新密市超化煤矿对周边某机井地下水位影响分析

魏志业, 高 翯, 张卫民

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，河南 郑州 450000)

1 序言

河南新密市超化煤矿向北直距新密市约15 km，向东北直距省会郑州市约40 km，南距禹州市约50 km，东距新郑市约35 km[1]。机井自2013年建成使用以来，机井水位持续性下降，特别在2014年12月和2017年7月出现突发明显下降。有人认为是距离其较近的郑州煤电股份有限公司超化煤矿地下开采疏干地下水对其影响所致，本文就此展开研究。

2 研究区自然地理特征

2.1 气象、水文

研究区年平均气温9.1～14.6 ℃，最高达44.6 ℃，最低为-18.2 ℃；年降雨量381.3～1 059.6 mm，年平均降雨量为637.2 mm，降雨多集中在每年的7、8、9三个月，并常伴有雷电，这三个月占全年降水量的50%以上；年蒸发量为908～1 976.2 mm，年平均相对湿度60%～70%。区内无水库和常年性河流，仅有一条季节性河流——麻河，历年最高洪水位+182.5 m，最大洪流量2 536.4 m3/h，在雨季由矿区西南向东北穿过矿区中部流入矿区东北部的淮河二级支流双洎河。在正常年份尤其是干旱季节往往断流，在矿区中部滞留并形成龟山寨泉池洼地，水量较小，其水源来自西南上游3 km外的老姜窝小型水库，该水库水多来自元古界变质岩裂隙水和大气降水，补给有限。

2.2 地形地貌

2.3 地层岩性及构造

超化煤矿及周边地层区划上属华北地层区豫西地层分区之嵩箕地层小区，区内地层走向总体近东西向，局部有褶曲。煤系地层多被新生界松散层所覆盖，仅在北部、西部、西南和南部有少量基岩出露，属半掩盖类型。

超化煤矿及周边总体构造为夹持于新密复向斜西南翼的次一级褶皱——张沟向斜，主体位其北翼。地层走向总体与主构造线方向一致为近东西向，南北对倾，倾角变化范围为4°～45°，北缓南陡。较大的(中型和大型)断层主要有河西断层、樊寨断层、龟山断层、杨台逆断层、小司沟断层和崔庄断层6条，另有20多条小断层。

3 水文地质

3.1 主要含水层

矿区及周边主要含水层有第四纪砂砾石孔隙潜水含水层、新近纪洛阳组泥质灰岩岩溶裂隙承压含水层、金斗山砂岩孔隙裂隙承压含水层、石千峰组下段平顶山砂岩孔隙裂隙承压含水层、二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压含水层、太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层、太原组下段灰岩岩溶裂隙承压含水层、寒武纪上统和奥陶纪中统马家沟组灰岩岩溶裂隙承压含水层。

3.2 矿井充水水源

通过分析区域水文地质条件和矿井突水台账资料，认为：充水因素主要是地下水和老空水，而大气降水和地表水并不占主要地位。

3.2.1 地下水

地下水包括二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压水和断裂导水。

首先，人际情绪管理受到社会标准和期待等文化因素的影响，不同文化背景下的个体在人际情绪管理方面存在显著的差异.相比个体主义文化，集体主义文化中的人们更多地关注他人的情绪，但是自己遇到情绪问题时，寻求外部支持的意愿却很小[23].因此，未来需要进一步开展跨文化研究，以增进对人际情绪管理的理解.

二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压水是矿床充水水源之一，但其富水性弱，补给条件差，多以淋水或渗水的形式进入矿井，水量0.007～160 m3/h，稳定后水量0.025～30 m3/h，易于疏排，对矿床不会形成较大的充水，充水意义不大。

构造裂隙水也是地下水的重要组成部分[2]。区内发育近东西、北西和北东向三组断层，除杨台逆断层外，其他特别是龟山断层、崔庄断层等均为富水、导水的正断层，落差一般在40～410 m，常造成断层两盘奥陶纪中统马家沟组灰岩岩溶裂隙承压水含水层和太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水层对接，在垂直和水平方向上沟通了各含水层，使之发生水力联系，并沿断裂破碎带形成富水带，是矿床充水的重要水源和通道。

3.2.2 老窑水

矿井的西、西北、东北、东和东南部存在较多越界开采的小煤矿和废弃老窑，大多具有一定的老窑水。同时矿区浅部也存在大量采空区，也会存在大量积水。

3.3 机井水文地质特征

机井处于樊寨断层和河西断层之间，两个断层的下盘整体呈地垒构造。由于地质构造的影响，含水层的连续性被樊寨断层和河西断层打破，形成一个新的水文地质单元，也就是说机井是位于樊寨断层和河西断层之间的一个相对独立的水文地质单元。

4 煤矿开采对机井地下水位的影响

4.1 断裂构造方面

超化煤矿北部有超化正断层、河西正断层、樊寨正断层，机井处于樊寨正断层和河西正断层之间形成的地垒上，位于矿区北部超化断层和河西断层以北，杨河煤业公司处于超化断层和河西断层之间形成的地堑上。因此,从构造角度分析，机井与超化煤矿由于断层错断而处于不同的地质构造单元，也就是说机井和超化煤矿处于不同的水文地质单元，二者之间没有直接的水力联系。

目前超化煤矿奥灰水(全称为：奥陶纪中统马家沟组灰岩岩溶裂隙承水，下同)水位整体为+65 m左右，而机井奥灰水水位+28 m，两者水位差距较大，但两者距离较近，二者之间含水层水力联系不明显，否则水位应相差不大。因此认为`,超化煤矿开采对机井的影响甚微。

4.2 含水层系统方面

从煤矿开采形成的采空区所处地层与机井取水含水层地层的岩性特征及水文地质特征分析，可以说明二者之间是否有水力联系，也在一定程度上可以说明超化煤矿开采疏排水对机井是否有影响[3]。

超化煤矿采空区与奥陶纪灰岩之间有三层隔水层相隔，分别为厚约7.20 m的二1煤层底板砂泥岩隔水层，厚约22 m的太原组(C2t)中段砂泥岩隔水层和厚约9.81 m的本溪组(C2b)铝质泥岩隔水层，所以，一般情况下，二叠纪的开采活动很难影响奥陶纪的含水层情况。而机井取水含水层为奥陶纪灰岩水，因此从地层岩性方面分析，超化煤矿采空区疏排水对机井的影响甚微。

4.3 奥陶纪灰岩岩溶水水位变化特征方面

从区域奥陶纪灰岩岩溶水水位变化特征与超化煤矿及矿区周边奥陶纪灰岩岩溶水水位变化特征之间的关系方面分析，可在一定程度上说明超化煤矿开采是否对周边地下水产生影响。选取矿区东南部边界且距离煤矿开采采空区较远的奥灰水水位变化特征代表区域奥灰水变化特征，选取超化煤矿内不同位置的观测井来反映矿区奥陶纪灰岩岩溶水水位变化特征，选取同位于超化煤矿北部且距离机井较近的樊寨机井的奥灰水水位变化特征作为参照，与机井奥灰水水位变化特征作对比分析。

4.3.1 矿井涌水量变化特征

根据矿方提供的矿井涌水量台账，可以得出矿井近年来涌水量变化特征是：自2013年以来，矿井涌水量呈现持续下降的变化趋势，从2014年以来，涌水量下降幅度达100 m3/h。近六年矿井也没有大的突水点，且整体水位变化不大，而机井水位却在持续下降，矿井地下水的补给和外排基本保持平衡稳定，而机井水位持续下降与矿井涌水量相对稳定不一致，由此确定，超化煤矿开采对机井的影响甚微。

4.3.2 影响情况分析

根据以上矿区矿井涌水量变化特征可以得知，区域上奥灰水水位呈现整体平稳下降的变化趋势：自2014年以来，机井的奥灰水水位持续下降，且下降速率大，远超区域奥灰水水位、超化煤矿奥灰水水位和樊寨机井奥灰水水位的下降值，而机井和樊寨机井均位于矿区北侧，且樊寨机井距离矿区相对更近，如果超化煤矿开采是引起机井水位下降的原因，樊寨机井也难免受到影响。而实际上，樊寨机井水位无明显变化，由此可推断：超化煤矿开采对周边奥陶纪灰岩岩溶水的水位影响甚微。

另外，机井奥灰水水位在2014年和2017年均出现了比较明显的下降；而距其较近的樊寨机井奥灰水水位却一直平稳变化且没有明显的下降，超化煤矿长观井2和井观10的奥灰水水位均在2016年出现了明显下降。由此可知，机井和超化煤矿的奥灰水水位出现明显下降不在一个时期，如果二者地下水有水力联系，会出现同步下降的现象。

近六年超化煤矿疏排水量一直在减少，也没有大的突水点，超化煤矿、樊寨机井与区域上的奥灰水水位均呈现了整体平稳下降的变化趋势，而机井奥灰水水位却出现了持续的明显下降，也可以说明超化煤矿开采对机井的影响甚微。

综上所述，从奥陶纪灰岩岩溶水水位变化方面分析，超化煤矿开采对机井的影响甚微。

4.4 从影响半径方面分析

影响半径即水位降落漏斗的周边在平面上投影的半径，选取距离超化煤矿最近的排水孔作为抽水井，利用影响半径对抽水井排水的平面影响范围进行理论计算，以此证明超化煤矿开采疏排地下水对机井是否有影响。

煤矿开采疏排地下水对其他地下水用水户的影响可以按最不利情况进行理论计算，即只考虑抽水，不考虑回灌，承压水抽水井影响半径的计算公式如下：

式中，s为水位降深；K为渗透系数。

选取距离机井最近的-100泵房抽水孔作为抽水井计算，-100泵房抽水孔孔径75～89 mm，水量100 m3/h左右，水源为奥陶纪灰岩水，水位较为稳定。

经计算，抽水影响半径为381.3 m，而机井距离超化煤矿矿区北部边界约400 m，距离-100泵房抽水孔大约930 m，由此可见，机井不在-100泵房抽水孔的抽水影响范围内，超化煤矿开采疏排地下水对机井的影响甚微。

综合矿区及周边断裂构造、含水层特征、奥陶纪灰岩岩溶水水位变化特征及影响半径计算等方面的分析可知，超化煤矿开采对机井的影响甚微。

机井处于河西断层和樊寨断层之间形成的地垒上，其取水含水层奥陶纪灰岩可能存在岩溶裂隙发育少的可能，由此导致局部奥灰水水量少,补给条件差，加上机井持续性的抽排水，容易出现补给少而疏排多的现象，从而造成机井水位下降甚至持续下降。此外，机井地下水水位下降也有可能是成井工艺、地下水过度开采导致的区域性的地下水位下降等诸多因素引起的。

5 结论

为解决新密市超化煤矿开采对东店村集中供水井水位持续下降是否存在影响问题，本文从研究区的自然地理、地质构造特征入手，在详细分析了矿区及机井所在区的水文地质特征的基础上，得到以下结论：

(1)机井和超化煤矿处于不同的水文地质单元，二者之间没有直接的水力联系，故超化煤矿开采对机井的影响甚微；(2)煤矿开采为二叠纪地层，而机井取水为奥陶纪灰岩水，二者之间有三层隔水层，故超化煤矿采空区疏排水对机井的影响甚微；(3)超化煤矿与区域上的奥灰水水位均呈现了整体平稳下降的变化趋势，而机井奥灰水水位却出现了持续的明显下降，说明超化煤矿开采对机井的影响甚微；(4)机井地下水水位下降可能是成井工艺、地下水过度开采导致的区域性的地下水位下降等诸多因素引起的，与超化煤矿开采关系不大。