艾維爾溝礦區水文地質特征及礦井充水因素分析

牛永波 李娜

摘 要：依據新疆艾維爾溝礦區以往地質勘查及煤礦開采成果資料，對礦區水文地質條件進行分析，闡述地下水對煤層開采的影響，分析礦井充水因素，對礦井開采及防治水害具有重要的指導意義。

關鍵詞：艾維爾溝礦區;水文地質;礦井充水;因素分析

中圖分類號：TD745;P641.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）28-00-03

Abstract： According to the Aiweiergou geological exploration and mining area ever coal mining results material， hydrogeological conditions in mining area was analyzed，and expounds the influence of ground water on coal bed mining， analyzes the mine water filling factors.

Keywords： Aiweiergou mining area;hydrogeology;mine water filling;factor analysis

新疆艾維爾溝礦區是新疆維吾爾自治區重要的煉焦煤生產基地，目前處于開采的后期階段，煤炭資源豐富，現每年有0.9 Mt以上生產量的1818井、1930礦井及2130礦井3對生產礦井，主要可采煤層5#、6#、7#、10#煤層。這些均屬主焦煤，煤質優良，為國內外奇缺煤種。煤層埋藏深度適中，開采技術條件比較簡單。近年來，隨著長期對煤礦床的開采，礦井充水成為影響煤礦生產的突出問題。因此，研究礦區水文地質條件具有重要意義[1]。

1 礦區地質概況

礦區位于烏魯木齊市以南的達坂城區（見圖1），東西長約25 km，南北寬約3.6 km，面積約為89.82 km2。艾維爾溝礦區位于北天山優地槽褶皺帶南部。該褶皺帶北與東北準噶爾褶皺帶和西南準噶爾坳陷接壤，南由博羅科努—阿其克庫都克超巖石斷裂為界，向西與準噶爾阿拉套相連，向東進入甘肅境內，呈近東西向展布，是一個典型的華力西優地槽褶皺帶。該褶皺帶在早古生代基礎上進一步演化而來，具有多旋回發展史，歷經7個構造幕次。早期以華力西旋回為主旋回，開始于早泥盆，結束于早二疊世末，自二疊紀開始進入中新生代構造發展階段。受印支構造、早燕山構造、晚燕山構造、早喜山構造及晚喜山構造控制，經喜山運動奠定了現代北天山高山深谷盆地的構造格局[2]。

礦區地層有志留系、泥盆系、石炭系和二疊系。這些地層組成了本區山間凹陷的基底，在此基礎上又沉積了三疊系、侏羅系和新生界的第三系、第四系。含煤地層為侏羅系中統西山窯組及下統八道灣組，含煤15層，其中主要可采煤層產于八道灣組，以焦煤為主，可作為煉焦用煤及配煤和動力用煤。

2 礦區水文地質特征

礦區地處天山山脈內之山間盆地，屬深溝谷盆地，呈東西狹長狀展布，南、北、西三面高山環繞，西高東低，最高海拔2 825 m，最低海拔2 050 m，最大相對高差達775 m。南北兩側以中高山脊為分水岒，最高達4 394.4 m，地形西高東低，高山區常年積雪，為礦區的主要補給水源。礦區兩側地形陡峭，降水時河水驟然增加，流域范圍之內的大量降水迅速泄于河中，是礦區的另一補給水源。

2.1 水文地質分區

礦區邊緣的中高山地帶，巖性為厚層狀石灰巖，中部夾薄層狀黑色泥巖，局部地區為安山巖及閃長玢巖。它的局部有泉出露，為一中等含水層。礦區內河流、溝谷切割地表，構成以艾維爾溝河為主的地表水系。礦區內侏羅系八道灣組、三工河組含水層構成承壓水斜地，富水性較弱。小范圍分布于溝谷中的第四系沖積層，構成孔隙潛水系統[3]。

2.2 含水層

2.2.1 侏羅統系下統八道灣組含煤巖系含水層（J1b）。八道灣組為主要含煤段，含煤12層組，本次研究對象為10號煤。煤層本身透水性微弱，為隔水層，煤層直接頂底板多為粗粒砂巖、中粒砂巖。當鉆孔鉆至10號煤層頂板時，沖洗液消耗量增大，說明頂板為一含水層。含水層產狀東緩西陡，傾角25°左右，為一單斜含水層，向南傾斜，地形西高東低，高差較大，坡度平均為35%～40%，各層水力坡度也與此相近。各層地下水的循環條件好，一般埋深小，多數承壓和自流。主要自流帶分布在東部一帶，各層間除了斷層有一定的溝通作用外，一般各層之間無水力聯系。各層的淺部（60～80 m）裂隙發育，局部為火燒區的燒變巖，故淺部（尤其是50 m以上）滲透性強，中深部裂隙不發育，滲透性較差，含水層深部（500 m以下）巖性完整，滲透性很差，滲透系數為0.002 2 m/d。

該含水層由中粒、細粒砂巖、粗粒砂巖及砂礫巖組成，總體上由東向西變粗，厚度為68.19～175.38 m，平均為149.73 m。局部裂隙帶較大，透水性能中等，據BJ9-2號抽水試驗孔，單位涌水量為0.005 33 L/（s·m），滲透系數為0.004 473 m/d，水質為HCO3·SO4—K+Na·Mg型，礦化度為0.658 g/L，為一極弱富水含水層。

2.2.2 第四系（Q）孔隙透水含水層。其主要由兩部分組成。

①第四系強含水層。第四系強含水層主要分布在河床及河流兩岸和支溝的溝谷內，含水層主要為Q4的沖洪積層。主溝含水層一般厚度不超過10 m，由砂礫石、卵石及漂石組成。北側支溝含水層高水位為18 m左右，低水位不詳。南側支溝第四系極薄，不予考慮。滲透性能各處不一，主支溝及古河床差別很大。據回風立井井筒檢查孔資料，第四系含水層單位涌水量為0.116 L/（s·m），滲透系數為0.73 m/d，淺井提水單位涌水量為0.222～3.333 L/（s·m），滲透系數為8.72～119.00 m/d，支溝水力坡度大，滲透性強。例如，光明溝水12號孔，單位涌水量為4.728 L/（s·m），滲透系數為54.9 m/d，水力坡度為0.13。焉耆溝T7探井提水單位涌水量為0.725 L/（s·m），滲透系數為32.12 m/d。古河床水量小，此含水層直接受河水補給，呈互補關系。此層水及河水是礦區開采的主要水患。

②第四系弱含水層。第四系弱含水層由全新統的坡積、坡洪積及中上更新世洪積、冰水沉積物組成，處于高臺地上，由砂土礫石組成，厚為10～42 m，泉水水量為0.08 L/s，一般不含水或弱含水。

2.3 隔水層

侏羅統系下統三工河組以深灰色粉砂巖為主，夾薄層狀砂質泥巖或細粒砂巖，巖性單一穩定。井檢孔揭露厚度為80.13 m，頂部有6.93 m的砂質泥巖，其余均為粉砂巖。中上部具高角度裂隙，為一相對隔水層。

2.4 地下水補給、徑流及排泄條件

2.4.1 地下水的補給條件。地下水的補給來源主要來自兩個方面。一是地表艾維爾溝河流的滲漏補給，河水與煤礦的地下水發生了直接的水力聯系。由于地勢西高東低及單斜巖層北高南低造成深部的承壓水頭較大，反過來補給河水。河谷在不同的地段泄排地下水，地下水與地表水成為互補互泄的關系。第四系含水層亦如此，1930平硐9線處河水補給第四系，7線處第四系補給河水。河流在流經礦區時產生滲漏補給，為地下水的主要補給來源。二是大氣降水的滲入補給。大氣降水對地下水的補給很少，一方方面是由于礦區氣候干旱，年降水量少而集中，另一面是由于地表坡度大易轉為地表徑流，不易補給地下水。

2.4.2 地下水的徑流條件。由于含水層與隔水巖層交替互層，阻止了各含水層之間水力聯系，加之地層向深部漸趨平緩，裂隙發育程度逐漸降低，因此地表水體和降水對砂巖裂隙含水層補給作用微弱。在自然狀態下，各含水層之間不存在水力聯系。地下水的徑流條件較差，總體沿地層傾斜方向，承壓水沿巖層面或裂隙向深部排泄，隨著含水層埋深的增加，由強烈交替帶變為緩慢交替帶，最終變為交替停滯帶。遇到河谷侵蝕區，地下水沿巖層走向，由河溝谷間分水嶺向谷地運動，以泉水或滲流形式補給河流。

2.4.3 地下水的排泄條件。地下水排泄途徑主要是人工排泄和向艾維爾溝河緩慢的排泄。人工排泄點是1930煤礦井下抽排。

3 礦井充水因素

根據區域水文地質條件、煤礦水文地質條件及礦床在區內的分布情況，初步查明了影響礦床充水的主要因素為地表水、基巖裂隙含水層、大氣降水、老窯及采空區積水。

3.1 地表水

艾維爾溝河自西向東縱貫整個礦區，是唯一常年流水的地表水體。該河是以工業用水、飲用及灌溉等為主要用途的多功能河流，發源于海拔3 520 m薄爾芒達依達板，經礦區向東匯入阿拉溝。此段全長70 km，坡降約41‰。煤礦西端距艾維爾溝河源頭20 km左右，其東又稱魚兒溝，為一羽狀水系，有19條支流，但常年性水流不多，其中在煤礦北側匯入干流的光明河、焉耆溝等水量較大。河流底質多為卵石、砂礫石和亞砂土[4]。因此，艾維爾溝地表水是礦區礦床充水的主要來源。

3.2 基巖裂隙含水層

礦區內賦煤地層為侏羅系八道灣組地層，巖性以粉砂巖、細粒砂巖和粗粒砂巖為主，局部夾炭質泥巖、礫巖及煤層。如表1所示，通過BJ9-2號抽水孔的抽水試驗，滲透系數為0.004 473 m/d，單位涌水量為0.005 33 L/（s·m），表明礦區賦煤地層的滲透性差，富水性弱?？梢姡V區賦煤地層巖性不利于礦床充水[5]。

另外，位于八道灣地層以北下伏的三疊系地層和上部的三工河組、二疊系地層的巖性均以泥巖、粉砂巖等為主，巖性組合與上述八道灣組賦煤地層巖性組合相似，不利于地下水的形成，對礦區礦床充水作用意義不大。

3.3 大氣降水

侏羅系八道灣地層巖性為一套河流相的含煤碎屑沉積巖。礫巖、砂巖等裂隙發育，透水性較好。另外，本區地貌呈狹長溝谷，地形坡度大，6—9月尤其是8月流域內氣溫升高，高山融雪水增加，降雨集中，暴雨成洪。大氣降水是礦床充水的重要因素。

3.4 老窯及采空區積水

在礦區內的廢窯，由于關停、廢棄時間較長，采空區有一定數量的滲水積存。今后開采的各煤層地處礦床淺部，一旦與廢窯或采空區貫通，將會導致老窯或采空區積水直接灌入礦井，對礦床的充水構成一定的危險。

3.5 構造

礦區主體為走向近東西、傾向南西的單斜構造，由北西向南東逐漸變緩。此外，構造較復雜，斷層發育，導致巖層破碎，裂隙發育。大氣降水和河水沿著層理面或構造裂隙面直接灌入礦井。

4 結語

本文總結了礦區以往地質勘查及煤礦開采成果資料，對礦區水文地質條件進行分析，并進一步闡述了地下水對煤層開采的影響，分析了礦井充水因素，對礦井開采及防治水害具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1]國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會.礦區水文地質工程地質勘查規范：GB/T12719—2001[S].北京：中國標準出版社，2001.

[2]國家安全生產監督管理總局.煤礦水文地質、工程地質及環境地質評價標準：MT/T1091—2008[S].北京：煤炭工業出版社，2008.

[3]國家安全生產監督管理總局.煤礦床水文地質勘查工程質量標準：MT/T 1163—2011[S].北京：煤炭工業出版社，2011.

[4]新疆煤田地質局一五六煤田地質勘探隊.新疆烏魯木齊市艾維爾溝礦區1930平硐延深勘探報告[R].韓城：陜西省煤田地質局一五六隊，2012.

[5]陜西省煤田地質局一三一隊.新疆維吾爾自治區烏魯木齊市艾維爾溝礦區1930煤礦勘探報告[R].韓城：陜西省煤田地質局一三一隊，2012.

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