轉龍灣井田水文地質(zhì)特征及充水因素分析論文

　　轉龍灣井田位于東勝煤田的東南部，行政區劃歸屬為鄂爾多斯市伊金霍洛旗納林陶亥鎮，發(fā)改委對本井田的批復面積為56.86km2，開(kāi)發(fā)規模500萬(wàn)t/a。井田范圍內為侵蝕性高原地貌特征，地表大面積被第四系風(fēng)成砂覆蓋，僅有少量基巖出露，溝谷發(fā)育，其中公捏爾蓋溝沿北東、南西向橫穿礦區，為一常年性流水溝，雨季可形成短暫的洪水，將直接影響礦井的正常開(kāi)采。井田內地下水主要劃分為第四系松散巖類(lèi)孔隙潛水含水巖組和侏羅系碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙潛水、承壓水含水巖組，其中，侏羅系中統延安組（J2y）承壓水含水層為含煤地層，為礦坑的直接充水水源，在進(jìn)行煤層開(kāi)采時(shí)，地下水主要沿著(zhù)砂巖孔隙通道涌入礦坑。因此，通過(guò)研究井田的水文地質(zhì)特征和充水條件，對井田安全開(kāi)采非常重要。

　　1井田自然地理及地質(zhì)狀況

　　1.1自然地理狀況

　　區內地形總的走勢為北東高、西南低，一般海拔為1183～1405m，溝谷縱橫，為侵蝕性高原地貌。區內溝谷發(fā)育，但多為間歇性溝谷，其中公捏爾蓋溝沿北東、南西向橫穿礦區，為一常年性流水溝，集中降雨時(shí)可形成洪流。在井田西界外還發(fā)育有地表河流烏蘭木倫河，區內溝谷多為其支溝。烏蘭木倫河為一常年流水的河流，集中降雨時(shí)可形成短暫的洪流，旱季僅有溪流，平均流量4.3m3/s，最高洪水位標高1185～1222.1m，由北向南徑流，最終流入黃河[1-3]。此外，在井田附近還分布有寶勒高水庫和轉龍灣水庫，其中寶勒高水庫位于公涅爾蓋溝下游，轉龍灣水庫位于烏蘭木倫鎮境內的東西烏蘭木倫河交匯處，為大型水庫[4-5]。

　　1.2井田地質(zhì)

　　1.2.1井田構造

　　轉龍灣井田所屬的東勝煤田地處鄂爾多斯盆地的東北方向，區域地質(zhì)單元為華北地臺鄂爾多斯臺向斜東勝隆起區，總體為一向南西的單斜構造[6]，構造簡(jiǎn)單，僅有一些寬緩的和斷距小于20m的斷層。轉龍灣井田地處區域含煤地層的東南部，其地質(zhì)構造與區域含煤地層基本一致，整體為一單斜構造，傾向W—SWW，傾角1～2°，僅有一些寬緩的波狀起伏和斷距小于20m的斷層。波狀起伏的軸向大致呈NESW向排列，多分布在井田的西南部，在ZK5934—ZK5914孔之間地層略有隆起。從煤層底板等高線(xiàn)圖上及剖面圖上反映出：在ZK6114—ZK6131孔之間等高線(xiàn)較密集，通過(guò)加密構造孔ZK6131-1，編錄中發(fā)現有斷層跡象。因此可推斷在ZK6114—ZK6131-1孔之間有一小斷層，斷距10m左右；走向為南北向，向西傾的正斷層。其影響范圍較小，走向上小于1000m，并由上向下斷距減小。礦區內未發(fā)現大的褶皺和對煤層具明顯破壞作用的斷層等構造，亦未見(jiàn)巖漿巖侵入體，礦區構造復雜程度屬簡(jiǎn)單類(lèi)型。

　　1.2.2井田地層

　　井田地層由老至新依次為：三疊系上統延長(cháng)組（T3y）、侏羅系中下統延安組（J1-2y）、侏羅系中統直羅組（J2zh）、侏羅系中統安定組（J2an）、白堊系下統伊金霍洛組（K1y）、第四系上更新統薩拉烏蘇組（Qp3s）、第四系全新統（Qh）。見(jiàn)表1。

　　2井田水文地質(zhì)條件

　　2.1含水巖組劃分及特征

　　依據井田內地下水的水動(dòng)力特征和埋藏條件，可將井田內含水層劃分為二大類(lèi)。

　　2.1.1第四系松散巖類(lèi)孔隙潛水含水巖組

　�、俚谒南等�新統（Q4al+pl）沖積、洪積孔隙潛水含水層。

　　該含水層大多發(fā)育于烏蘭木倫河和公捏爾蓋溝等較大的溝谷，呈條帶狀。巖性由砂、礫石及少量的泥質(zhì)組成，含水層平均厚度8.67m，靜止水位0.85～1.04m，涌水量0.071～0.483L/s，單位涌水量0.0103～0.23L/s.m，滲透系數0.1116～3.433m/d。水位標高1183.30～1201.78m，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Ca型水。

　�、诘谒南瞪细�新統薩拉烏蘇組（Q3S）孔隙潛水含水層。

　　主要分布在礦區的南部，被第四系風(fēng)積沙覆蓋，地表僅在公捏爾蓋溝兩側岸坡、溝口等地出露。薩拉烏蘇組地層疏松、透水性好、含水，與上部第四系風(fēng)積沙構成統一的含水層組，是本區的主要含水層，該組地層在井田區大面積分布，但厚度在不同地段差異很大，厚度一般為7～48米。該含水層巖性為粉細沙、亞砂土，厚度為1.77～40.42m，埋藏深度為13.60～28.78m，涌水量0.062～2.315L/s，單位涌水量0.021～0.81L/s·m，滲透系數為0.014～4.879m/d，水位標高1236.62～1242.43m，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3—Ca水，礦化度0.23g/L，水溫13℃，具有供水意義。該含水層的上覆一層厚5～20m的風(fēng)積粉細砂，透水而不含水，它接受大氣降水入滲補給下伏含水層。

　　2.1.2侏羅系（J2an-J1-2y）碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙潛水、承壓水含水巖組

　�、儋�羅系碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙潛水含水巖組。

　　主要分布于虎石溝、郭家村、秦家圪旦、劉家圪堵一帶，含水巖性為砂巖、砂礫巖，民井日出水量50～500升，動(dòng)態(tài)變幅0.81m，水位標高1290～1362m，水位埋深1.85～13.65m，水化學(xué)類(lèi)型HCO3-Ca·Na型水，水溫8～10度，礦化度0.25g/l。

　�、谫�羅系碎屑巖承壓水含水巖組。

　　根據本次施工鉆孔資料，該承壓含水組共包括九個(gè)承壓含水層，各承壓含水層之間都有相對隔水層，相互間水力聯(lián)系微弱。承壓含水巖組中的各含水層無(wú)論在平面上，還是在厚度上，自上而下逐漸減小，而水頭壓力自上而下逐漸增大，單位涌水量逐漸減小。根據施工鉆孔，此次抽水試驗目的層主要為安定組（J2an），含水層平均厚度23.65m，靜止水位12.70～51.00m，涌水量0.046～3.92L/s，單位涌水量0.002～0.0713L/s·m，滲透系數0.0094～0.215m/d。水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Ca型水。

　　2.2地下水補給、徑流、排泄條件

　　2.2.1潛水補給、徑流、排泄

　　井田范圍內潛水主要賦存在第四系薩拉烏蘇組沖湖積層中、溝谷內沖洪積層中。沙丘潛水補給來(lái)源主要為大氣降水以及少量深部承壓水的頂托越流，溝谷潛水補給來(lái)源主要為大氣降水，其次為溝谷兩側沙丘潛水的側向徑流和深部承壓水的頂托越流。溝谷潛水沿河流流向徑流，溝谷兩側沙丘潛水向溝谷方向徑流。溝谷內的潛水主要是沿著(zhù)河流的下游以徑流的方式排泄，沙丘潛水總體是向溝谷排泄。

　　2.2.2承壓水補給、徑流、排泄

　　礦井承壓水賦存于志丹群（K1zh）及侏羅系中統（J2）砂巖中，志丹群（K1zh）在區內少量出露，侏羅系中統（J2）沒(méi)有出露。因此，承壓含水層主要接受側向徑流補給，其次為潛水含水層入滲補給。承壓水的徑流方向，受區域構造形態(tài)影響，總體順著(zhù)巖層傾向方向運移。井田承壓水以側向徑流排泄為主。

　　3礦井充水因素

　　3.1充水水源

　　通過(guò)對井田水文地質(zhì)條件研究，礦井充水水源主要為大氣降水、地表水體和地下水。

　　3.1.1大氣降水

　　轉龍灣井田地處氣候干旱的內蒙古高原，降雨時(shí)空分布不均，降雨主要集中在每年7～9月份，且多為大暴雨，地表易形成短暫洪流，降水多以徑流的形式排泄，少量入滲補給地下水。井田內無(wú)煤層直接出露地表，且煤層上部發(fā)育有相對隔水層，區內大氣降水首先滲入補給充水含水層，然后再涌向礦坑，因此大氣降水為礦井的間接充水來(lái)源。大氣降水對礦井的充水作用，主要受降雨的時(shí)空特征和大氣降水入滲補給充水含水層能力的影響，因此大氣降水對礦井充水具有明顯的時(shí)空特征。

　　3.1.2地表水

　　轉龍灣井田內溝谷較發(fā)育，在井田內發(fā)育的公捏爾蓋溝及井田西側的烏蘭木倫河均為常年性地表徑流，對礦床充水的影響很大，并且本區降雨較集中，多以暴雨形式出現，雨后易形成地表洪流，造成淹井事故。因此，井口、通風(fēng)口的位置應選擇在最高洪水位之上，并采取必要的防洪措施，防止地表洪流造成淹井事故。此外，在井田范圍內還分布有兩較大地表水體寶勒高水庫、轉龍灣水庫，這兩處地表水體均對礦井充水均具有較大影響，在這些地表水體附近采煤時(shí)，要留設保安煤柱或禁止開(kāi)采，并加強礦坑涌水量監測，及時(shí)做好防突水工作。因此，在集中降雨季節應加強井下水文觀(guān)測，并提前做好防排水工作，以免地表水直接流入礦井造成安全事故。

　　3.1.3地下水

　　井田第四系薩拉烏蘇組（Q3s）、全新統（Q4al+pl）沖洪積砂礫層孔隙潛水含水層富水性較好，但該含水層距離含煤地層較遠，且與含煤地層之間存在多層隔水層，通常不直接向礦坑充水。根據地勘資料，施工鉆孔ZK5515孔一帶存在隔水頂板缺失，形態(tài)呈圓形，直徑約1000m，潛水與下伏煤系地層的砂巖含水層直接接觸融為一體，因此當采空冒落帶的高度達到此含水層時(shí)，潛水含水層將間接向礦床充水。白堊系下統志丹群、侏羅系安定組潛水～承壓水含水層的富水性弱～中等，其巖性一般為中、細粒砂巖，結構致密、裂隙不發(fā)育且距離煤層較遠，因此，煤系地層上部志丹群、安定組潛水～承壓水含水層，對礦坑的充水影響較小，是礦坑的間接充水來(lái)源。三疊系上統延長(cháng)組（T3y）承壓含水層富水性弱，隔水頂板滲透性差，與上部含煤地層水力聯(lián)系弱，是礦床的間接充水水源。侏羅系中統延安組（J2y）承壓水含水層富水性弱，但因其是含煤地層，地下水沿著(zhù)砂巖孔隙通道進(jìn)入礦床，是礦床的直接充水水源。

　　3.1.4老窯水

　　井田內無(wú)生產(chǎn)礦井及老窯，但其北側緊鄰王家塔煤礦，南側緊鄰巴圖塔煤礦，王家塔煤礦正在建設中，巴圖塔煤礦已生產(chǎn)多年，生產(chǎn)規模為120萬(wàn)噸/年[7]。隨著(zhù)東勝煤田的大規模開(kāi)發(fā)，井田鄰區的采空面積也不斷擴大。因此，在開(kāi)采過(guò)程中，不能越界開(kāi)采，以防鄰區礦井老窯水對礦坑涌水。

　　3.2充水通道

　　礦井充水的主要通道有地層的斷裂裂隙帶、孔隙、頂板冒落裂隙帶、底板突破、封閉不良的鉆孔等[8-10]。轉龍灣井田地質(zhì)構造簡(jiǎn)單，區內斷裂、裂隙通道不發(fā)育，天然狀態(tài)下地下水主要通過(guò)砂巖的孔隙通道向礦坑涌水，由于地下水各含水層之間發(fā)育有相對隔水層，相互之間水力聯(lián)系較弱，礦坑涌水通常表現為淋水、滴水和滲水，且分布不均。區內施工鉆孔均按鉆探規范和設計嚴格封孔，但仍可能存在個(gè)別封閉質(zhì)量不嚴格的鉆孔，封閉不合格的鉆孔將成為煤層上下含水層的涌水通道。延長(cháng)組（T3y）為含煤地層的沉積底板，承壓含水層富水性弱，隔水頂板滲透性差，與上部含煤地層水力聯(lián)系弱，所以底板突破通道不發(fā)育。

　　4結論

　�、俎D龍灣井田上部薩拉烏蘇組（Q3s）含水層富水性較好，水量豐富，且施工鉆孔ZK5515孔一帶存在隔水頂板缺失，導致該處第四系潛水含水層與下伏煤系地層的砂巖含水層直接接觸融為一體，當采空區形成的冒落帶和導水裂隙帶的高度達到此含水層時(shí)，將間接向礦坑充水。因此進(jìn)行煤層開(kāi)采時(shí)應邊采邊探，防止煤層開(kāi)采時(shí)導通該含水層造成礦井涌水。

　�、谵D龍灣井田地表溝谷發(fā)育，集中降雨時(shí)易形成洪流，并且在井田內的公捏爾蓋溝下游已建成包勒高水庫，因此，建議該地段應嚴禁開(kāi)采或留有足夠的保安煤柱，同時(shí)開(kāi)采至這些地段附件要嚴加防范，防止煤層開(kāi)采時(shí)導通地表水體。

　�、劬�田內溝谷發(fā)育，薩拉烏蘇組（Q3s）、沖洪積（Q4al+pl）潛水含水層的富水性好，水質(zhì)良好，在公捏爾蓋溝中采取大口井或地下截伏流法取水，可以獲得較為豐富的地下水量，是未來(lái)礦井生產(chǎn)生活的主要供水水源。

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