霍州矿区奥灰含水层水文地质条件特征分析研究

杨小刚

(中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西 西安 710054)

霍州矿区奥灰含水层水文地质条件特征分析研究

杨小刚

(中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西 西安 710054)

为了解决霍州矿区受奥灰突水威胁的煤炭储量所占比重达高,且矿区内矿井开拓、掘进和开采过程常发生100 m3/h以上的奥灰突水事故的问题,对奥灰含水层水文地质条件进行了分析研究。研究结果表明:霍州矿区奥灰含水层补给充沛,径流条件较好,富水性弱到极强,且具有明显的块段差异性。根据奥灰富水性的特点,提出了分块段因地制宜的实施防治水技术方法,保证了矿井安全带压的开采。

奥灰;含水层;特征

霍州矿区位于山西省临汾市霍州—洪洞附近,矿区内煤层属于华北型沉积煤层[1],主要可采煤层为二叠系山西组2#煤(上组煤)和石炭系太原组9#、10#、11#煤(下组煤)。矿区内共分布有矿井12座,其中3座矿井因资源枯竭、奥灰含水层突水淹井等原因已经停产关闭,1座资源整合重组矿井暂停建设,其余8座矿井均为生产矿井。

矿区内断层、陷落柱等地质构造发育,煤层开采的水文地质条件复杂。近年来,随着区内部分矿井煤层开采进入带压区域,部分矿井进入下组煤开采阶段,煤层开采受奥灰水威胁严重[2],曾多次发生奥灰水通过导水断层、陷落柱突入矿井,造成淹井、淹面事故[3-4]。因此开展奥灰含水层水文地质条件特征分析研究对指导矿井安全带压开采具有重大意义。

1 奥灰的补、径、排条件

霍州矿区奥灰含水层属于郭庄泉域水文地质块段,其东部以汾介断层、霍山断层为界,构成阻水边界;南部以山头地垒、青山峁背斜和万安断层为界,是龙子祠泉域与郭庄泉域的分界,构成相对阻水和局部透水边界;西部以紫荆山断层、吕梁山奥灰分水岭为界,构成阻水边界;北部以吕梁南馒山、将军山震旦系古老岩系出露区为界,构成阻水边界,见图1。

图1 郭庄泉域示意图Fig.1 Guo Zhuangquan area domain diagran

郭庄泉域在西部、北部边界均有大面积奥灰地层出露,以接受大气降水入渗补给为主,其次是地表水渗漏补给。由于构造条件复杂,因断层切割多呈断块,致使区内地下水的运动条件复杂化,受构造、岩性及地形条件制约较为明显。区内奥灰水流运动方向总体上由北向南,由东、西两侧向汾河河谷方向迳流、汇集,由矿区中部汾河河谷的出露泉排泄,泉口标高+515 m～+521 m,见图2。

图2 奥灰水运动示意图Fig.2 Motion diagram of Ordovician Limestone

2 奥灰的流场分布特征

在区域岩溶含水层水位不断下降的背景下,因区内生产矿井奥灰突水、大量水源井抽放奥灰含水层、部分矿井大面积疏干太灰,间接疏放奥灰等原因,导致霍州矿区内奥灰含水层自然流场发生改变,表现出多排泄点的流场特征(见图3)。根据奥灰等水位线图分析,矿区内奥灰含水层主要的排泄点有:

1)以郭庄泉泉口—团柏矿下组煤开采区为中心的排泄点,奥灰水位降落漏斗中心水位标高约为+485 m。

2)赤峪断层以东,以丰峪矿、辛置矿下组煤开采区为中心的排泄点,奥灰水位降落漏斗中心水位标高约为+500 m。

3)什林断层以北,以李雅庄2#煤开采区为中心的排泄点,奥灰水位降落漏斗中心水位标高约为+480 m。从李雅庄井田奥灰水位标高可以看出,井田构造裂隙发育,使奥灰水通过垂向导水通道进入矿井。

图3 奥灰等水位线图Fig.3 Contour line diagram of Ordovician Limestone

3 奥灰的岩性特征

奥灰含水层至上而下分为峰峰组、上马家沟组、下马家沟组,与煤层开采相关的主要为奥陶系统中峰峰组,区内钻孔最大揭露厚度为70 m～150 m。峰峰组分上下两段,上段岩性为深灰色、灰色纯质灰岩,致密坚硬,裂隙溶洞发育,局部有强烈的溶蚀现象,间夹有白云质灰岩及石膏层,为峰峰组的主要含水层段,富水性中等到强;下段以泥灰岩夹石膏层组成,为较好的隔水层。

4 奥灰的水化学特征

矿区内奥灰含水层以什林断层为界,表现出不同的水质特征如表1所示。什林断层以北区域奥灰水钾、钠离子含量高,浓度普遍在300 mg/L以上,矿化度为1 065.13 mg/L～3 968 mg/L,浅部(以什林矿为主)水质类型为SO4-Ca·Mg、SO4-Ca和SO4-Na·Ca型,深部(以李雅庄矿为主)水质类型为HCO3·SO4-Na和HCO3-Na型,从水质类型上来看,什林-李雅庄块段奥灰含水层表现出封闭独立的水化学环境特征;什林断层以南区域奥灰水钙、镁离子含量高,矿化度相对较低,水质类型为SO4·HCO3-Ca·Mg型或与之相近的水型。从水质类型上来看,奥灰含水层表现出相对较好的径流、补给环境特征[5-6]。

表1 奥灰水化学特征一览表

5 奥灰的富水特征

奥灰含水层上马家沟组及下马家沟组富水性强,峰峰组富水性相对较弱,但极不均一。含水层的富水程度与所处岩溶水系统的位置、构造部位、埋藏条件及岩溶裂隙发育程度密切相关。岩溶水的分布与富集在平面上和垂向上有明显差异。

平面上,在奥灰水的补给区和滞流区,地形陡峭,垂直及斜度较大的裂隙发育,地下水迳流良好,降低了含水层蓄水能力,因此富水性相对较弱,如位于矿区东部和西部的回坡底、丰峪、辛置等矿;在岩

溶水迳流-排泄区,地质构造及岩溶裂隙发育,地势也较低,有利于岩溶水的补给、运移和聚集,富水性强到极强,单位涌水量一般为1 L/(s·m-1)～10 L/(s·m-1),具体范围包括以郭庄泉为中心的矿井,如白龙、团柏、干河、圣佛、南下庄、紫晟、兴盛园等矿。此外位于什林断层附近的什林、李雅庄矿处于相对独立的水文地质块段,距离奥灰强径流带及排泄区有一定距离,其岩溶富水性与白龙、团柏等矿存在显著差异,总体富水性为中到强,如表2所示。含水层岩溶裂隙发育程度和富水性具有随地层埋深的增加而减弱的特征[7-8]。

表2 奥陶系中统石灰岩富水性统计表

6 结束语

霍州矿区奥灰含水层水文地质边界清楚,为一相对独立的水文地质单元,奥灰水补给充沛,径流条件较好,排泄以矿井井下排水、水源井抽水为主。奥灰含水层富水性弱到极强,在平面上随补、径、排条件的不同呈现富水不均一性,在垂向上富水性随地层埋深的增加而减弱。

奥灰含水层水文地质条件复杂,断层、陷落柱等构造发育,但富水性块段差异化特点明显,其特有的水文地质条件有利于矿井进行分区治理,因此在奥灰水治理过程中,对于富水性弱的地段可采取可控的局部疏降、采后及时恢复的措施,富水性强的地段采取超前改造的措施[9-10],可以保证矿井安全带压开采,又可达到保护地下水资源的目的。

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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

杨小刚(1978-),男,甘肃甘谷人,大学本科,工程师，从事煤田地质和水文地质方面的研究工作。

TD741

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(编辑:薄小玲)