地质划分论文：煤区水文地质划分探究
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本文作者：文广超谢洪波邓寅生作者单位：河南理工大学
区域内水文地质特征
1地下水的补给、径流、排泄条件
岩溶地下水的补给主要为大气降水．据水位观测资料，禹州煤田岩溶地下水位西高东低，地下水总体流向由西向东运动．受地层、构造和地形地貌影响，地下水径流短，方向变化大．颖河以西地区地下水自西向东运动;颖河以东地区，自东向西运动;西部自北向南运动，受张堂断层阻隔，地下水流向转为向东流动．受矿井长期排水影响，在平禹一矿、白庙矿已经形成降水漏斗，局部改变了地下水的流向和补、径、排条件．岩溶地下水的排泄以泉的形式为主，泉的性质为切割阻溢型，主要排泄点有柏树咀泉群、吴张沟泉群和黄道泉群等．
2边界条件
北界:以地表分水岭为界，分布于大冶以南-火煤山-老山坪-近苏桥一线，长度约60km．西界:由过风口至石羊关阻水断层和地表分水岭组成西部边界，位于大冶-道泉沟-大红寨-宋窑一线，长度约44km．南界:由王英沟断层、虎头山断层和寒武系灰岩顶界面1000m埋深线组成，分布在宋窑-跎山-白庙-高庄-许昌一线，长度约105km．东界:由地表分水岭、张堂断层、南关断层和寒武系灰岩顶界面1000m埋深线组成，分布在苏桥-袁庄-朱阁-康城-方山-关帝庙-徐庄-河街-邓庄一线，长度约130km．
根据上述自然地理条件、构造条件、地层条件、水文地质特征和边界条件分析可知，禹州煤田处于一个相对封闭的水文地质单元内，因此确定禹州煤田为1个一级水文地质单元———禹州岩溶水系统和3个二级水文地质单元(禹Ⅰ、禹Ⅱ、禹Ⅲ)．禹州煤田东北部，受张堂断层影响，地下水经白沙煤矿由北向南(地下水流向分布见图2)、由西向东流动，使得包括平禹一矿在内的区域形成一个相对封闭的水文地质单元，此区域被确定为禹州煤田北部水文地质单元，即禹Ⅰ水文地质单元;禹州煤田南部受官山寨断层、玉英沟断层、张德断层、虎头山断层、南关断层影响，地下水由磨街井田西部流入，受地质构造影响，向东北和东部流动，使得包括白庙矿、平禹六矿、凤翅山煤矿、三峰煤矿、平禹二矿、平禹四矿等在内的区域形成一个相对封闭的水文地质单元，此区域被确定为禹州煤田南部水文地质单元，即禹Ⅲ水文地质单元;剩余的包括方山煤矿在内的区域内，地下水从方山矿西部流入，经方山矿，受官山寨断层、南关断层、白沙向斜和张堂断层影响，使其形成一个相对封闭的水文地质单元，此区域被确定为禹州煤田中部水文地质单元，即禹Ⅱ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实际，笔者又进一步进行了三级水文地质单元划分，即北部禹Ⅰ水文地质单元，地下水受F29断层影响，在F29断层以西，地下水流向由西向东;在F29断层以东，地下水沿F29断层由北向南流动，在平禹一矿西侧流入矿井．这里结合平禹一矿实际突水资料［11-12］，将禹州煤田北部禹Ⅰ水文地质单元以F29为界，划分出2个三级水文地质单元禹Ⅰ-1和禹Ⅰ-2．禹州煤田水文地质单元划分结果见表1和图2．
水害治理
禹州煤田拥有平禹一矿、二矿、四矿、六矿，方山矿，白庙矿和凤翅山矿等7座矿井，矿井基本情况见表2．在禹州煤田内的二1煤层顶板之上，对煤层开采影响较大的含水层主要为砂岩裂隙含水层．区内砂岩裂隙含水层均为弱富水性的含水层，且含水层之间都有厚度较大的稳定隔水层，正常地层条件下，这些含水层仅影响本煤组可采煤层的开采．因此，各煤组砂岩水的防治实施“预疏降”．生产实践中，本法已取得很好的安全和经济效益，在今后的矿井防治水工作中仍应坚持．二1煤层底板灰岩岩溶裂隙水的防治相对要复杂得多，区内开采二1煤层的方山矿，平禹一矿、四矿和白庙矿分布分散，互不相邻，不具备区域联合治理条件．因此，下文将根据禹州煤田水文地质单元划分的结果，结合禹州煤田各生产矿井近几年的水害防治情况，给出平禹一矿、四矿以及方山矿和白庙矿底板灰岩承压水的防治方案．
1平禹一矿水害治理方案
平禹一矿水文地质条件复杂，受寒武系灰岩承压水威胁严重，水文地质单元划分结果属于三级水文地质单元禹I-2．由图2可知，在平禹一矿的西部，地下水受F29断层和张堂断层及部分小断层影响，从西侧灌入矿井．矿井接近补给区，补给区面积大(长约120km)，入渗条件好，补给水量大，寒武系灰岩中隐伏张性断裂发育．历史上，平禹一矿共发生突水50多次［11］，其中以太原组灰岩(L1-L4，L7-L8)和寒武系灰岩岩溶水为水源的突水达27次．但大部分突水发生在标高－200m以上，说明浅部岩溶发育，富水性较强．因此，这里提出如下治理措施:(1)总体思路．帷幕堵源，局部加固，先堵后疏，强力疏放．(2)具体措施．矿井西部堵源，实施帷幕注浆，中部实施疏水降压，局部注浆加固底板．浅部在查明矿井水文地质边界条件和大型断层水文地质性质的基础上确定补给通道，在井下－200m东西大巷进行注浆，形成人为隔水边界;深部加强隐伏张性断裂探查，实施帷幕注浆堵源;中部可在－200m标高以下疏水降压．
2平禹四矿水害治理方案
平禹四矿历史上共发生矿井涌(突)水9次，矿井涌(突)水特征可概括为:顶板砂岩出水和采动裂隙导水为主，但水量不大，对矿井不会造成大的水害威胁．但是，矿区内存在着因封孔不良而形成钻孔水水害，因老矿井的资料不详而存在着老矿井水水害，因采空区积水而存在着采空区水害，因断层错动可能沟通其他富水性相对较强的含水层而存在的断层水水害．平禹四矿矿井水害治理对策如下:(1)对顶板水害坚持“疏降为主”的原则，实行平行疏降．(2)太原组上部灰岩段在采动破坏带内，采用疏降的方式防治;太原组下部灰岩段及寒武系灰岩的突水威胁，采用放水试验、示踪试验及同位素分析，探查地下水渗流场和两含水层的水力联系，坚持以“群孔预疏降为主”，局部加固底板．局部加固底板应以防治寒武系灰岩水突出为目标，以二1煤层底板保护层变薄、构造破碎等异常区为重点．(3)针对采空水探查和防治，可利用物探和钻探相结合的方法，但应坚持“有疑必探，先探后掘，边探边掘”的基本原则，采取“物探先行，钻探验证”的总体方针，同时利用行政、技术等措施对小煤窑和老空区实施监测．(4)针对井田内断层的导水性，对水文地质观测数据和水文地质试验数据进行分析．在掘进至断层或推导断层时，应采用物探和钻探相结合的探查方法，并根据其含(导)水强度，选择疏放或封堵的防治措施．
3方山矿治水思路
根据水文地质单元划分的结果，方山矿属于二级水文地质单元禹Ⅱ．由图2可知，地下水经方山矿自西向东流经矿井所在区域．根据现场观测资料分析，该矿二1煤层底板的灰岩水位较高，在+200m以上，将来开采存在较大的突水危险性．因此，底板水害防治应以“群孔预疏降为主，并进行局部底板加固”的总策略．对太原组上部灰岩水应坚持以“群孔预疏降为主”;对太原组下部灰岩水、奥灰水、寒武系灰岩水应统一考虑，坚持以“群孔预疏降为主，并进行局部底板加固”．局部加固底板，应以防治寒武系灰岩水突出为目标，以二1煤层底板保护层变薄、构造破碎等异常区为重点．对顶板水害应坚持两条原则:一是以“预疏降为主”，实施“预疏降与平行疏降相结合”的技术措施，建设合理的排水设施;二是严防顶板砂岩水与底板灰岩水的沟通，遇到断层时，必须查明断层两盘的岩层接触关系及断层的导水性与断层带的储水情况，在此基础上合理留设防水煤岩柱，必要时注浆封堵导水通道．
4白庙矿治水思路
根据水文地质单元划分结果，白庙矿属于二级水文地质单元禹Ⅲ．由图2可知，在该区域内，地下水由西部流入，在磨街井田西侧分叉:一部分向东南方向流向平禹六矿，另一部分向东北方向流向白庙矿．二1煤开采时，矿井涌水通道主要是断层、裂隙、采动破碎带以及溶洞溶隙等薄弱结构面，矿井防治水应尽力减少人为因素引起的矿井突水．矿井防治水的原则是:长期加强水文地质观测，以疏为主，预注浆堵水为辅．采取的关键防治水措施为:一是疏水降压，在矿井二水平东翼－50～－350m水平打疏放孔．疏水降压对象是寒武系灰岩含水层水，先对其进行必要的井下物探，之后根据观测、物探结果再决定疏放孔的具体位置以及疏放水量的大小．二是底板注浆加固，即对井下物探查明有突水危险或突水地段的底板破碎带、导水通道等，注浆加固、堵水．
