九龍礦開采對地下水資源量影響研究

陳 宇，安峰江

（1.河北省地質礦產勘查開發局 第一地質大隊，河北 邯鄲 056000；2.河北工程大學，河北 邯鄲 056038）

1 概 況

九龍礦位于河北省邯鄲市市區西南，磁縣縣城西北地區，鼓山背斜東翼地區，地勢西高東低，平面呈菱形狀，面積20.226 9 km2。井田地表以低緩丘陵為主，東經114°14′05″～114°17′15″，北緯36°23′25″～36°28′20″，屬半干旱暖溫帶大陸性季風氣候。主要含煤地層為石炭系太原組及二疊系山西組，礦井正常涌水量19.5 m3/min（1 170 m3/h）。

礦區內含水層自上而下主要有第四系孔隙含水層（I）、新近系砂礫巖裂隙含水層（II）、上石盒子組砂巖含水層（III）、下石盒子組砂巖含水層（IV）、大煤頂板砂巖裂隙含水層（V）、野青灰巖裂隙巖溶含水層（VI）、山伏青灰巖裂隙巖溶含水層（VII）、大青灰巖裂隙巖溶含水層（VIII）、奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層（IX），各含水層位置情況如圖1 所示。

圖1 九龍礦水文地質柱狀圖Fig.1 Hydrogeological histogram of Jiulong Mine

2 號煤上覆巖層有4 個隔水層，且具有良好的隔水性，各含水層之間在正常條件下無水力聯系。

2 采煤工作面導水裂縫帶高度計算

影響垮落帶和導水裂縫帶發育高度的因素很多，包括上覆巖層的力學性質和結構特征、煤層厚度、傾角、采動影響程度、采煤方法和頂板管理方法等，根據九龍礦該區域內鉆孔揭露資料和煤層頂板巖石物理力學性質，九龍礦2 號煤層直接頂板為一層厚度1.0～2.3 m 的疏松灰黑色砂質泥巖，基本頂為6～8 m 厚的灰色中細砂巖，屬于軟弱-堅硬型頂板，上覆巖層以細砂巖、粉砂巖為主，綜合覆巖巖性為中硬巖層，礦井生產最大煤厚為6+1.5=7.5 m。

垮落帶和導水裂縫帶計算如下。

垮落帶：

導水裂縫帶：

式中：Hm為垮落帶最大高度，m；Hli為導水裂縫帶最大高度，m；∑M 為累計采厚，m。計算結果見表1。

表1 九龍礦垮裂帶高度計算Table 1 Calculation of caving zone height in Jiulong Mine

經計算預測，僅開采4 號煤時，煤層頂板的垮落帶最大高度為7.96 m，導水裂縫帶最大高度為34.49 m；僅開采2 號煤時，煤層頂板的垮落帶最大高度為14.91 m，導水裂縫帶最大高度為58.99 m；2 號煤和4 號煤同時開采時，垮落帶最大高度為16.02 m，導水裂縫帶最大高度為64.77 m。

3 含水層影響預測評估

含水層影響預測評估按照含水層結構、含水層水位、含水層水質、礦井涌水量及對周邊影響評估。

3.1 采礦活動對地下含水層結構破壞的影響

開采上組煤充水含水層有一定的補給水源，但補給條件一般（表2）。

表2 開采上組煤充水含水層富水性等級Table 2 The water abundance grade of upper coal seam water-filled aquifer

九龍礦開采2 號煤層，受采掘破壞或影響的含水層主要包括下石盒子組砂巖含水層、大煤頂板砂巖含水層、野青灰巖含水層。

九龍礦開采4 號煤層，受采掘破壞或影響的含水層主要包括野青灰巖含水層、山伏青灰巖含水層、大青灰巖含水層。

3.2 采礦活動對地下含水層水位的影響

（1）對第四系含水層水位影響。

礦區各含水層之間水力聯系較弱，各水文單元間相對獨立，因此礦山生產排水造成的下層含水層的水量減少對第四系含水層水位的影響較輕。

（2）對2、4 號煤頂板含水層水位影響。

采空區內產生的裂隙帶會相互作用，導致上部地層含水層的地下水順著裂隙往下流動。因礦區內存在較多隔水斷層，可劃分為4 個單元，因此，不能采用單一的模型對其影響范圍進行計算評估，根據開采計劃，近期采礦活動將對1、3、4 單元造成影響，礦山開采導致上述含水層排泄條件發生改變，形成以開采區為中心的地下水降落漏斗。

（3）對底部奧灰水含水層水位影響。

“下三層”煤（7 煤、8 煤、9 煤）及深部6煤由于受到大青、奧灰水的威脅，不進行開采，九龍礦4 煤距奧灰水很遠，在正常條件下開采活動不會導致奧灰與大青灰巖含水層水力聯系的變化。僅在煤層底板存在大型導水構造時，才有可能改變水力聯系現狀，對奧灰水產生影響。

井田斷層比較發育，斷層帶充填物多為灰色粘土類物質，膠結差，一般情況下，斷層不導水。到目前為止，揭露的斷層均不導水，但不排除采動條件下，在礦山壓力和水壓力雙重作用下發生斷層活化的可能。在生產過程中，嚴格采取“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則。

3.3 采礦活動對礦區地下水水量的影響

由于所涉及到的含水層本身富水性較弱，各水文地質單元相對封閉獨立，補給困難。因此，礦坑排水勢必造成地下水資源儲量的減少、水位下降，甚至疏干。

3.4 采礦活動對礦區地下水水質的影響

根據現有監測資料表明，礦山排水對各含水層水質影響不明顯，預計近期開采，礦井水質不會發生較大變化，對水質影響較輕。

3.5 對生產生活用水的影響

周邊村莊生活用水主要取自第四系沖洪積層含水層和奧灰水，這兩層水受采礦活動影響較輕，因此，礦井近期開采對周圍村莊群眾生產、生活用水影響較輕。

4 結 論

通過理論計算，九龍礦開采的導水裂隙帶最大高度為64.77 m，垮落帶最大高度為16.02 m。研究分析了各含、隔水層地質條件和富水性，總結得出礦山含水層破壞特點如下。

（1）下石盒子組砂巖含水層、大煤頂板砂巖含水層、野青灰巖含水層、山伏青灰巖含水層、大青灰巖含水層受影響嚴重。

（2）受影響含水層以靜儲量為主，富水性不強，由于被長期疏放，水位下降較嚴重。

（3）礦井生產對第四系含水層及煤層下部奧陶系含水層影響較輕，對礦井及周邊群眾生產、生活用水影響較輕。

（4）礦山開采對含水層破壞程度較嚴重，礦井生產疏干排水量較大，水文地質單元較封閉，應當針對礦山特點，提出修復措施。