,彼此连通,故基岩裂隙水侧向补给潜水,水力坡度1-3‰,总体由南向北径流,通过河谷平原以地下径流形式向北排泄,另外,由潜水面蒸发,植物蒸腾及人工排泄(农牧业用水)等形式进行排泄。
白音华盆地上部普遍被第四系覆盖,第四系潜水底部为厚度49.66m粘性土、泥岩,故潜水很难垂直向下渗补给承压水。
盆地东西两侧均为基岩,岩性为上侏罗统凝灰岩、下二叠统砂岩及花岗岩,因此,承压含水层直接与基岩接触,彼此沟通,有利于基岩裂隙侧向补给承压水。盆地水力坡度为1.5-2.1‰;边缘含水层颗粒较粗,一般为砂岩、砂砾岩,径流条件好;愈往盆地中心,含水层愈细,径流条件愈差,以地下径流形式向北东排泄。
四、工程地质评价(以东端帮为例)
东帮边坡坡长约315m,深度约82m,坡角15.1°,岩性为第四系细砂层、第三系红粘土层及白垩系煤岩地层。①第四系细砂层全区普遍发育,埋藏深度5.00 m~33.60 m,平均厚度12.94m。②第三系红粘土普遍发育,埋藏深度4.30 m~36.50 m,平均厚度15.95m。③煤系地层全区分布,主要岩性为泥岩、砂岩、煤层。其中3-1、3-2、3-3煤层发育均匀,沿走向较平缓。其物理力学性质见表
第四系细砂:东端帮普遍发育,内摩擦角为30.5°,粘聚力平均为2.0KPa,边坡角为15.1°,地表如无大的荷载一般不易滑动。第三系红粘土:东端帮普遍发育,内摩擦角平均为
34.8°,凝聚力(变角剪)平均为140KPa。边坡角为15.1°,地表如无大的荷载一般不易滑动。但红粘土中蒙脱石含量较高,遇水软化产生塑性变形,抗剪强度大大降低,易产生滑动。白垩系含煤段:主要以煤、泥岩、砂岩为主,泥岩细腻、裂隙发育,易风化,是较弱岩层。砂岩大多为凝灰质胶结,松散易碎,煤层较硬,裂隙发育,含水。底板泥岩遇水软化。但矿坑垂直走向剥离,与边帮岩层近于垂直,无滑动倾角,一般不易滑动。
为由此可以看出,东端帮岩层较平缓,地下水渗透系数小,边坡设计合理,地表无负载,其稳定性较好。但第四系渗透系数较大,东端帮易出现第四系塌落。