煤区地质论文：州域煤区水文地质探究

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本文作者：胡城作者单位：中国平煤神马集团许平煤业公司

区内水文地质特征

1地下水的补给、径流和排泄条件

1）区域南部补给、径流和排泄条件

（1）补给。在该区西、南和东面灰岩裸露区，石炭、寒武系岩溶裂隙含水层呈条带状出露，接受大气降水的渗透补给。而且在西南边界黑龙庙、朝川水库一带，寒武系灰岩中断层以及小褶皱十分发育，地表及地下浅部岩溶发育，存在大型溶洞，形成地表与地下含水层的导水通道，有利于大气降水的下渗。（2）径流。在自然条件下，本区地下水在弧形构造的西南翼寒武、石炭系灰岩裸露的条带区与水库、河流地表水等处接受补给后，受地形和地层走向、倾向的控制，由西向东、由南向北径流至刘洼断层阻水地带排泄。同时，在导水构造破碎带形成强径流。但是，受到矿井长期、大量的排水影响，南部矿区岩溶水形成以朝川一井和蜈绍窝矿泄水巷为中心的两个较大降落漏斗，成为新的排泄区，岩溶水的径流路径和方向随之也发生了变化。（3）排泄。南部矿区岩溶水的排泄途径有2条：其一为地下水接受补给后向东北方向流动，至刘洼断层受阻，以顶托越流形式排泄于新生界含水层中。其二为矿区各矿井的排水作用，改变了天然的岩溶水流场，形成规模各异的一些降落漏斗，周边地下水向漏斗中心渗流排泄。综上所述，南部矿区为一封闭的水文地质单元，岩溶水体系呈现集中补给、常年消耗的特点，地下水的流态主要受大气降水和矿井排水的控制，由于矿井排水时间长、水量大，使得地下水位整体呈逐渐下降的趋势。

2）区域北部补给、径流和排泄条件

（1）补给。岩溶裂隙水的补给来源主要是大气降水入渗。补给源区主要有2个：一是北部边界夏店断层与梅庄断层之间的窑院附近出露二叠系、石炭系和寒武系地层，寒武系、石炭系灰岩出露，成为北部矿区岩溶水的主要补给区，但分布面积狭窄，仅约6km2，补给水量受到限制；二是南部补给源区，南部存在一个面积仅约1km2的灰岩浅埋区，接受大气降水的入渗补给，但补给量较小。（2）径流。区域中西部地下水由北向南流动，区域东部地下水由北东向南西流动，到南部排泄进入荆河或新生界松散砂砾石层中。（3）排泄。自然条件下，区域北部的大气降水一部分以地表径流形式排入荆河外，另一部分渗入坡积物和地下灰岩中，在冲沟切割部位或荆河河谷中以泉的形式排泄；灰岩水由北向南流至该区域的南部，顶托排泄进入新生界松散砂砾石层中。随着煤矿床开采规模的扩大和延深，矿井长期、大量排水，必然使岩溶水位下降，当水位降至低于新生界松散砂砾石层水位时，补排关系将会出现逆转，松散层水反过来补给灰岩含水层。

2边界条件

1）区域南部的边界条件

区内分布有张村井田、三里寨井田、牛庄井田、黑龙庙井田、蜈蛁窝井田等。张村井田位于矿区的中部西南地区，紧邻煤层露头和岩溶露头。朝川矿一井、二井分别属三里寨井田，三井位于张村井田东部。由于受李寨正断层、刘洼正断层、上石灰窑正断层主干断裂构造的控制，矿区被切割为一三角形的弧形单斜构造，弧顶向南，西翼地层倾向北东、东翼地层倾向北西，依次分布着寒武系，石炭系、二叠系和三叠系地层。北侧的刘洼弧形正断层，落差千余米，倾向北，使下盘的寒武系灰岩与上盘的三叠系地层对接，形成北部的阻水边界。西南部的上石灰窑正断层与东南部的李寨正断层，落差均在500m以上，使下盘的寒武系石灰岩与上盘的二叠系或第三、第四系地层对接，形成西南与东南的阻水边界，致使整个矿区属基本封闭的水文地质单元，见图2。

2）区域北部的边界条件

夏店正断层走向近东西，倾向南，北盘上升，南盘下降，落差大于1000m，走向延伸约26km。断层北盘为萁山背斜轴部的太古界、下元古界的片麻岩、石英岩、石英砂岩，南盘为古～中生界地层，构成该区域北部的阻水边界。毛寨正断层、大张正断层落差大于1000m，分别构成该区域南及东南阻水边界，西部远离寒武系灰岩露头区，又是灰岩深埋区，岩溶裂隙不发育，可视为相对阻水边界。

水文地质单元划分

1水文地质单元划分的依据

本次水文地质单元划分主要依据为自然地理条件、地质条件和水文地质条件。（1）自然地理条件主要考虑地形地貌、气象与水文条件。（2）地质条件包括矿区构造和地层条件。主要考虑断层，因为规模较大的断层往往是岩溶水强径流带，不仅控制着所在区域或井田范围岩溶水渗流的总体方向和渗流场空间分布，而且常是岩溶水进入矿井的通道。断层在矿井突水中的作用取决于其性质、规模、形成时代，断层两侧伴生裂隙的发育程度、断层所切割地层岩性和富水性等。（3）水文地质条件包括地下水的储存与分布条件、岩溶地下水流场、地下水的补给、径流与排泄条件和边界条件。

2水文地质单元划分的结果

根据上述矿区边界条件，研究区域处于一个相对封闭的水文地质单元内，因此，考虑矿区构造、地层条件和水文地质特征，确定汝州煤田为1个一级水文地质单元—汝州岩溶水系统。在汝州岩溶水系统中，煤田北部，受夏店正断层、下鲁正断层、大张正断层的影响，使得包括宁庄和庇山等井田在内的区域形成一个相对封闭的水文地质单元，将其确定为汝州煤田北部水文地质单元，即汝Ⅰ水文地质单元；汝州煤田南部，受刘洼正断层、上石灰窑正断层、李寨正断层的影响，使得包括牛庄、朝川、张村等井田在内的区域形成一个基本封闭的水文地质单元，考虑朝川、张村井日常疏水降压的实际情况（受朝川矿一井排水影响，张村井田内寒武系灰岩地下水水位大幅度下降），将其确定为汝州煤田南部水文地质单元，即汝Ⅱ水文地质单元；煤田西部，从图1可知，受武庄正断层、下鲁正断层、大张正断层、温泉街正断层的影响，该区域处于一个基本封闭的水文地质单元内，将其确定为汝州煤田西部水文地质单元，即汝Ⅲ水文地质单元；剩余的区域为汝州煤田中部水文地质单元，即汝Ⅳ水文地质单元。因此在一级水文地质单元中又分成了4个二级水文地质单元，即汝Ⅰ、汝Ⅱ、汝Ⅲ、汝Ⅳ水文地质单元。在一、二级水文地质单元划分的基础上，考虑水文地质条件和井田生产情况，笔者又进一步进行了三级水文地质单元划分。对北部汝Ⅰ水文地质单元，以毛寨正断层（落差大于1000m，为矿区一相对阻水边界）为界，划分出2个三级水文地质单元汝Ⅰ－1和汝Ⅰ－2；南部水文地质单元，杨山逆断层位于水文地质单元的南部，延展方向从西向东，呈弧形贯穿整个张村井田，将张村井田与朝川井田、牛庄井田分割开来，根据勘探和煤矿生产情况，张村井田内24勘探线以西为水文地质条件简单区，勘探线以东为水文地质条件复杂区。据此，将南部水文地质单元（汝Ⅱ）以杨山逆断层、24勘探线为界，划分出3个三级水文地质单元汝Ⅱ－1、汝Ⅱ－2和汝Ⅱ－3。汝州煤田水文地质单元划分结果见图3和表1。

区域水害治理

根据上述汝州煤田水文地质单元划分的结果，结合汝州煤田各生产矿井近几年的水害治理经验，特提出在汝州煤田范围内适合联合治理的区域内实施联合区域水害治理，推行灰岩水区域综合治理，从而增强灰岩水防治的整体效果。由于梨园矿长虹井孤悬一隅，不具备区域联合治理条件；梨园郭庄井资源枯竭，不久闭井，无须进一步研究；汝州中部和西部水文地质单元内不包含生产井田。区域水害治理措施如下：（1）宁庄－庇山水害区域联合治理对策。宁庄、庇山井田同属于三级水文地质单元汝Ⅰ－2，井田水害符合区域联合治理的条件，因此提出治理对策为区域联合治理，以疏为主，物探辅助，关注断层。适当部位施工泄水巷，井下群孔预疏降，局部注浆加固底板。（2）朝川－张村水害区域联合治理对策。朝川、张村井田同属于二级水文地质单元汝Ⅱ，根据生产实际（朝川矿一井疏水，张村矿寒灰水文大幅度下降），两个井田水害符合区域联合治理的条件，因此提出治理对策为区域联合治理，主疏降，局部堵。张村井田东翼、朝川一井西翼严格限制带压开采，提前预疏放，在－200m标高以上，以疏放为主；－200～－400m标高，对岩溶水仍以疏放为主，局部注浆封堵；在－400m标高以下，采取疏放寒灰岩溶水和底板注浆加固方法治理底板水害。张村和朝川矿一井疏放岩溶水强度可按“三七开”的比例来划分，张村矿疏放二1煤底板岩溶水水量控制在400～500m3／h，朝川矿疏放二1煤底板岩溶水水量控制在900～1000m3／h。（3）长虹井水害治理对策。由于长虹井孤悬一隅，因此这里单独给出长虹井水害治理对策。疏水降压为主，加强矿井防治水管理工作，坚持预测预报，做好防治水工程，规范探放水设计与操作，顶板疏放为主，重视底板太原组上段灰岩水和老空水，对小煤窑按规定留足防水煤柱，设计必要的水文观测孔，进行井下水文观测。