Question

矿井水文地质

Answer 1

（一）含水层

1.第四系砂、砾石孔隙含水层

本区第四系发育厚度为0～45.26m。上部为黄土或砂质粘土，厚0～45.26m，平均18.37m，对大气降水对下部各含水层的淋漓、渗漏补给起阻隔作用。下部为砂砾石（或卵石）厚0～39.8m，平均7.65m，全区发育，其厚度变化主要受古地形地貌及现代流水堆积作用控制，基本规律为矿区北部较南部发育，东部较西部发育。该含水层主要由流砂、砂（卵）石组成，呈未胶结或半固结，导（富）水性较好，富含孔隙潜水。q=0.0074L/（s·m），k=0.0406m/d。水位标高225.15m，其水位水量变化动态不稳。与二₁煤层间无稳定水力联系，对二₁煤层的开采影响不大，但在隐伏露头地段，当开采煤层后形成的冒落破碎裂隙带与该含水层沟通时，则构成直接充水水源。

2.二₁煤层顶板砂岩裂隙含水层

二₁煤层以上60m范围内，为煤层采动后的冒落破裂影响带，在该影响带内发育的中粗粒砂岩含水层的承压水，将首先充入矿坑，是二₁煤层顶板的直接充水含水层。据统计，该范围内发育的中—粗粒砂岩3～5层，主要为大占砂岩和香炭砂岩，厚0～32.87m，平均15.75m，该砂层组多为硅质胶结，致密坚硬，裂隙较发育，但多被方解石脉所充填，多以顶板淋水形式向矿坑充水。

3.太原组上段灰岩岩溶裂隙含水层

主要由太原组上段灰岩组成，其中L₇和L₈灰岩较发育，层位较稳定，厚2～13.9m，平均6.32m。灰岩致密坚硬，岩溶不发育，裂隙较发育，但多被方解石脉所充填。q=0.0024～0.038L/（s·m），k=0.015～3.72m/d，水质类型为HCO₃-K·Na型。该含水层厚度小，出露及补给条件差，岩石空隙不发育，导、富水性差，且及不均一，但在断层构造作用下，使其与下部强含水层产生水力联系时，富水性则会相应增强，为二₁煤层底板直接充水含水层。

4.太原组下段灰岩含水层

即指太原组下段L_1-4灰岩，一般L_1-3灰岩较发育，层位较稳定，厚4.75～23.79m，平均厚度10.08m。L_2-4灰岩局部可相变为砂岩或与L₁合并为一层，致密坚硬，岩溶裂隙也不甚发育，且多被方解石脉或黄铁矿细脉所充填，导、富水性较差。L_1-4灰岩为一₁煤层顶板直接充水含水层。

5.中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层

该层厚度为2.05～73.5m，单位涌水量q=0.0141～18.79L/（s·m），渗透系数k=0.0285～119.27m/d。该含水层水水质类型为HCO₃-Na·Ga或HCO₃-Ga·Mg型，pH值为7.4～7.7，矿化度为0.574g/L。目前水位标高为171m左右（观₁孔资料），岩溶裂隙发育，补给条件好，富水性强，但极不均一，为本区重要含水层，是一₁煤层底板直接充水含水层。

主采煤层和含水层关系详见图4-2。

（二）隔水层

1.石盒子组砂泥岩隔水层

自基岩风化面下至二₁煤层顶板60m之间，厚100～300m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩等碎屑岩组成，以泥岩、砂质泥岩为主，间夹数层中厚层状粗粒砂岩含水层，富存有一定的水量。但各含水层挟持于厚层泥质岩之间，且距开采煤层较远，又因含水层砂岩胶结致密坚硬，在该段中起到骨架作用，相对增强了泥质岩层的抗压强度，故该岩层段裂隙不发育，透水性差，再加上其在地表呈零星出露，补给条件不佳，岩段厚度大，抗压强度较高，故能对上部第四系砂砾石潜水含水层和下部二₁煤层顶板砂岩承压含水层之间的水力联系起到一定的阻隔作用。但在煤层露头区或煤层开采引起导水裂隙高度较大时，可能会失去阻水能力，使得地表水和第四系砂砾石潜水充入矿井。

图4-2 主采煤层与主要含水层示意图

2.二₁煤层底板砂泥岩隔水层

系指二₁煤层底板至L₈灰岩顶界之间的砂泥质岩段。据统计，厚度5.25～48.93m，平均为12.41m。岩层以泥岩、砂质泥岩、粉细粒砂岩为主，底部夹一灰岩薄层（或灰岩透镜体），分布连续、稳定，其裂隙不发育，透水性差，隔水性能良好。由于该隔水层的存在，有效地防范了二₁煤层在回采过程中太原组L_7-8灰岩水直接涌入矿井。在局部地区由于断裂构造和采动影响，其隔水性能相对降低。

3.太原组中段砂泥岩隔水层

太原组中段即自L₇灰岩底至L₄灰岩顶之岩段，平均厚46.95m，岩性以泥岩、砂质泥岩、细中粒砂岩为主。间夹灰岩层（L₅），岩石裂隙不发育，透水性差，隔水性能良好，有效地切断了太原组下部薄层灰岩与上部L_7-8灰岩之间的水力联系，使二₁煤层底板的多个薄层灰岩复合式含水层之间的整体性和连续性大大减弱。同时，该隔水层的存在也有效地阻隔了奥陶系灰岩含水层与太原组薄层灰岩含水层之间的水力联系。

4.本溪组铝土岩、泥岩隔水层

由本溪组铝土岩、铝土质泥岩组成，厚度为0.58～16.65m，平均9.36m，其岩性致密，强度中等，透水性差，具有良好的隔水性能，该隔水层的存在有效地阻隔了奥陶系灰岩水与太原组薄层灰岩含水层之间的水力联系。但在断裂破碎带和沉积薄弱地段或受到采动破坏影响，该隔水层将失去或降低其隔水性能。

（三）地下水动态特征

1.矿井涌水量逐年增加

大平煤矿1986年投产初期，年平均涌水量为134.44m³/h。1987年至1988年4月份，水量急剧增大至561.7m³/h，除因开采面积相应增加外，推断有第四系潜水和老窑水成分。之后，涌水量恢复至150m³/h，并随着回采面积的扩展，涌水量逐渐增加至2004年的424.6m³/h。大平矿历年矿井涌水量曲线见图4-3。

图4-3 大平煤矿历年矿井涌水量曲线图

2.涌水量与大气降水的关系

大平矿矿井涌水量与大气降水密切相关，据多年统计资料，每年最大降水月份为7～8月，而矿井涌水量最大月份为每年的10月份，与最大降水月相比，相应延迟约2～3个月，最小涌水量为来年的7月份，表现出集中补给逐渐消耗的补给排泄特征，大平矿月平均涌水量与降雨量关系曲线见图4-4。

3.奥陶系灰岩水位变化趋势

通过对1987～1992年13-补27孔奥陶系灰岩水位和1997年5月～2005年5月对观₁孔中奥陶统灰岩水位观测，大平矿奥陶系灰岩水位呈逐年下降趋势，降幅每年近1.5m（图4-5，图4-6）。中奥陶统灰岩水位由建井初期至今已经由199.88m下降至171.29m，表明该矿区地下水降落漏斗在逐渐扩展和形成过程中。

（四）地下水补给径流排泄

区域地下水运移规律是由西北向东南流动，荥密背斜南翼及矿区西部山区是寒武系—奥陶系及石炭系含水层出露地区，为地下水之补给区，大气降水渗入形成地下水后向东南方向运移，一部分由超化泉群及灰徐沟泉群泄出，其余均运移到新郑矿区的八千背斜轴部地带由寒武系—奥陶系含水层隐伏露头区排出泄入第三、四系冲积层中。

图4-4 大平矿月平均涌水量与降水量关系曲线图

图4-5 13-补27孔奥陶系灰岩水位变化曲线图

图4-6 观1孔奥陶系灰岩水位变化曲线图

大平井田位于新密煤田西南，井田南、北、西三面环山，组成一个向东开阔的箕形汇水盆地，周边为寒武系—奥陶系灰岩或二叠系碎屑岩组成的低山丘陵区。煤矿床隐伏于第四系冲、洪积扇堆积物之下，矿区地势西高东低。大平井田构造特征为一轴向近东西的向斜构造。矿区大致以大冶向斜为对称轴由南北中马家沟组、本溪组、太原组逐次出露，成为地下水的主要补给区，大气降水是其主要补给来源。但由于矿区内沟谷发育，地表高差大，植被稀少，排泄条件好，故不利于地下水入渗补给。二₁煤层顶板含水层与上部冲、洪积层之间有水力联系，富水性较强。

井田内奥陶系灰岩水流向基本以地层倾向相同，由井田南、北、西三面向中心汇集，并由井田西南部流出井田。二₁煤层顶板砂岩水及太原组灰岩岩溶裂隙地下水，主要以井下排水的形式进行人工排泄。