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山西省霍州矿区水文地质条件及矿井充水条件分析

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第l9卷增刊2 中国煤田地质 Vo1.19 Sup2 2O0r7年l0月 COAL GEOLOGY OF CHINA 0ct. 2o07 文章编号:lOO4—9177(2007)¥2—0034—04 山西省霍州矿区水文地质条件及矿井充水条件分析 李曦滨,常辉 (中国煤炭地质总局第四水文地质队,河北邯郸056001) 摘要:山西省霍州矿区是全国少有的低硫焦煤基地之一,由于矿区处于郭庄岩溶水系统的径流带和排泄区.地下 水富水性强,矿区水文地质条件复杂,加之构造十分发育,断裂构造平均9l条/km2,陷落柱平均60个/km2.水害类型 复杂多样。随着开采水平的不断延伸和开采深度的不断加大,多数矿井带压开采,最大承压6、lMPa.矿井受水害威 胁程度也越来越大。依据其水文地质条件,将其充水类型划分为四种类型,以及四种导水方式,并确定了该区含水岩 层的富水性。 关键词:水文地质条件;矿井充水条件;富水性;导水通道;霍州矿区 中图分类号:P641.4 文献标识码:A . 1 矿区概况 罗云山断层和霍山断层分别构成了霍西煤田 霍州矿区地处山西省霍西煤田中部.临汾盆地 霍州矿区的西部和东部边界。边界之内发育了一系 的最北端。东起霍山西侧。西至吕梁山东麓。南至洪 列规模较小的正断层。构成了山西地堑临汾盆地 洞县。北接汾西矿区。矿区地处霍山、吕梁山两个隆 内,阶梯状断陷及地堑地垒相间和复杂构造格局。 一起带间。以低山和黄土丘陵地貌特征为主.地形南 系列正断层主要有:下团柏断层、上团柏断层,赤 低北高。海拔500~l 300m。区内汾河由北而南流经 峪断层、什林断层、张端断层和万安断层。此外,中 矿区。矿区面积l 565km2。霍州矿区现有七对矿井分 小断层极为发育。 布在汾河两岸。汾河以东有曹村、辛置、李雅庄矿 3区域水文地质条件 井。汾河以西有白龙、团柏、迥坡底和干河矿井。 3.1泉域系统 2地质概况 霍州矿区岩溶地下水属郭庄泉岩溶水系统。该 2.1地层 系统总面积5 128km .其中裸露区面积l 5lOkm2。东 霍州矿区主要地层为太古界、元古界长城系、 部边界灵石以南由近南北向展布的霍山断裂构成。 古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、第三系、第 灵石以北由汾介断裂构成。为阻水边界:西部边界 四系。区内部分地区为新生界地层覆盖。仅在汾河 大体平行于紫荆山断裂带。以紫荆山断层及出露地 河谷有少量奥陶系出露.局部二叠系下统下石盒子 表的寒武系徐庄组以老地层为阻水边界:北边界以 组和山西组出露。 文水县康家堡及以西寒武系徐庄组以老地层出露 本区含煤地层为石炭系中统本溪组和太原组, 地表为界。构成阻水边界:西南段以山头地垒、青山 二叠系下统山西组。含煤层共l5层。平均总厚度 峁背斜为界。构成与南部龙子祠泉岩溶水系统的分 14.56m。主要可采煤层有l 、 、l 、10#合并开采) 界:东南段以万安断层为界形成局部透水边界。郭 和ll 煤层。 庄泉排泄区位于霍州市南7km处的郭庄附近,郭庄 2.2构造 泉在0.5km 范围内有泉眼60个。该泉受下团柏断 霍州矿区处于祈吕贺兰山字型构造东翼外缘 层阻隔形成的上升泉。 及新华夏系构造复合部位,以断裂构造为主,伴有 3.2地下水补径排条件 开阔褶曲。为一个轴向NNE的开阔向斜,向斜以西 霍州矿区在区域上处于由汾河断陷盆地及周 和以东分别为吕梁山和霍山复式背斜,背斜轴向均 围的吕梁山、霍山山区组成的完整的水文地质单元 为NNE向。即霍西复向斜。 内。补给区为吕梁山裸露区以东奥陶系灰岩广泛发 育的地带。在汾河河谷奥陶系石灰岩出露地段,河 作者简介:李曦滨(1967一),男,河北省邯郸市人,高级工程师,1991 床基本由奥陶系灰岩组成。第四系砂砾石孑L隙含水 年毕业于华北水利水电学院地质系水文地质工程地质专 层和奥灰含水层相互贯通。汾河高水位期地表水大 业.主要从事水文地质、工程地质、环境地质及矿井防治 水工作。 量渗漏补给奥陶系灰岩。因此,本区地下水补给来源 维普资讯 http://www.cqvip.com

增刊2 李曦滨,等:山西省霍州矿区水文地质条件及矿井充水条件分析 35 以大气降雨渗人补给为主.地表水渗漏补给为辅。 地下水径流方向受地层坡度和岩层倾向影响, 从N、NW、W三面向郭庄泉排泄.泉水流量大而稳 害。还存在老空水害。在历史上霍州矿区各矿曾发生 大小水害事故多起。如团柏矿在443水平掘进轨道 巷和皮带巷时发生突水.三个突水点水量共800m3/ h.后逐渐增大到1 100m3/h.突水点随巷道掘进移动. 定,高达7m3/s.静止水位标高520~545m,水力坡度 平缓为1.7‰,地下水径流通畅。根据霍州矿区水文 突水点水源来自奥陶系灰岩岩溶水。又如曹村矿发 生过三次较严重的突水事故.其中两次为老窑水,一 次为奥灰水突水。近期2007年4月白龙矿在巷道开 拓时遇陷落柱发生突水.水量由揭露初期100m3/h 地质资料分析.具有距离泉口越近其单位涌水量越 大.水文地质条件越复杂的特点。 3.3含水岩组 霍州矿区区域含水层分为四大含水岩组。 增至400m3/h.造成工作面淹没被迫停产。霍州矿区 其他各矿也发生过程度不等的水害事故。 ①松散岩类孔隙含水岩组。第四系和第三系松 散岩类含水岩组 目前随着各矿区浅部上组煤开采相继结束,埋 藏深的上组煤曹村扩区2 煤将接续开采.各矿逐渐 进人以开采下组煤为主的生产时期.大部分下组煤 底板标高位于下伏奥灰水位以下,为带压开采(表 1)。如近期发生突水的白龙矿,目前地质储量23901 万t.受水威胁的储量18 430.7万t,占总储量的 77%.奥灰含水层补给面积大.为强富水含水层.对 ②碎屑岩类裂隙含水岩组。碎屑岩类含水岩组 和碎屑岩夹碳酸盐岩类含水岩组。 ③碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组。奥陶系含水 岩组:以峰峰组二段、上马家沟组二段及下马家沟组 二段为主要含水层。寒武系含水岩组:以中寒武系张 夏组为主要含水层 ④变质岩类裂隙含水岩组。以变质岩及侵人岩 为主,富水性弱。 煤层开采将产生较大影响。白龙矿地处地下水排泄 区和径流区.地下水活动强烈.南北向的径流带从矿 4霍州矿区水害现状及矿井充水类型划分 4.1矿区矿井水害现状 霍州矿区受多次构造运动影响,构造十分发育, 断裂构造平均91条,km2.陷落柱平均60个厂km2。矿 区位于郭庄泉域的径流带和排泄区,地下水丰富(郭 庄泉自然流量4~6m3/s),水文地质条件复杂。受地下 区东北部穿过.矿区直接接受地下水的侧向补给. 1 、2 煤和大部分下组煤位于太原组K2灰岩和奥灰 含水层水位以下.白龙矿构造断裂异常发育,断层密 度达80条/km .陷落柱密度90个/kin ,局部密度达 120个/km2.个别断层和陷落柱存在导水现象,使得 白龙矿水文地质条件愈加复杂.矿井的防治水工作 难度更大。辛置矿东四采区540水平开采下组煤,最 大带压值1.35MPa,突水系数达1.35MPa/m。曹村矿 250水平以上下组11 煤的开采,煤层底板最大带压 水与构造两种地质因素的共同影响,矿井水害威胁 十分严重。 随着开采水平的不断延伸和开采深度的不断加 大.矿井受水害威胁程度也越来越大,防治水工作愈 显突出。目前有7对矿井带压开采,所采煤层处于 2.65MPa.突水系数将高达0.265MPa,同样面临奥灰 高水压下安全带压开采的问题。 4.2矿井充水类型划分 霍州矿区属于华北型煤田.上组煤受石盒子组 K 、0 灰岩承压水静水位以下,最大水头压力 6.1MPa。7个带压生产矿井地质储量141 641.3万t, 带压开采地质储量达100 844 万t.占总储量的71.2%。下组 砂岩和第四系砂砾石含水层影响,下组煤同时受太 表1 各矿煤层底板带压情况一览表 Table 1 Data sheet of coal sealn floor pressure of each coalmine 煤直接顶板为K 灰岩含水层, 正常涌水量700~900m3/h。巨 矿井名称采区及生产水平开采煤层开采下 曩 厚奥灰岩溶含水层距主采煤 层11 煤底板平均25m(最小 仅16m).存在突水可能。水害 已成为威胁矿井安全生产的 一个主要因素。 霍州矿区水文地质条件 复杂.水害类型多样。既有底 板灰岩水害.又有顶板砂岩水 维普资讯 http://www.cqvip.com 36 中国煤田地质 第19卷 原组灰岩和奥陶系灰岩水威胁。由于受历次构造运 动叠加的影响,各矿的水文地质条件有较大差异。按 矿井的充水水源和充水方式可划分为:顶板透水、底 板突水、老窑溃水和断层突水四种类型。 ①顶板透水。上组煤顶板距老顶石盒子组砂岩 裂隙含水层仅4~5m,下组煤的直接顶板为太原组 K 灰岩含水层,采动影响下形成的冒落裂隙移动带 “三带高度”沟通含水层引发突水。如曹村矿10#煤 工作面揭露的突水点90%以上为K 灰岩裂隙水,上 组煤出水点几乎全部为 砂岩水。在煤层浅埋地带 2#煤与第三系风化带和第四系孔隙水直接与煤层顶 板接触,含水层水直接补给矿井。 ②底板突水。霍州矿区上组煤至太灰岩厚度 70m.下组煤距奥灰岩小于30m,底板水压大于安全 值的情况在辛置、曹村、白龙、团柏、迥坡底、李雅庄、 干河各矿普遍存在,各矿不同程度的存在底板突水 危险。 ③老窑溃水。由于小煤窑乱采滥伐破坏防水煤 柱或采掘中意外触及小煤窑采空区废弃的老空积水 区引发突水事故.如曹村,辛置矿老空突水占全部突 水事故的一半以上。曹村矿两次由于揭露了小煤窑 的老空区引起突水事故。1966年突水水量达14 594.6m3/h,给矿井造成极大损失。白龙矿周边小煤窑 及废弃老窑多达ll5个.也曾发生过小煤窑溃水事 故。 ④断层突水。断层构造发育是本区的主要特点, 由于断层错动.使煤层和含水层对接或距离缩短,或 断层本身具导水性,造成突水事故。白龙矿因揭露断 层共造成突水四次,对于构造异常发育的霍州矿区 各矿应对断层突水危险性极大。 5矿井充水条件分析 5.1充水水源 霍州矿区矿井充水水源主要有:奥陶系灰岩岩 溶水(0 );太原组灰岩裂隙水(K ),上石盒子组砂岩 裂隙水(K 、 、K ),第四系砂砾岩孔隙水(Q)和老窑 水。 据调查统计各矿的突水水源较多,其中太原组 灰岩K 、砂岩 在汾河以西的白龙矿、团柏矿、迥 坡底矿和干河矿富水性较好。为中等一丰富含水层, 特别是白龙矿 、K 、K 灰岩受井田内断层影响与 奥灰岩接触,K 灰岩裂隙溶洞发育,钻孔单孔涌水 量达40m3/h.太灰水K 对下组煤开采造成较大影 响。处在汾河以东的曹村、辛置、李雅庄K 灰岩富水 性较弱.一般为弱含水层,井下K 出水量一般也为 3-30m3/h。 ,5.2充水通道 充水通道包括陷落柱导水,断层和裂隙带导水, 封闭不良的钻孔导水、含水层直接与煤层接触导水 等。 5.2.1陷落柱导水 本区陷落柱异常发育,据统计白龙矿已揭露陷 落柱高达532个;团柏矿揭露陷落柱29.6个/km ;迥 坡底矿平均16个/km ;李雅庄矿平均90个/km .其 中N0183 陷落柱造成工作面突水.初始水量25m3/ h。后水量稳定在50m3/h;曹村井田揭露陷落柱60 个。平均密度20个/km ,其中l1个导水,占18%,上 组煤揭露34个有6个导水,占17.6%.9、10号煤揭 露26个.有5个导水,占19.2%,500m奥陶系石灰 岩大巷揭露6个有3个导水,占50%。 目前尽管浅部揭露的陷落柱绝大多数不导水. 但当深部水压增大.仍存在导水的可能性.一旦沟通 奥灰含水层,陷落柱就成为重要通道.因此应特别重 视发育在构造带、褶皱轴部.断裂带的规模较大,发 育较深的陷落柱。 5.2.2断层和裂隙带导水 断裂构造极为发育是本区另一共同特点。霍州 矿区构造十分发育,断裂构造平均91条/km 。在区 域性构造断裂控制下.各矿发育的断层均以NE— NNE向正断层为主。白龙矿井田范围内落差大于 5m的断层45条;团柏矿断层密度达130条/km ;迥 坡底矿发育断层23条,李雅庄矿落差大于5m的断 层64条,可见各矿断裂构造异常发育.且部分具有 导水性,如白龙矿曾发生规模较大的断层突水4次。 构造裂隙带突水10次。自1985年至2006年突水点 统计情况可以看出,由断层及裂隙带破碎带导致的 突水占绝大多数,而且在下组煤开采中突水点个数 明显比上组煤开采时多。 根据区内地质条件.当断层落差大于58m时, K 、 、K 灰岩就会与0 灰岩对接,产生水力联系, 落差大于25m的断层都会造成K 和0 , ~K 直接 接触.发生水力联系。同时水平底板带压高。隔水层 厚度薄.突水系数超过安全带压开采下限。存在突水 的危险性。断裂破碎带是下伏含水层最主要的导水 通道.是引发突水的重要条件。 5.2.3封闭不良的钻孔导水 历史上封闭不良的废弃钻孔往往成为下伏含水 层的导水通道,白龙矿是不良导水钻孔最多的矿区, 370水平周边23个钻孔终孔后全部未进行封孔检 查.经检查其中有4个钻孔未封孔,5个钻孔封孔质 维普资讯 http://www.cqvip.com

增刊2 李曦滨,等:山西省霍州矿区水文地质条件及矿井充水条件分析 37 量不合格.23个钻孔中有16个揭露奥灰含水层,这 些封孔不良的钻孔是奥灰承压水与上覆岩层沟通的 通道。历史上曾因833,819两个钻孔导水,造成2— 多样。随着开拓范围的不断扩大,开采深度向下延 深,所属各矿的水文地质条件日益复杂,多种水害类 型逐渐显现。为了确保矿井安全,提高企业的经济效 益,促进煤炭生产的持续发展,必须从根本上消除和 治理威胁安全生产的各类隐患,逐步实施煤矿水害 的防治措施.防治水工作愈显突出,急需开展矿井防 治水工作.并且加强矿区水文地质条件和防治水分 析研究,以保证矿井生产的持续发展。 401和2—402工作面发生突水,最大水量85ma/min。 5.2.4含水层直接与煤层接触导水 构造运动造成含水层和煤层直接接触导水。曹 村扩区南部煤层浅埋地带2 煤顶板直接与K。或第 三系、第四系裂隙孔隙含水层接触造成 煤发生顶 板水害可能性加大。白龙矿在煤层浅埋地带曾发生 参考文献: [1】煤科总院西安分院.霍州煤电集团有限责任公司防治水总体规划 [R】.陕西西安:煤炭科学研究总院西安分院,2007. [2】山西省临汾地区水资办,中国地质大学(武汉)水文地质与工程地 过2 煤顶板冒落裂隙带沟通第四系含水层水引发 突水。 6结语 霍州矿区由于处于郭庄岩溶水系统的径流带和 排泄区.地下水水量大,矿区水文地质条件复杂,加 质系.山西省龙子祠泉及郭庄泉岩溶水系统研究报告[R】.山西太原: 山西国土资源厅.1988. [3】霍州煤电集团有限责任公司.霍州煤电集团有限责任公司十一五 之构造十分发育.多数矿井带压开采,水害类型复杂 发展规划【R1,山西霍州:霍州煤电集团有限责任公司,2006. Analysis of Hydrogeological Conditions and Water Filling of Mine Li Xibin,Chang Hui The Fourth Hydrogeological Exploration Team,CNACG,Handan,Hebei 056001) Abstract:The Huozhou mining area in Shanxi Province is one of unwonted low sulfur coking coal bases in the country.Since the mining area is situated at runoff and discharge zones of Guozhuang karstic water system with strong water yield property,thus the hydrogeological condition is complex,average fault distibutrion is 91per km2,subsided column 60 per km2,SO mine water disaster has many types.Along with the deepening of mining level,many mines have to mining under safe water pressure of aquifer and the maximum pressure is 6.1MPa.and the water disaster threatening getting greater and greater.Based on hydrogeological condition,the paper divided 4 water filling and 4 water conducting types,defined water yield property of water-bearing strata in the area. Keywords:hydrogeological condition;mine water filling condition;water yield property;water conducting channel;Huozhou mining ar a (上接第23页) Discussion on Triassic Shifo Formation Clastic Rocks Water Yield Property in Western Henan Area Lu Binfa,Zhang Sheng The Fourth Hydrogeological Exploration Team,CNACG,Handan,Hebei 056001) Abstr act:Through analyses of western Henan Triassic Shifo Formation clastic rock lithology,texture characteristics,lithological assemblage,water yield features,combining with case studies preliminarily discussed fissure groundwater research method in the area. According to the area s Triassic clastic rock hydrogeological characteristics,the first thing is to select well site in slope relatively gentle,overburden thicker terrain when it is possible,then carry out necessary surface electric prospecting in the selected area,to further determine overburden type,lithology and thickness,circle out fissure relatively developed area.In the light of above mentioned method,relatively perfect well site has found,individual well yield can be 20m3/h,and higher well completion rate. Keywords:western Henan;Triassic System;clastic rock;water yield property;water research method 

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