淺述巴愣井田水文地質特征、涌水量計算及存在問題

馬 婧

（安徽省煤田地質局第三勘探隊報告編制室，安徽宿州234000）

淺述巴愣井田水文地質特征、涌水量計算及存在問題

馬 婧*

（安徽省煤田地質局第三勘探隊報告編制室，安徽宿州234000）

主要闡述了巴愣井田的水文地質條件、含隔水層狀況、充水情況以及估算了礦井的涌水量等等，據此評價了井田的水文地質類型為中等并指出了存在問題及建議。

水文地質；涌水量；含水層;隔水層；防治

1 地理位置

巴愣井田位于內蒙古自治區的中南部，黃河河套鄂爾多斯盆地西北部，處于內蒙古自治區與寧夏回族自治區的接壤地帶。井田南北長約14 km，東西寬約1.5～8km，面積74.9km2。南距新上海廟鎮約25km，交通便捷。

2 含（隔）水層組水文地質特征

本井田為新近系、第四系松散層覆蓋下的全隱蔽礦床。地下水含水層可根據其賦存介質特征劃分為第四系及新近系松散層孔隙潛水含水層組、風化巖裂隙含水層組、白堊系下統志丹群含水層組、侏羅系中統直羅組孔隙裂隙承壓含水層組和侏羅系中統延安組砂巖含水層組，相應劃分為第四系及新近系隔水層組、直羅組上部泥巖隔水巖組和侏羅系中統延安組泥巖隔水層組。

2.1 第四系及新近系松散層孔隙潛水含水層組

全區均有分布，地層厚度186.25～295.32m，平均厚度238.42m。層組上部以風積沙及沙土層為主，中、下部以紫紅色、灰綠色砂質粘土為主，含砂礫石或底部有半膠結的砂巖。據資料表明松散層含水層組，富水性弱—中等。

2.2 風化巖裂隙含水層組

全區均有分布，白堊系下統志丹群基巖上部，遭受風化，多見灰黃、淺灰、灰白色泥巖，粉砂巖及砂巖，風化帶發育厚度35～80m，一般50m左右，一般基巖面俞高處，風化帶厚度俞大。風化帶巖石疏松，破碎、裂隙較發育，含水率增高，是地下水的導水、儲水空間。有的風化巖段漏水較大，已有資料顯示屬弱—中等。

2.3 白堊系下統志丹群含水層組

全區均有分布，巖性以各粒級砂巖，粉砂巖、砂質泥巖互層為主，中、下部為灰白色、紫雜色厚層礫巖。地層厚度208.75～542.15m，平均厚度310.55m。總體看白堊系下統志丹群含水層組，富水性弱—中等。

2.4 侏羅系中統直羅組孔隙裂隙承壓含水層組

分布于井田東部，巖性由各粒級砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖組成。鉆孔揭露地層厚度0～307.64m，平均厚度101.00m，為本區主要含水層之一，結構較疏松，斜層理較發育，局部裂隙發育，屬孔隙裂隙承壓含水層組。據區域資料，富水性弱—中等。

2.5 侏羅系中統延安組砂巖含水層組

區內廣泛分布。地層最薄129.07m（501孔），最厚375.49m（9-4孔），一般厚度235m。巖性由各粒級砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖夾煤層組成，主要煤層頂板一般都有砂巖含水層，屬層間孔隙裂隙承壓含水層。巖性為含礫粗砂巖、粗—細粒砂巖，為煤層頂板直接充水含水層。總體看侏羅系中統延安組砂巖含水層組，富水性弱—中等。

2.6 隔水層組

（1）第四系及新近系隔水層組。全區分布，第四系中部有亞粘土（黃土）層，新近系中上部有粘土（紅土）層，下部分布有鈣質結核層，巖性細，透水性差，厚度大，分布穩定，為區內主要相對隔水層組。

（2）直羅組上部泥巖隔水巖組。隔水層巖性以泥巖、砂質泥巖為主，巖性致密。它們透水性差，是一套較好的相對隔水層組。因處于煤層導水裂隙帶之上，故對阻隔松散層潛水及白堊系承壓水意義較大。但在井田西部缺失該段地層，對西部煤層的開采沒有意義。

（3）侏羅系中統延安組泥巖隔水層組。延安組煤系地層中，泥巖、砂質泥巖、粉砂巖較發育，但一般厚度不大，連續穩定性差，屬局部相對隔水層。

3 水文地質條件類型

井田無常年地表水系，地下水的主要補給來源為大氣降水的入滲補給。但因降雨量甚小，蒸發量遠大于降水量，故地下水補給來源貧乏。新增三維地震使勘探區整體形態為一傾角較緩的單斜構造，局部發育有小型褶曲，其中較大的褶曲為勘探區西北部發育的軸向近SN的向斜構造，軸向長度約1200m，兩翼寬度約500m。白堊系含水層富水性弱—中等，為中西部區直接充水含水層。其上覆第四系和新近系沙礫層含水層分布不連續，富水性弱—中等，為間接充水含水層。據本區和鄰區資料，含煤地層各含水層，富水性弱—中等，以弱為主。井田直接充水含水層屬弱—中等富水性，補給條件差—好，隔水層穩定性分布不均衡，水文地質邊界較復雜。根據《礦區水文地質工程地質勘探規范》（GB12719-91）、《煤礦床水文地質、工程地質及環境地質勘查評價標準》（MT/T 1091-2008）中的規定，詳細查明水文地質條件為以裂隙含水層充水為主（Ⅱ類），中等型，即Ⅱ類二型。

4 井田充水因素分析

4.1 水文地質邊界條件

水文地質邊界有2類：一是斷層（北、東、南），二是西邊煤層露頭。

井田北部邊界有吉爾根陶樂蓋斷層，井田南部邊界有沙爾陶勒斷層，東部邊界有蘇爾圖斷層。據區域資料斷層的富水性弱，導水性差，具有一定的隔水能力。在留有斷層煤柱情況下，邊界斷層可視為隔水邊界。西邊界煤層露頭在留有防水煤柱情況下，也可視為隔水邊界。

可以初步認為本井田的邊界是比較理想的阻水邊界，井田應為一相對獨立的水文地質單元。

4.2 充水水源

因本區無地表水體，充水水源主要是大氣降水和地下水2種。

4.3 充水通道分析

礦井充水的通道主要有：冒落帶、導水裂隙帶，斷層及構造裂隙，封閉不良的鉆孔等。

（1）冒落帶、導水裂隙帶。勘探成果表明，區內主要可采煤層有：8、13、15、17四層。礦井充水通道，主要為煤層采空導致頂板巖層冒落形成的導水裂隙帶。對此按規范提供的經驗公式依據煤厚、超厚煤層分采次數，煤層頂板巖石力學強度條件進行計算分析。因本區煤層層數多，有的分布不穩定，在此只對四層較穩定主要可采煤層作計算統計，見表1。

表1 冒落帶、導水裂隙帶計算結果統計表

4.3.1 冒落帶、導水裂隙帶高度計算。

依據《礦區水文地質工程地質勘探規范》，結合煤炭工業部頒發的“三下采煤”規程，選擇計算公式為：

H冒＝4M

H裂＝100M/（3.3n+3.8）+5.1

式中：H冒——冒落帶最大高度，m；

H裂——導水裂隙帶最大高度，m；

M——累計采厚，m；

n——煤層開采層數，當M≤4.2m時，n＝1；當4.2m≤M≤8.4m時，n＝2。

（2）冒裂帶溝通層位分析。表1中計算結果說明，本區8號煤層導水裂隙帶高度38.48～60.73m，一般＞51m。先期地段部分區導水裂隙帶發育高度貫通到白堊系下統志丹群下部或緊鄰底部，有的僅涉及到延安組頂部，先期地段外圍區最上可采煤層導水裂隙帶有的連通到直羅組含水層，有的波及到志丹群含水層組。8、13、15、17各煤層間距變化較大，8號煤以下的煤層再開采時，導水裂隙帶在部分區可能出現復合疊加，導致復合冒裂高度上移，但不會達至基巖頂面。應當指出的是，有的可采煤層間距很小，如17號與17上號煤層，二者的導水裂隙帶極易貫通，類似的小間距煤層分布較多。有的次要可采煤層（如6號或3號煤）頂板貼近志丹群底部，導水裂隙帶發育高度大部分位于志丹群巖組，應注意各煤層開采條件的變化。

4.3.2 斷層

斷層及構造裂隙對礦坑充水作用的影響，一方面表現在其本身的富水性；另一方面又往往是各種水源進入采掘工作面的天然途徑。所以，當采掘工作面與它們相遇或接近時，與它有聯系的水源則會通過它們涌入井下造成突水。

本井田構造簡單，斷層較少，沒有發現落差大于30m的斷層。但沒有進行過三維地震勘探工作，也沒有實際揭露資料，并不排除存在較大斷層的可能性，所以在今后的勘探、開采過程中應加強斷層的導水性和富水性的研究。

4.3.3 封閉不良的鉆孔

本井田鉆孔多數封閉較好，但也有少數鉆孔封閉不良。在開采過程中，遇到或接近這些鉆孔時應引起足夠重視，防止突水的發生。

4.4 充水強度分析

可采煤層主要的直接充水含水層為白堊系下統志丹群礫巖含水層組，侏羅系中統直羅組下部砂巖含水層組、延安組煤層間砂巖含水層組。

白堊系下統志丹群礫巖含水層組，分布連續，巖性粒度粗，孔隙、裂隙較發育，地下水區域補給條件好，含水層承壓水頭高，對井田形成的充水強度較大。直羅組下部砂巖含水層組，分布于東部區，厚度變化大，富水性弱—中等，以弱為主，充水強度較小。延安組煤層間砂巖是礦區主要可采煤層的直接充水含水層，富水性弱—中等，強度較大。

總體分析：礦井充水強度淺部煤層大于深部煤層，志丹群礫巖含水層組和延安組煤層間砂巖含水層組大于直羅組砂巖含水層組。多煤層復合冒裂區充水強度較大。隨著采空區面積擴大，礦井充水強度相應也增大。當遇較大導水構造裂隙時可能突發高強度充水，特別是頂部煤層，冒落帶可能直接導通志丹群含水層，礦井開采應引起高度重視。

5 礦井涌水量估算

5.1 涌水量估算范圍、方法及公式選擇

涌水量估算范圍主要是先期地段（約+500m以淺）范圍。因周圍沒有與本區擬建礦井相類似的生產礦井資料，故計算選用“大井”法。

估算選用“大井”法。估算公式采用地下水動力學公式，具體公式如下：

（1）承壓轉無壓完整井裘布依公式：

（2）吉哈爾經驗公式：

（3）“大井”影響半徑估算公式：

（4）“大井”引用影響半徑估算公式：

式中：Q——估算礦井涌水量，m3/h；

H——承壓含水層隔水層底板至承壓水位的距離，m，在數值上H=S；

S——水位降低值，m；

K——滲透參數，m/d；

M——含水層厚度，m；

h0——剩余水柱高度，m，h0=0；

R——影響半徑，m；

r0——“大井”引用半徑，m；

R0——“大井”引用影響半徑，m；

F——影響范圍面積，m2。

5.2 涌水量估算

5.2.1 延安組砂巖含水層涌水量估算

據生產實際資料，礦井涌水量多數穩定在一水平開拓面積1/3～1/5范圍內，其后采區接替或開拓范圍的增大，而相應的涌水量無明顯的增加，故礦井涌水量的估算面積采用各主采煤層一水平資源量估算面積的1/3。F值采用8煤層先期開采地段一水平儲量估算面積的約1/4，取F=4800000m2。

延安組砂巖含水層全區分布，厚度基本穩定，較均質，視含水層為均質各向同性無限邊界承壓含水層。水頭高度H值采用先期地段最底標高約+500m，與1-2孔白堊底至8煤、203孔延安組、203孔8煤底至17煤底、304孔延安組和304孔直羅組至8煤底5次抽水試驗靜止水位標高的平均值1276.72m的差值，即H= 1276.72-500=776.72m。

8號主采煤上部該含水層厚度由水文地質剖面上量取平均為21m，先期地段導水裂隙帶全部貫通，為完整型充水層。含水層厚度M=21m。

滲透系數采用1-2孔白堊底至8煤、203孔延安組、203孔8煤底至17煤底、304孔延安組和304孔直羅組至8煤底5次抽水試驗取得滲透系數的平均值，即：

采用上述參數及公式1、2、3、4估算延安組砂巖含水層涌水量為470m3/h。

5.2.2 志丹群含水層涌水量估算

先期開采地段可能導通的志丹群含水層大都分布在8煤層和5煤層露頭之間，F值采用+500水平8煤層和5煤層露頭之間8煤層儲量估算面積的約1/4，取F= 2200000m2。

先期地段志丹群地層厚度大，全區分布，含水層段巖性均質各向同性，屬無限邊界承壓含水層。水頭高度H值采用8煤層和5煤層露頭之間志丹群底最底標高約+750m，與3-2孔白堊、8-2孔白堊、201風下至8煤和601風下至8煤4次抽水試驗靜止水位標高的平均值1292.92m的差值，即H=1292.92-750=542.92m。

先期地段導水裂隙帶可能溝通含水層下部，含水層厚度M=20m。

滲透系數采用3-2孔白堊、8-2孔白堊、201風下至8煤和601風下至8煤4次抽水試驗取得滲透系數的平均值，即：

采用上述參數及公式1、2、3、4估算志丹群含水層涌水量為140m3/h，估算結果見表2。

表2 礦井涌水量估算結果表

5.3 估算結果評述

通過以上估算，延安組砂巖含水層涌水量470m3/h，志丹群含水層涌水量140m3/h，合計610m3/h。根據本區的水文地質條件和礦井充水途徑，選擇的計算方法合理，公式采用正確。因為鉆孔取得的參數為單孔小口徑試驗結果，一般數值偏小，所以得出的結果有所偏小，綜合條件而言其結果是基本可靠的。本次報告參照GB15218《地下水資源分類分級標準》大井法計算的結果，精度相當于D級，誤差大體在70%以內。延安組含水層涌水量470m3/h可作為礦井正常涌水量，兩個含水層的合計涌水量610m3/h可作為礦井最大涌水量。

6 存在問題與建議

（1）建議在先期開采地段建立水文地質長期觀測網，加強水文地質觀測，加強斷層的導水性、富水性的研究工作。

相鄰礦井出現過礦井突水情況，本礦井必要時對冒落帶、導水裂隙帶進行實測，研究各煤層冒落帶、導水裂隙帶的連通狀況，這種連通可能改變井田的充水條件，發生重大的突水事故，在建井和開采過程中應引起高度重視。

（2）本區地處毛烏素沙漠的西南邊緣，生態環境脆弱，水資源寶貴，井田建設中應做好環保工作，研究環境治理的一套措施及水資源保護和綜合利用。

P641

A

1004-5716(2015)06-0156-04

2014-06-03

2014-06-16

馬婧（1982-），女（漢族），安徽利辛人，工程師，現從事煤田地質報告編制工作。