转龙湾井田水文地质特征及充水因素分析论文

转龙湾井田水文地质特征及充水因素分析论文转龙湾井田位于东胜煤田的东南部，行政区划归属为鄂尔多斯市伊金霍洛旗纳林陶亥镇，发改委对本井田的批复面积为56.86km2，开发规模500万t/a。井田范围内为侵蚀性高原地貌特征，地表大面积被第四系风成砂覆盖，仅有少量基岩出露，沟谷发育，其中公捏尔盖沟沿北东、南西向横穿矿区，为一常年性流水沟，雨季可形成短暂的洪水，将直接影响矿井的正常开采。井田内地下水主要划分为第四系松散岩类孔隙潜水含水岩组和侏罗系碎屑岩类孔隙裂隙潜水、承压水含水岩组，其中，侏罗系中统延安组（J2y）承压水含水层为含煤地层，为矿坑的直接充水水源，在进行煤层开采时，地下水主要沿着砂岩孔隙通道涌入矿坑。因此，通过研究井田的水文地质特征和充水条件，对井田安全开采非常重要。1井田自然地理及地质状况1.1自然地理状况区内地形总的走势为北东高、西南低，一般海拔为1183～1405m，沟谷纵横，为侵蚀性高原地貌。区内沟谷发育，但多为间歇性沟谷，其中公捏尔盖沟沿北东、南西向横穿矿区，为一常年性流水沟，集中降雨时可形成洪流。在井田西界外还发育有地表河流乌兰木伦河，区内沟谷多为其支沟。乌兰木伦河为一常年流水的河流，集中降雨时可形成短暂的洪流，旱季仅有溪流，平均流量4.3m3/s，最高洪水位标高1185～1222.1m，由北向南径流，最终流入黄河[1-3]。此外，在井田附近还分布有宝勒高水库和转龙湾水库，其中宝勒高水库位于公涅尔盖沟下游，转龙湾水库位于乌兰木伦镇境内的东西乌兰木伦河交汇处，为大型水库[4-5]。1.2井田地质1.2.1井田构造转龙湾井田所属的东胜煤田地处鄂尔多斯盆地的东北方向，区域地质单元为华北地台鄂尔多斯台向斜东胜隆起区，总体为一向南西的单斜构造[6]，构造简单，仅有一些宽缓的和断距小于20m的断层。转龙湾井田地处区域含煤地层的东南部，其地质构造与区域含煤地层基本一致，整体为一单斜构造，倾向W—SWW，倾角1～2°，仅有一些宽缓的波状起伏和断距小于20m的断层。波状起伏的轴向大致呈NESW向排列，多分布在井田的`西南部，在ZK5934—ZK5914孔之间地层略有隆起。从煤层底板等高线图上及剖面图上反映出：在ZK6114—ZK6131孔之间等高线较密集，通过加密构造孔ZK6131-1，编录中发现有断层迹象。因此可推断在ZK6114—ZK6131-1孔之间有一小断层，断距10m左右；走向为南北向，向西倾的正断层。其影响范围较小，走向上小于1000m，并由上向下断距减小。矿区内未发现大的褶皱和对煤层具明显破坏作用的断层等构造，亦未见岩浆岩侵入体，矿区构造复杂程度属简单类型。1.2.2井田地层井田地层由老至新依次为：三叠系上统延长组（T3y）、侏罗系中下统延安组（J1-2y）、侏罗系中统直罗组（J2zh）、侏罗系中统安定组（J2an）、白垩系下统伊金霍洛组（K1y）、第四系上更新统萨拉乌苏组（Qp3s）、第四系全新统（Qh）。见表1。2井田水文地质条件2.1含水岩组划分及特征依据井田内地下水的水动力特征和埋藏条件，可将井田内含水层划分为二大类。2.1.1第四系松散岩类孔隙潜水含水岩组①第四系全新统（Q4al+pl）冲积、洪积孔隙潜水含水层。该含水层大多发育于乌兰木伦河和公捏尔盖沟等较大的沟谷，呈条带状。岩性由砂、砾石及少量的泥质组成，含水层平均厚度8.67m，静止水位0.85～1.04m，涌水量0.071～0.483L/s，单位涌水量0.0103～0.23L/s.m，渗透系数0.1116～3.433m/d。水位标高1183.30～1201.78m，水化学类型为HCO3-Ca型水。②第四系上更新统萨拉乌苏组（Q3S）孔隙潜水含水层。主要分布在矿区的南部，被第四系风积沙覆盖，地表仅在公捏尔盖沟两侧岸坡、沟口等地出露。萨拉乌苏组地层疏松、透水性好、含水，与上部第四系风积沙构成统一的含水层组，是本区的主要含水层，该组地层在井田区大面积分布，但厚度在不同地段差异很大，厚度一般为7～48米。该含水层岩性为粉细沙、亚砂土，厚度为1.77～40.42m，埋藏深度为13.60～28.78m，涌水量0.062～2.315L/s，单位涌水量0.021～0.81L/s·m，渗透系数为0.014～4.879m/d，水位标高1236.62～1242.43m，水化学类型为HCO3—Ca水，矿化度0.23g/L，水温13℃，具有供水意义。该含水层的上覆一层厚5～20m的风积粉细砂，透水而不含水，它接受大气降水入渗补给下伏含水层。2.1.2侏罗系（J2an-J1-2y）碎屑岩类孔隙裂隙潜水、承压水含水岩组①侏罗系碎屑岩类孔隙裂隙潜水含水岩组。主要分布于虎石沟、郭家村、秦家圪旦、刘家圪堵一带，含水岩性为砂岩、砂砾岩，民井日出水量50～500升，动态变幅0.81m，水位标高1290～1362m，水位埋深1.85～13.65m，水化学类型HCO3-Ca·Na型水，水温8～10度，矿化度0.25g/l。②侏罗系碎屑岩承压水含水岩组。根据本次施工钻孔资料，该承压含水组共包括九个承压含水层，各承压含水层之间都有相对隔水层，相互间水力联系微弱。承压含水岩组中的各含水层无论在平面上，还是在厚度上，自上而下逐渐减小，而水头压力自上而下逐渐增大，单位涌水量逐渐减小。根据施工钻孔，此次抽水试验目的层主要为安定组（J2an），含水层平均厚度23.65m，静止水位12.70～51.00m，涌水量0.046～3.92L/s，单位涌水量0.002～0.0713L/s·m，渗透系数0.0094～0.215m/d。水化学类型为HCO3-Ca型水。2.2地下水补给、径流、排泄条件2.2.1潜水补给、径流、排泄井田范围内潜水主要赋存在第四系萨拉乌苏组冲湖积层中、沟谷内冲洪积层中。沙丘潜水补给来源主要为大气降水以及少量深部承压水的顶托越流，沟谷潜水补给来源主要为大气降水，其次为沟谷两侧沙丘潜水的侧向径流和深部承压水的顶托越流。沟谷潜水沿河流流向径流，沟谷两侧沙丘潜水向沟谷方向径流。沟谷内的潜水主要是沿着河流的下游以径流的方式排泄，沙丘潜水总体是向沟谷排泄。2.2.2承压水补给、径流、排泄矿井承压水赋存于志丹群（K1zh）及侏罗系中统（J2）砂岩中，志丹群（K1zh）在区内少量出露，侏罗系中统（J2）没有出露。因此，承压含水层主要接受侧向径流补给，其次为潜水含水层入渗补给。承压水的径流方向，受区域构造形态影响，总体顺着岩层倾向方向运移。井田承压水以侧向径流排泄为主。3矿井充水因素3.1充水水源通过对井田水文地质条件研究，矿井充水水源主要为大气降水、地表水体和地下水。3.1.1大气降水转龙湾井田地处气候干旱的内蒙古高原，降雨时空分布不均，降雨主要集中在每年7～9月份，且多为大暴雨，地表易形成短暂洪流，降水多以径流的形式排泄，少量入渗补给地下水。井田内无煤层直接出露地表，且煤层上部发育有相对隔水层，区内大气降水首先渗入补给充水含水层，然后再涌向矿坑，因此大气降水为矿井的间接充水来源。大气降水对矿井的充水作用，主要受降雨的时空特征和大气降水入渗补给充水含水层能力的影响，因此大气降水对矿井充水具有明显的时空特征。3.1.2地表水转龙湾井田内沟谷较发育，在井田内发育的公捏尔盖沟及井田西侧的乌兰木伦河均为常年性地表径流，对矿床充水的影响很大，并且本区降雨较集中，多以暴雨形式出现，雨后易形成地表洪流，造成淹井事故。因此，井口、通风口的位置应选择在最高洪水位之上，并采取必要的防洪措施，防止地表洪流造成淹井事故。此外，在井田范围内还分布有两较大地表水体宝勒高水库、转龙湾水库，这两处地表水体均对矿井充水均具有较大影响，在这些地表水体附近采煤时，要留设保安煤柱或禁止开采，并加强矿坑涌水量监测，及时做好防突水工作。因此，在集中降雨季节应加强井下水文观测，并提前做好防排水工作，以免地表水直接流入矿井造成安全事故。3.1.3地下水井田第四系萨拉乌苏组（Q3s）、全新统（Q4al+pl）冲洪积砂砾层孔隙潜水含水层富水性较好，但该含水层距离含煤地层较远，且与含煤地层之间存在多层隔水层，通常不直接向矿坑充水。根据地勘资料，施工钻孔ZK5515孔一帶存在隔水顶板缺失，形态呈圆形，直径约1000m，潜水与下伏煤系地层的砂岩含水层直接接触融为一体，因此当采空冒落带的高度达到此含水层时，潜水含水层将间接向矿床充水。白垩系下统志丹群、侏罗系安定组潜水～承压水含水层的富水性弱～中等，其岩性一般为中、细粒砂岩，结构致密、裂隙不发育且距离煤层较远，因此，煤系地层上部志丹群、安定组潜水～承压水含水层，对矿坑的充水影响较小，是矿坑的间接充水来源。三叠系上统延长组（T3y）承压含水层富水性弱，隔水顶板渗透性差，与上部含煤地层水力联系弱，是矿床的间接充水水源。侏罗系中统延安组（J2y）承压水含水层富水性弱，但因其是含煤地层，地下水沿着砂岩孔隙通道进入矿床，是矿床的直接充水水源。3.1.4老窑水井田内无生产矿井及老窑，但其北侧紧邻王家塔煤矿，南侧紧邻巴图塔煤矿，王家塔煤矿正在建设中，巴图塔煤矿已生产多年，生产规模为120万吨/年[7]。随着东胜煤田的大规模开发，井田邻区的采空面积也不断扩大。因此，在开采过程中，不能越界开采，以防邻区矿井老窑水对矿坑涌水。3.2充水通道矿井充水的主要通道有地层的断裂裂隙带、孔隙、顶板冒落裂隙带、底板突破、封闭不良的钻孔等[8-10]。转龙湾井田地质构造简单，区内断裂、裂隙通道不发育，天然状态下地下水主要通过砂岩的孔隙通道向矿坑涌水，由于地下水各含水层之间发育有相对隔水层，相互之间水力联系较弱，矿坑涌水通常表现为淋水、滴水和渗水，且分布不均。区内施工钻孔均按钻探规范和设计严格封孔，但仍可能存在个别封闭质量不严格的钻孔，封闭不合格的钻孔将成为煤层上下含水层的涌水通道。延长组（T3y）为含煤地层的沉积底板，承压含水层富水性弱，隔水顶板渗透性差，与上部含煤地层水力联系弱，所以底板突破通道不发育。4结论①转龙湾井田上部萨拉乌苏组（Q3s）含水层富水性较好，水量丰富，且施工钻孔ZK5515孔一带存在隔水顶板缺失，导致该处第四系潜水含水层与下伏煤系地层的砂岩含水层直接接触融为一体，当采空区形成的冒落带和导水裂隙带的高度达到此含水层时，将间接向矿坑充水。因此进行煤层开采时应边采边探，防止煤层开采时导通该含水层造成矿井涌水。②转龙湾井田地表溝谷发育，集中降雨时易形成洪流，并且在井田内的公捏尔盖沟下游已建成包勒高水库，因此，建议该地段应严禁开采或留有足够的保安煤柱，同时开采至这些地段附件要严加防范，防止煤层开采时导通地表水体。③井田内沟谷发育，萨拉乌苏组（Q3s）、冲洪积（Q4al+pl）潜水含水层的富水性好，水质良好，在公捏尔盖沟中采取大口井或地下截伏流法取水，可以获得较为丰富的地下水量，是未来矿井生产生活的主要供水水源。