煤田地質論文：煤碳基地水文地質分類分析

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本文作者：唐燕波1翟立娟1傅耀軍2馬秀芬1李七明1李振興1張蕊1作者單位：1中國煤炭地質總局第一水文地質隊2中國煤炭地質總局水文地質局

含水層發(fā)育特征

1松散巖類孔隙含水層

松散巖類孔隙含水層，主要由第四系及局部地區(qū)成巖作用較差的新近系及古近系組成，巖性以中細砂、砂礫石、卵礫為主，粒度、厚度變化較大，富水性不均一。各煤炭基地規(guī)劃礦區(qū)均有分布，主要與新近系及古近系煤層與侏羅系煤層的開采關系較為密切。在鄂爾多斯盆地東部、內蒙古東部、東北及新疆青海等地的煤炭基地內松散巖類孔隙含水層富水性較強，而在華北地區(qū)及云貴等地則較弱。

2碎屑巖夾碳酸巖類裂隙-巖溶含水層

碎屑巖夾碳酸巖類裂隙-巖溶含水層，包括白堊系、侏羅系、二疊系和石炭系含水層，巖性主要為上述各時代地層中的砂巖、礫巖、砂礫巖及其灰?guī)r夾層。白堊系裂隙含水層主要分布在鄂爾多斯盆地中部，富水性較強；侏羅系裂隙含水層主要分布在東北等地，富水性較強；石炭—二疊系裂隙-巖溶含水層主要分布在華北地區(qū)，其砂巖裂隙含水層的富水性相對較弱、太原組裂隙-巖溶含水層在山西省煤炭基地富水性較弱，在冀中、魯西、河南、兩淮煤炭基地富水性相對較強。

3碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層

由于各時代碳酸鹽巖巖性特征、組合關系和構造部位不同，巖溶裂隙發(fā)育程度差異較大，巖性以灰?guī)r、白云質灰?guī)r、白云巖為主。在華北地區(qū)為石炭—二疊系煤層的基底，富水性較強，在云貴基地其上、下均發(fā)育裂隙巖溶含水層，富水性中等。

煤層與含水層的疊置關系

1垂向上

在山西省及冀魯豫皖煤炭基地主要發(fā)育石炭—二疊系煤層（圖1），孔隙、裂隙含水層位于二疊系主采煤層之上，巖溶裂隙含水層位于石炭系煤層之上、巖溶含水層位于石炭系煤層之下。鄂爾多斯盆地周邊煤炭基地發(fā)育侏羅系煤層，孔隙、裂隙含水層位于侏羅系煤層之上，在盆地深部侏羅系煤層之上主要為白堊系裂隙含水層，而在盆地淺部侏羅系煤層之上主要為第四系孔隙含水層。蒙東（東北）基地主要發(fā)育侏羅系煤層，孔隙、裂隙含水層位于主采煤層之上。云貴基地主要發(fā)育二疊系煤層，主采煤層上下均為巖溶含水層及裂隙含水層。

2平面上

山西省、冀魯豫皖、云貴煤炭基地主要開采石炭—二疊系煤層，孔隙和裂隙含水層位于煤層之上，富水性相對較弱，僅在山間溝谷處第四系孔隙水富水性較強。鄂爾多斯盆地周邊煤炭基地主要開采煤層為侏羅系，第四系孔隙含水層和白堊系裂隙含水層位于主采煤層之上。從平面上看盆地北部毛烏素沙漠一帶，地勢平坦，含水層有利于接受大氣降水入滲補給。第四系薩拉烏蘇組孔隙含水層多為風積砂所覆蓋，當其上無良好隔水層時，往往與沙丘潛水溝通，單井涌水量一般為200～1000m3/d，最大可達3000m3/d，富水性較好。白堊系裂隙含水層巖性為河流相砂巖、含砂礫巖，間夾有泥巖、砂質泥巖，泥巖和砂質泥巖在平面上分布不連續(xù)，空間上多呈透鏡狀，尚不能構成區(qū)域性隔水層，地下水水力聯(lián)系密切，并同上覆風積砂層或薩拉烏蘇組沖湖積砂層構成統(tǒng)一的含水層，單井涌水量一般為100～1791.07m3/d，含水層富水性為中等-強。該地段分布第四系薩拉烏蘇組孔隙水和白堊系裂隙水供水目標區(qū)。盆地南部黃土丘陵區(qū)。不利于大氣降水入滲補給，第四系孔隙含水層巖性主要為中更新統(tǒng)離石黃土，其間夾有多層砂質含量較大的黃土及十數(shù)層古土壤與鈣質結核層，下部新近系及古近系泥巖為隔水底板，含水層富水性較弱。白堊系裂隙含水層，巖性是一套多層結構的、以泥巖為主的湖泊相及沙漠相沉積的砂巖，是地下水的主要富水層位。含水層僅在河谷出露，多被第四系黃土覆蓋，埋深數(shù)十至百米，地下水補給條件差。由于上部新近系及古近系泥巖隔水層的存在，阻斷了黃土層地下水與下伏白堊系地下水的水力聯(lián)系，總體不利于地下水富集。蒙東（東北）基地主要發(fā)育侏羅系煤層，松散層孔隙和裂隙含水層位于主采煤層之上。由于各規(guī)劃礦區(qū)所處的地理位置差異，煤層的埋藏深度差別較大。蒙東（東北）基地規(guī)劃礦區(qū)煤層埋藏較淺，如，寶日希勒礦區(qū)，煤層埋深最淺27m，最低可采煤層埋藏深度一般不超過250m。扎賚諾爾、大雁、伊敏、霍林河、白音華和勝利礦區(qū)，主采煤層距松散層孔隙含水層為12～180m，煤層埋藏較淺，大部分地段采煤導水裂隙帶發(fā)育至地表。從平面上看，蒙東地區(qū)扎賚諾爾、寶日希勒、大雁、伊敏、霍林河、白音華和勝利礦區(qū)位于內蒙古高原,地表水系發(fā)育，地下水補給條件好。煤種為褐煤，煤層皆為含水層，煤層及其頂、底板砂礫巖、砂巖構成含水層組。煤層埋藏較淺，而煤層由于構造及風化作用影響，裂隙發(fā)育，與上覆第四系含水層水力聯(lián)系密切。該區(qū)松散層孔隙含水層鉆孔單位涌水量在0.0279～5.63L/（s•m），煤系裂隙含水層鉆孔單位涌水量在0.001～05L/（s•m），局部地段達19.245L/s•m，含水層富水性以強富水、中等富水為主。平莊礦區(qū)多為低山丘陵，孔隙和裂隙含水層，鉆孔單位涌水量分別為0.05L/s•m、0.03L/(s•m)，富水性弱。

煤礦床水文地質類型劃分

1考慮因素

與以往水文地質類型劃分不同，本文是針對煤炭基地規(guī)劃礦區(qū)進行煤礦床水文地質類型劃分，因此僅考慮了以下因素。

1）充水水源

煤炭基地規(guī)劃礦區(qū)主要發(fā)育三大含水層，即松散巖類孔隙含水層，碎屑巖夾碳酸巖類裂隙-巖溶含水層，碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層。本次劃分未考慮大氣降水、地表水及老空水。不同的充水水源具有不同的充水特征，特別是在充水水量和動態(tài)特征等方面，差異更大。一般地說，巖溶充水水源充水量大，來勢猛，破壞性強；砂巖裂隙充水水源充水量小，動態(tài)較穩(wěn)定，一般情況下對礦井安全生產(chǎn)威脅不大；松散未膠結的孔隙充水水源充水量不均勻，有大有小，有時發(fā)生充砂、塌陷等現(xiàn)象，在分析時，應視具體水文地質條件而定。在實際生產(chǎn)中，開采某時代煤層的充水水源往往不止某一種，多為兩種或兩種以上的充水水源同時涌入礦坑。將可開采煤層的主要充水水源和它們的組合再分亞類，即：A，巖溶水；B，孔隙水；C，裂隙水；D，巖溶-孔隙水；E，巖溶-裂隙水；F，裂隙-孔隙水六大亞類。

2）充水方式

充水方式反映了充水水源進入礦坑的方向和特征，據(jù)此可合理選擇相應礦坑涌水量預測的水文地質概念模型，有的放矢地決定防治突水災害的方向和措施。為此將其劃分為兩大型，即：1，頂板充水型；2，底板充水型。

3）充水途徑

煤層頂、底板充水是最基本的兩種型式。在實際煤層回采過程中，頂、底板的具體充水方式要復雜得多。煤層頂、底板充水包括直接充水和間接充水。頂、底板直接充水即為煤層頂、底板為充水含水層；頂板間接充水是指煤層開采后形成的導水裂隙帶導通了上部的含水層，底板間接充水是指煤層隔水底板強度不足以抵抗底板承壓含水層水頭而引起的充水（底鼓型）或因斷裂或陷落柱等內邊界導通引起的充水。故根據(jù)頂、底板具體的充方水式，對每一類型再細分為兩種亞型，即：a，直接充水亞型；b，因斷裂、陷落柱等內邊界導通的間接充水亞型。

2劃分結果

山西省、冀魯豫皖煤炭基地主要發(fā)育石炭—二疊系煤層，孔隙及裂隙含水層位于二疊系煤層之上，富水性較弱，僅在山間溝谷地段孔隙含水層富水性較強，二疊系煤層冒落裂隙帶高度主要發(fā)育在裂隙含水層之中，在煤層埋藏較淺處，發(fā)育至孔隙水中；石炭系煤層上部為裂隙巖溶含水層，在山西省各煤炭基地太灰含水層厚度薄，富水性較差，而在冀中、河南、兩淮、魯西基地太灰含水層厚度大，層數(shù)多，富水性較強，且煤層底板距巖溶含水層較近，在水頭壓力作用下，使奧陶系巖溶水向上進入礦井，形成礦坑涌突水，其水文地質類型為ⅡC1a、ⅡB1b、ⅠE1a、ⅠA2b。由于二疊系上組煤距離奧陶系較遠，底板隔水層厚度大，煤層開采礦壓破壞帶小于底板隔水層厚度，使得正常地段奧陶系巖溶水難以突入礦井，但是在大型構造地段，奧陶系巖溶水有可能向上進入礦井，如霍州、峰峰、邯鄲、邢臺、平頂山、鄭州、焦作、鶴壁、肥城、新汶和淄博礦區(qū)（南），其水文地質類型為ⅡC1a、ⅡB1b、ⅡA2b、ⅠE1a、ⅠA2b。冀中基地的蔚縣、宣化下化園和張家口北部礦區(qū)發(fā)育侏羅系煤層，孔隙及裂隙含水層位于侏羅系煤層之上，富水性較弱，下部為巖溶含水層，富水性強，水文地質類型為ⅢC1a、ⅢB1b、ⅢA2b。冀中基地開灤礦區(qū)發(fā)育石炭—二疊系煤層，孔隙及裂隙含水層位于二疊系煤層之上，石炭系煤層上部為裂隙含水層，下部為裂隙巖溶含水層，水文地質類型為ⅡC1a、ⅡB1b、ⅠC1a、ⅠA2b。鄂爾多斯盆地周邊的煤炭基地主要開采侏羅系煤層，第四系孔隙含水層和白堊系裂隙含水層位于主采煤層之上，富水性均較好，礦區(qū)邊緣地帶采煤導水裂隙帶高度發(fā)育至第四系孔隙含水層，局部地段發(fā)育至地表，礦區(qū)中部煤層埋藏較深，采煤導水裂隙帶高度發(fā)育至白堊系裂隙和第四系孔隙含水層，礦區(qū)深部煤層埋藏深，且白堊系裂隙含水層厚度大，采煤導水裂隙帶高度僅發(fā)育至白堊系裂隙含水層，因此水文地質類型為ⅢC1a、ⅢB1b、ⅢF1a。而神東基地的神東礦區(qū)、準格爾礦區(qū)侏羅系煤層埋藏淺，煤層之上主要發(fā)育第四系薩拉烏蘇組孔隙含水層，富水性強，采煤導水裂隙帶高度可發(fā)育至第四系薩拉烏蘇組孔隙含水層，甚至達到地表，其水文地質類型為ⅢF1a。在鄂爾多斯盆地周邊基地還發(fā)育有石炭—二疊系煤層，孔隙及裂隙含水層位于二疊系煤層之上，富水性較弱，石炭系煤層上部為裂隙含水層，主要為砂巖含水層，厚度薄，富水性較差，石炭系煤層下部為巖溶水含水層，富水性強，水文地質類型為ⅡC1a、ⅡB1b、ⅠC1a、ⅠA2b；蒙東基地主要發(fā)育侏羅系煤層，孔隙和裂隙含水層位于主采煤層之上，其煤層也多為含水層，富水性較強，煤層埋藏淺部采煤導水裂隙帶高度發(fā)育至第四系孔隙含水層，局部地段發(fā)育至地表，煤層埋藏深部，采煤導水裂隙帶高度僅發(fā)育至裂隙含水層，水文地質類型為ⅢC1a、ⅢB1b、ⅢF1a。云貴基地主要發(fā)育二疊系煤層，煤層上、下均為巖溶和裂隙含水層，下部巖溶含水層富水性較上部強，為主要充水含水層，水文地質類型為ⅡA1b、ⅡC1a、ⅡC2a、ⅡA2b。小龍?zhí)兜V區(qū)及昭通礦區(qū)發(fā)育新近系及古近系煤層，孔隙和裂隙含水層位于主采煤層之上，富水性較弱，巖溶水位于主采煤層之下，富水性強，水文地質類型為ⅣB1b、ⅣC1a、ⅣA2b。