貴州省興榮煤礦水文地質(zhì)條件分析及涌水量預(yù)測(cè)

楊 林，洪五華

（貴州省煤田地質(zhì)局水源隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550081）

1 礦區(qū)概況

興榮煤礦位于貴州省織金縣城北東約10km，屬織金縣綺陌鄉(xiāng)管轄，礦區(qū)面積為0.9553km2。礦區(qū)地貌主要屬低中山巖溶侵蝕地貌，其次為低中山構(gòu)造侵蝕切割地貌。全區(qū)可采煤層為6、16、21、27四層，總厚度平均7.80m。

2 水文地質(zhì)特征

2.1 區(qū)域水文地質(zhì)特征

興榮煤礦礦區(qū)位于織金煤田內(nèi)，織金煤田位于黔西北高原與黔中山原的過渡帶—黔西中山區(qū)，海拔高度一般在l400～1800m之間，山峰連綿，峰巒重疊。山嶺走向與地質(zhì)構(gòu)造線基本一致，主要呈北東向的條帶分布。

區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖層分布廣泛，巖溶發(fā)育，加之河谷縱橫割切，形成了叢山峻嶺間深溝狹谷及面積不大的山間槽谷及溶蝕盆地。織金煤田北、東、南三面，以六沖河和三岔河兩河流為主干，中部隆起之山脊為分水嶺，發(fā)育了較密集的支流，各河流下切強(qiáng)烈，多成深溝狹谷，流經(jīng)灰?guī)r地段，時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，瀑布懸掛，具有源短細(xì)流，水量隨季節(jié)性降雨暴漲暴落的特征。各河流是本區(qū)域內(nèi)地表水和地下水的集中排泄渠道。

織金煤田區(qū)內(nèi)地下水的主要類型是巖溶水、裂隙水、局部存在有孔隙水。地下水的賦存和富集、徑流及排泄，受構(gòu)造、地形及巖性的控制。

與煤礦床勘探和開采有關(guān)的含水層(帶)有：三疊系下統(tǒng)的永寧鎮(zhèn)組、飛仙關(guān)組，二疊系上統(tǒng)的大隆、長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M、峨嵋山玄武巖組，二疊系中統(tǒng)的茅口組。

巖溶水主要賦存于各向斜中的永寧鎮(zhèn)組、飛仙關(guān)組中、上部和向斜兩翼的茅口組等碳酸鹽巖層中。以上各組地層在區(qū)內(nèi)分布廣泛，地表上多成峰叢斜坡或峰叢谷地，具較典型的巖溶地貌；各類巖溶都十分發(fā)育，地下暗河亦屢見不鮮。

地下水以管道式暗流集中徑流為其特點(diǎn)，大致有這樣的規(guī)律：

（1）以礦區(qū)二級(jí)分水嶺為界，東部以條帶狀弧立管道為主，規(guī)模較小，地下徑流較短，在附近河谷兩側(cè)多以懸掛水的形成沿溶洞泄入河流中；西部暗河多呈樹枝狀展布，從兩翼向軸部匯流，主暗河向傾斜端徑流，規(guī)模一般較大，如：三塘暗河總長(zhǎng)達(dá)20km。

（2）地下水循環(huán)交替強(qiáng)烈，運(yùn)動(dòng)速度較快，地表水與地下水間存在明顯的互補(bǔ)和轉(zhuǎn)化。

（3）大氣降雨可以直接滲入補(bǔ)給，但含水巖層多被切割，排泄條件好，含水較豐富；季節(jié)性變化很大，往往是雨后遍地泉水橫溢，久晴則斷流干涸。

2.2 礦井水文地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)煤系地層之上的三疊系飛仙關(guān)組廣泛出露，溶丘緩坡和其它類型巖溶都較發(fā)育，富水性較強(qiáng)。煤系地層之下的峨嵋山玄武巖組缺失，煤系底部茅口組灰?guī)r較發(fā)育，富水性較強(qiáng)。一般情況下富水性較強(qiáng)的飛仙關(guān)組二段和茅口灰?guī)r對(duì)煤系地層沒有直接水力影響。礦區(qū)內(nèi)無大的地表水體，僅有少量季節(jié)性沖溝。在區(qū)內(nèi)也未發(fā)現(xiàn)泉水出露。

2.2.1 含水層

第四系孔隙含水層(Q)，厚0～20m，一般厚1～5m。以殘積、坡積為主，結(jié)構(gòu)松散。地表未見泉水出露，多屬透水層；在河谷地帶有沖積層分布，含少量孔隙水，富水性弱。

飛仙關(guān)組泥灰?guī)r巖溶裂隙含水帶(T1f)，此帶與上覆和下伏地層間巖性都是逐漸變化的，無明顯標(biāo)志，一般厚120m左右。為薄層、中厚層泥灰?guī)r，間夾薄層灰?guī)r。地表常成沿地層走向延伸的侵蝕山嶺地貌，地勢(shì)一般較高。垂直節(jié)理裂隙較發(fā)育，大部為方解石全充填。此帶以裂隙含水為主，含水性較弱，與上覆強(qiáng)巖溶水比較，尚具有相對(duì)的隔水作用。水質(zhì)屬低礦化度的重碳酸鹽鈣型水。

大隆、長(zhǎng)興組巖溶裂隙含水帶(P3c+d)，大隆組至6號(hào)煤層底，厚51～78m，一般厚65m左右。由硅質(zhì)灰?guī)r、燧石灰?guī)r、細(xì)砂巖、粉砂巖及煤層等組成。主要含水巖石為石灰?guī)r，一般6層，其厚37m。富水性中等。

茅口組石灰?guī)r溶洞水強(qiáng)含水帶(P2m)，在西部邊緣廣泛出露,由厚層狀，中厚層及薄層狀石灰?guī)r和燧石灰?guī)r等組成，厚達(dá)300余米。常為地勢(shì)較高的峰叢山地。巖石普遍破碎，巖溶裂隙十分發(fā)育，尤其頂部，常見蜂窩狀溶孔和方解石晶洞，裂隙面上有大量赤褐色、褐色氧化鐵附著，此帶出露面積廣，巖溶發(fā)育，補(bǔ)給條件好，是區(qū)內(nèi)含溶洞水最豐富的地層。

2.2.2 隔水層

煤礦含煤地層為龍?zhí)督M(P3l)，由細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、煤層及石灰?guī)r等組成。區(qū)內(nèi)龍?zhí)睹航M地層厚242～265m，一般厚251m；其中夾石灰?guī)r較穩(wěn)定的三層(即標(biāo)四、標(biāo)五及標(biāo)六)，大體上有由西往東略增厚之勢(shì)，巖性較不穩(wěn)定，常為粉砂巖取代。含水巖層與隔水巖層成互層狀。

2.2.3 構(gòu)造富水性

礦區(qū)內(nèi)斷層較少，地面共查明有2條，未出露地表的盲小斷層4條，總共6條。這些斷層的存在，對(duì)本區(qū)地下水補(bǔ)給、排泄、流向均有一定影響。

據(jù)勘探資料，本礦區(qū)斷層尚未與區(qū)內(nèi)強(qiáng)含水層直接溝通，所以斷層導(dǎo)水性較弱，對(duì)礦床充水影響較小。斷層切割是造成地層富水性不均勻的因素之一。一般來說，與補(bǔ)給區(qū)相連的斷層較強(qiáng)，反之富水性就弱。但斷層起隔水作用是有條件的，并不是所有斷層或者一條斷層的所有地段都具有隔水作用，這要視斷層帶接觸巖石而定，當(dāng)斷層接觸帶都是含水巖石，特別是巖溶化石灰?guī)r時(shí)，則有利于地下水活動(dòng)，而起導(dǎo)水作用。

2.2.4 地下水補(bǔ)給、徑流排泄情況

礦區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來源是大氣降雨。但各含水層的補(bǔ)給、排泄條件則取決于埋藏條件、含水層的充水空間的發(fā)育程度以及地形、地質(zhì)條件。

補(bǔ)給條件與排泄條件最好的是上覆的飛仙關(guān)組裂隙溶洞含水帶和下伏的茅口組裂隙溶洞含水帶。各種形態(tài)的巖溶很發(fā)育，大氣降雨及地表水可以直接滲入補(bǔ)給地下水，然后又沿各巖溶通道，在河谷兩岸流出排泄。

大隆、長(zhǎng)興組及龍?zhí)督M各含水帶，由于上覆有很厚的飛仙關(guān)組地層、埋藏一般都較深，加之出露地勢(shì)較高，地形又很利于大氣降雨及地表水的排泄，補(bǔ)給條件很差、埋藏越深越差。

補(bǔ)給條件比較而言：淺部比深部好，大隆、長(zhǎng)興組較龍?zhí)督M好。排泄條件和方向，主要受構(gòu)造、特別是斷層的控制和影響。

綜上所述，礦區(qū)內(nèi)主要礦體位于侵蝕基準(zhǔn)面以下，但礦區(qū)內(nèi)無地表水體；龍?zhí)督M上部煤層與上覆的大隆、長(zhǎng)興組巖溶含水層之間水力聯(lián)系較弱；龍?zhí)督M下部茅口組富水性強(qiáng)，但由于龍?zhí)兜撞浚?7煤層以下）的泥巖細(xì)砂巖對(duì)其能起到相對(duì)隔水作用，所以龍?zhí)督M下部煤層與下伏的茅囗組水力聯(lián)系亦弱，但隱伏斷層破碎帶可能成為礦井充水的直接或間接通道。巖溶裂隙水對(duì)煤礦床開采影響較小。固本礦床水文地質(zhì)類型屬第二類一型，即充水水源以含煤地層基巖裂隙充水為主，充水方式以頂板裂隙充水為主，屬水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的煤礦床。

3 礦井充水因素分析

3.1 充水水源

煤礦生產(chǎn)過程中頂?shù)装逍纬捎克肯鄬?duì)較大。煤礦已采3個(gè)工作面，采空區(qū)均存有積水，且采后出水量較大，是礦井涌水量的主要組成部分。隨著已采工作面逐步增加，采空區(qū)出水量及所占比例也逐漸增大，成為礦井的主要充水水源之一。

根據(jù)調(diào)查，礦區(qū)老窯主要在礦區(qū)西、北部煤層露頭處，已經(jīng)根據(jù)國(guó)家政策關(guān)閉，深度較大的老窯有6個(gè)，老窯內(nèi)均有積水，積水面積共約0.038km2，積水量約30000m3，成為礦井充水水源又一重要原因。

3.2 充水通道

3.2.1 基巖節(jié)理、裂隙

據(jù)勘探報(bào)告中地質(zhì)鉆探資料，區(qū)內(nèi)基巖節(jié)理、裂隙較發(fā)育，這些是連通含水地層與煤層的天然通道。

3.2.2 采煤冒落、裂隙帶未來煤礦的開采過程中，由于煤層大面積的開采，必將引起大量的采礦裂隙出現(xiàn)，這些人工裂隙將會(huì)是溝通含水地層與煤層的良好通道。

區(qū)內(nèi)16號(hào)煤層和18號(hào)煤層，21號(hào)煤層和23號(hào)煤層，相對(duì)間隔較小，在上層煤層開采時(shí)導(dǎo)水裂隙帶可能波及下層煤層。

4 最大涌水量預(yù)測(cè)

根據(jù)目前礦區(qū)開采的資料，礦井目前開采的標(biāo)高為+1266m，采空區(qū)面積為0.212km2，正常情況下涌水量為10m3/h,礦井最大涌水量為18m3/h。可采用比擬法進(jìn)行估算礦井未來開采+1150m水平時(shí)的礦井涌水量（二水平標(biāo)高）。計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 礦井涌水量估算結(jié)果

式中：Q——預(yù)測(cè)礦井涌水量，m3/d；

Ql——礦井現(xiàn)狀實(shí)測(cè)涌水量，m3/d；

F——礦區(qū)擬開采面積，km2，開采到+1150標(biāo)高時(shí)開采面積為0.53km2

Fl——礦區(qū)實(shí)際采空區(qū)面積，km2；

S——預(yù)測(cè)未來地下水位下降值，m；

Sl——礦區(qū)現(xiàn)狀水位降深值，m。

因此，礦井在未來開采至+1150m標(biāo)高時(shí)，預(yù)計(jì)礦井正常涌水量為24.33m3/h，最大涌水量為43.80m3/h。

5 結(jié)論

（1）合理規(guī)劃采區(qū)，抓好雨季“三防”和突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的防預(yù)工作。

（2）在施工過程中，加強(qiáng)對(duì)作業(yè)面的觀察，如發(fā)現(xiàn)冒汗、滴水、掉塊、片幫等異常現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的安全措施。嚴(yán)禁對(duì)煤層底板隔水層進(jìn)行大面積剝離，避免造成底板突水；重點(diǎn)注意以下地段：煤層被錯(cuò)動(dòng)地段、煤層遇底板灰?guī)r喀斯特突起地段、煤層巖體破碎，完整性差的地段。

（3）在開采前先探明水文地質(zhì)情況，并根據(jù)水文情況確定能否開采。在積水區(qū)附近開采時(shí)，必須先做放水試驗(yàn)，確實(shí)準(zhǔn)確認(rèn)定積水區(qū)積水被除數(shù)放完后方可進(jìn)行下一步工作。

（4）在開采過程中結(jié)合物探工作的結(jié)果，提前做好防治水的準(zhǔn)備工作。做到“有疑必探，先探后掘”。