煤田地质论文：煤碳基地水文地质分类分析

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本文作者：唐燕波1翟立娟1傅耀军2马秀芬1李七明1李振兴1张蕊1作者单位：1中国煤炭地质总局第一水文地质队2中国煤炭地质总局水文地质局

含水层发育特征

1松散岩类孔隙含水层

松散岩类孔隙含水层，主要由第四系及局部地区成岩作用较差的新近系及古近系组成，岩性以中细砂、砂砾石、卵砾为主，粒度、厚度变化较大，富水性不均一。各煤炭基地规划矿区均有分布，主要与新近系及古近系煤层与侏罗系煤层的开采关系较为密切。在鄂尔多斯盆地东部、内蒙古东部、东北及新疆青海等地的煤炭基地内松散岩类孔隙含水层富水性较强，而在华北地区及云贵等地则较弱。

2碎屑岩夹碳酸岩类裂隙-岩溶含水层

碎屑岩夹碳酸岩类裂隙-岩溶含水层，包括白垩系、侏罗系、二叠系和石炭系含水层，岩性主要为上述各时代地层中的砂岩、砾岩、砂砾岩及其灰岩夹层。白垩系裂隙含水层主要分布在鄂尔多斯盆地中部，富水性较强；侏罗系裂隙含水层主要分布在东北等地，富水性较强；石炭—二叠系裂隙-岩溶含水层主要分布在华北地区，其砂岩裂隙含水层的富水性相对较弱、太原组裂隙-岩溶含水层在山西省煤炭基地富水性较弱，在冀中、鲁西、河南、两淮煤炭基地富水性相对较强。

3碳酸盐岩裂隙岩溶含水层

由于各时代碳酸盐岩岩性特征、组合关系和构造部位不同，岩溶裂隙发育程度差异较大，岩性以灰岩、白云质灰岩、白云岩为主。在华北地区为石炭—二叠系煤层的基底，富水性较强，在云贵基地其上、下均发育裂隙岩溶含水层，富水性中等。

煤层与含水层的叠置关系

1垂向上

在山西省及冀鲁豫皖煤炭基地主要发育石炭—二叠系煤层（图1），孔隙、裂隙含水层位于二叠系主采煤层之上，岩溶裂隙含水层位于石炭系煤层之上、岩溶含水层位于石炭系煤层之下。鄂尔多斯盆地周边煤炭基地发育侏罗系煤层，孔隙、裂隙含水层位于侏罗系煤层之上，在盆地深部侏罗系煤层之上主要为白垩系裂隙含水层，而在盆地浅部侏罗系煤层之上主要为第四系孔隙含水层。蒙东（东北）基地主要发育侏罗系煤层，孔隙、裂隙含水层位于主采煤层之上。云贵基地主要发育二叠系煤层，主采煤层上下均为岩溶含水层及裂隙含水层。

2平面上

山西省、冀鲁豫皖、云贵煤炭基地主要开采石炭—二叠系煤层，孔隙和裂隙含水层位于煤层之上，富水性相对较弱，仅在山间沟谷处第四系孔隙水富水性较强。鄂尔多斯盆地周边煤炭基地主要开采煤层为侏罗系，第四系孔隙含水层和白垩系裂隙含水层位于主采煤层之上。从平面上看盆地北部毛乌素沙漠一带，地势平坦，含水层有利于接受大气降水入渗补给。第四系萨拉乌苏组孔隙含水层多为风积砂所覆盖，当其上无良好隔水层时，往往与沙丘潜水沟通，单井涌水量一般为200～1000m3/d，最大可达3000m3/d，富水性较好。白垩系裂隙含水层岩性为河流相砂岩、含砂砾岩，间夹有泥岩、砂质泥岩，泥岩和砂质泥岩在平面上分布不连续，空间上多呈透镜状，尚不能构成区域性隔水层，地下水水力联系密切，并同上覆风积砂层或萨拉乌苏组冲湖积砂层构成统一的含水层，单井涌水量一般为100～1791.07m3/d，含水层富水性为中等-强。该地段分布第四系萨拉乌苏组孔隙水和白垩系裂隙水供水目标区。盆地南部黄土丘陵区。不利于大气降水入渗补给，第四系孔隙含水层岩性主要为中更新统离石黄土，其间夹有多层砂质含量较大的黄土及十数层古土壤与钙质结核层，下部新近系及古近系泥岩为隔水底板，含水层富水性较弱。白垩系裂隙含水层，岩性是一套多层结构的、以泥岩为主的湖泊相及沙漠相沉积的砂岩，是地下水的主要富水层位。含水层仅在河谷出露，多被第四系黄土覆盖，埋深数十至百米，地下水补给条件差。由于上部新近系及古近系泥岩隔水层的存在，阻断了黄土层地下水与下伏白垩系地下水的水力联系，总体不利于地下水富集。蒙东（东北）基地主要发育侏罗系煤层，松散层孔隙和裂隙含水层位于主采煤层之上。由于各规划矿区所处的地理位置差异，煤层的埋藏深度差别较大。蒙东（东北）基地规划矿区煤层埋藏较浅，如，宝日希勒矿区，煤层埋深最浅27m，最低可采煤层埋藏深度一般不超过250m。扎赉诺尔、大雁、伊敏、霍林河、白音华和胜利矿区，主采煤层距松散层孔隙含水层为12～180m，煤层埋藏较浅，大部分地段采煤导水裂隙带发育至地表。从平面上看，蒙东地区扎赉诺尔、宝日希勒、大雁、伊敏、霍林河、白音华和胜利矿区位于内蒙古高原,地表水系发育，地下水补给条件好。煤种为褐煤，煤层皆为含水层，煤层及其顶、底板砂砾岩、砂岩构成含水层组。煤层埋藏较浅，而煤层由于构造及风化作用影响，裂隙发育，与上覆第四系含水层水力联系密切。该区松散层孔隙含水层钻孔单位涌水量在0.0279～5.63L/（s•m），煤系裂隙含水层钻孔单位涌水量在0.001～05L/（s•m），局部地段达19.245L/s•m，含水层富水性以强富水、中等富水为主。平庄矿区多为低山丘陵，孔隙和裂隙含水层，钻孔单位涌水量分别为0.05L/s•m、0.03L/(s•m)，富水性弱。

煤矿床水文地质类型划分

1考虑因素

与以往水文地质类型划分不同，本文是针对煤炭基地规划矿区进行煤矿床水文地质类型划分，因此仅考虑了以下因素。

1）充水水源

煤炭基地规划矿区主要发育三大含水层，即松散岩类孔隙含水层，碎屑岩夹碳酸岩类裂隙-岩溶含水层，碳酸盐岩裂隙岩溶含水层。本次划分未考虑大气降水、地表水及老空水。不同的充水水源具有不同的充水特征，特别是在充水水量和动态特征等方面，差异更大。一般地说，岩溶充水水源充水量大，来势猛，破坏性强；砂岩裂隙充水水源充水量小，动态较稳定，一般情况下对矿井安全生产威胁不大；松散未胶结的孔隙充水水源充水量不均匀，有大有小，有时发生充砂、塌陷等现象，在分析时，应视具体水文地质条件而定。在实际生产中，开采某时代煤层的充水水源往往不止某一种，多为两种或两种以上的充水水源同时涌入矿坑。将可开采煤层的主要充水水源和它们的组合再分亚类，即：A，岩溶水；B，孔隙水；C，裂隙水；D，岩溶-孔隙水；E，岩溶-裂隙水；F，裂隙-孔隙水六大亚类。

2）充水方式

充水方式反映了充水水源进入矿坑的方向和特征，据此可合理选择相应矿坑涌水量预测的水文地质概念模型，有的放矢地决定防治突水灾害的方向和措施。为此将其划分为两大型，即：1，顶板充水型；2，底板充水型。

3）充水途径

煤层顶、底板充水是最基本的两种型式。在实际煤层回采过程中，顶、底板的具体充水方式要复杂得多。煤层顶、底板充水包括直接充水和间接充水。顶、底板直接充水即为煤层顶、底板为充水含水层；顶板间接充水是指煤层开采后形成的导水裂隙带导通了上部的含水层，底板间接充水是指煤层隔水底板强度不足以抵抗底板承压含水层水头而引起的充水（底鼓型）或因断裂或陷落柱等内边界导通引起的充水。故根据顶、底板具体的充方水式，对每一类型再细分为两种亚型，即：a，直接充水亚型；b，因断裂、陷落柱等内边界导通的间接充水亚型。

2划分结果

山西省、冀鲁豫皖煤炭基地主要发育石炭—二叠系煤层，孔隙及裂隙含水层位于二叠系煤层之上，富水性较弱，仅在山间沟谷地段孔隙含水层富水性较强，二叠系煤层冒落裂隙带高度主要发育在裂隙含水层之中，在煤层埋藏较浅处，发育至孔隙水中；石炭系煤层上部为裂隙岩溶含水层，在山西省各煤炭基地太灰含水层厚度薄，富水性较差，而在冀中、河南、两淮、鲁西基地太灰含水层厚度大，层数多，富水性较强，且煤层底板距岩溶含水层较近，在水头压力作用下，使奥陶系岩溶水向上进入矿井，形成矿坑涌突水，其水文地质类型为ⅡC1a、ⅡB1b、ⅠE1a、ⅠA2b。由于二叠系上组煤距离奥陶系较远，底板隔水层厚度大，煤层开采矿压破坏带小于底板隔水层厚度，使得正常地段奥陶系岩溶水难以突入矿井，但是在大型构造地段，奥陶系岩溶水有可能向上进入矿井，如霍州、峰峰、邯郸、邢台、平顶山、郑州、焦作、鹤壁、肥城、新汶和淄博矿区（南），其水文地质类型为ⅡC1a、ⅡB1b、ⅡA2b、ⅠE1a、ⅠA2b。冀中基地的蔚县、宣化下化园和张家口北部矿区发育侏罗系煤层，孔隙及裂隙含水层位于侏罗系煤层之上，富水性较弱，下部为岩溶含水层，富水性强，水文地质类型为ⅢC1a、ⅢB1b、ⅢA2b。冀中基地开滦矿区发育石炭—二叠系煤层，孔隙及裂隙含水层位于二叠系煤层之上，石炭系煤层上部为裂隙含水层，下部为裂隙岩溶含水层，水文地质类型为ⅡC1a、ⅡB1b、ⅠC1a、ⅠA2b。鄂尔多斯盆地周边的煤炭基地主要开采侏罗系煤层，第四系孔隙含水层和白垩系裂隙含水层位于主采煤层之上，富水性均较好，矿区边缘地带采煤导水裂隙带高度发育至第四系孔隙含水层，局部地段发育至地表，矿区中部煤层埋藏较深，采煤导水裂隙带高度发育至白垩系裂隙和第四系孔隙含水层，矿区深部煤层埋藏深，且白垩系裂隙含水层厚度大，采煤导水裂隙带高度仅发育至白垩系裂隙含水层，因此水文地质类型为ⅢC1a、ⅢB1b、ⅢF1a。而神东基地的神东矿区、准格尔矿区侏罗系煤层埋藏浅，煤层之上主要发育第四系萨拉乌苏组孔隙含水层，富水性强，采煤导水裂隙带高度可发育至第四系萨拉乌苏组孔隙含水层，甚至达到地表，其水文地质类型为ⅢF1a。在鄂尔多斯盆地周边基地还发育有石炭—二叠系煤层，孔隙及裂隙含水层位于二叠系煤层之上，富水性较弱，石炭系煤层上部为裂隙含水层，主要为砂岩含水层，厚度薄，富水性较差，石炭系煤层下部为岩溶水含水层，富水性强，水文地质类型为ⅡC1a、ⅡB1b、ⅠC1a、ⅠA2b；蒙东基地主要发育侏罗系煤层，孔隙和裂隙含水层位于主采煤层之上，其煤层也多为含水层，富水性较强，煤层埋藏浅部采煤导水裂隙带高度发育至第四系孔隙含水层，局部地段发育至地表，煤层埋藏深部，采煤导水裂隙带高度仅发育至裂隙含水层，水文地质类型为ⅢC1a、ⅢB1b、ⅢF1a。云贵基地主要发育二叠系煤层，煤层上、下均为岩溶和裂隙含水层，下部岩溶含水层富水性较上部强，为主要充水含水层，水文地质类型为ⅡA1b、ⅡC1a、ⅡC2a、ⅡA2b。小龙潭矿区及昭通矿区发育新近系及古近系煤层，孔隙和裂隙含水层位于主采煤层之上，富水性较弱，岩溶水位于主采煤层之下，富水性强，水文地质类型为ⅣB1b、ⅣC1a、ⅣA2b。