Question

水文地质特征

Answer 1

区内地表水体不甚发育。地下水受岩性、构造及地形地貌的控制，主要赋存于第四系底部、基岩裂隙和岩溶裂隙之中。可分为第四系松散层孔隙水；石炭－二叠系砂岩裂隙水；太原组石灰岩和奥陶系石灰岩岩溶裂隙水。陕西省煤炭地质局一三一队认为，第四系松散层富水性弱；石炭－二叠系富水性弱—中等，但透水性差；奥灰岩富水性强，透水性强，但极不均一。煤系地层含水量不大。

1.4.1 主采煤层3^＃、5^＃、11^＃顶板含水层富水特征

（1）3^＃煤层顶板砂岩含水层

3^＃煤层顶板岩性主要为中粒砂岩、细粒砂岩和泥岩及砂质泥岩。中粒砂岩、细粒砂岩为煤层顶板裂隙承压含水层，富水性弱，常由于砂岩和砂质泥岩互层而增强了隔水性，导致岩层透水性差，水位标高在402.05～481.41m之间。钻孔单位涌水量0.00301～0.118L/（s·m），平均0.0452L/（s·m）。渗透系数为0.0042～0.487m/d，平均0.119m/d。泥岩和砂质泥岩中裂隙发育不好，形成隔水层。因此，顶板含水层基本属无水力联系的复合含水层。

（2）5^＃煤层顶板砂岩含水层

煤层顶板岩性主要由厚层中粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩和中薄层泥岩组成。中细粒砂岩裂隙发育，透水性好，构成裂隙含水层，泥岩为相对隔水层。含水层厚度5～20m。钻孔单位涌水量0.0028～0.000038L/（s·m），平均0.0014L/（s·m），渗透系数0.0023～0.000078m/d。平均0.00115m/d。上述参数均明显低于3^＃煤层顶板砂岩含水层。

（3）11^＃煤层顶板石灰岩含水层

煤层顶板岩性主要由石灰岩和石英砂岩组成，间夹少量泥质岩石。主要含水层为石灰岩裂隙承压含水层，厚度8～10m，富水性和透水性均较强，钻孔静水位高出地表2.53m。在构造破碎地段或岩溶发育地段可引起突水。

1.5.2 煤系基底奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层富水特征

奥陶系地层是一个由石灰岩、白云岩夹泥灰岩为主组成的复合含水体，在区内具有相对稳定统一的水位（＋380m）。地层总厚410～520m，地下水主要赋存和运移于裂隙岩溶之中，含水性不均一，水力联系复杂，受构造控制作用比较明显。

（1）层段划分与分布特征

区内奥陶系碳酸盐岩由下至上可划分为冶里亮甲山组、马家沟组和峰峰组三组，还可进一步按岩性组合分为八个岩性段（表1.2）。

表1.2 奥陶系地层划分及主要特征表

冶里亮甲山组主要出露于禹门口到盘龙河口一带。马家沟组在全区普遍出露，但盘龙河以北以下马家沟组为主，以南以上马家沟组为主。峰峰组也在全区发育，但因古风化剥蚀程度的差异和构造断失强度不一，在全区赋存程度差别较大，其中在西塬沟以北煤系直接底为峰峰组二段，西啄沟到象山一带峰峰二段基本不复存在，峰峰组第一段也断续存留在局部地段。在象山（特别是英山）以南，据钻孔揭露资料，峰峰组一、二段又普遍发育。总之，奥陶系碳酸盐岩在全区分布规律为：北区和南区居水河以南出露最高层位为峰峰组二段，其中在桑树坪井田厚度＞20m，居水河以南该段厚度逐渐增大，到英山以南厚达近100m。居水河至西塬沟一线峰唯组呈片断分布，厚度一般小于20m，这里由于受断裂切割，煤系多处与上马家沟组相接。

（2）含水层与相对隔水层划分

据已有的水文地质资料分析，本区奥灰水的总体形态是以构造带（断层带、裂隙密集带）为基础的网状水体（井下突水点皆与构造破碎带有关），故层状径流并不是主要形式。但就岩石的充水条件来看，宏观上仍有层状水的特点（仍受区域地层单位制约），其含水层和相对隔水层划分如下：

1）相对强含水层：①峰峰组第二段。岩溶发育、裂隙率高达6.5%。据韩城矿务局记载的突水资料，1976年5月9日，桑树坪矿原一号皮带斜井突水，水量达1530m³/h，造成淹井事故，其突水点即位于峰峰组第二段厚层灰岩中；该矿其他各突水点，也大都位于距奥陶系灰岩顶面较近的部位，大致都相当于峰峰组第二段。②上马家沟组第二段。岩溶发育，裂隙率平均为4.19%。本段地层由于块状和厚层状白云岩居多，在构造变动中极易发生破裂，故溶隙切穿的深度和张开程度都较大。它们可成为贯通和蓄积地下水的有利场所。据韩城矿务局的统计资料，马沟渠矿90%以上的突水点都位于上马家沟组第二段中，最严重的一次淹井事故是1976年8月6日于＋240m石门东掘进头发生的一次突水，最大瞬时突水量达12000m³/h，平均涌水量为5956m³/h。象山矿白云岩与灰岩的互层中，最大涌水量为414m³/h。该段地层中钻孔单位涌水量为3～24L/（s·m），大者达100L/（s·m）。

2）相对较强含水层：下马家沟组第二段。裂隙率为4%，岩溶也较发育，但主要都集中于底部。其余部分虽然裂隙较多，但多细小，并有充填，故从其本身特点来看，较前述两个地层单位充水条件稍差。而韩城象山矿沟外排矸斜井掘进时（1975年10月18日）在本地层中也有突水233m³/h的记录，故本段地层可定为相对较强含水层。

3）相对较弱含水层：下奥陶统的冶里亮甲山组。含硅质较高，胶结紧密，而且所含燧石团块或条带均作似层状分布，不利于沟通各层间的水力联系。测得该组地层的裂隙率为0.15%，足可构成隔水岩段。但在盘龙河沟口可见其所夹的白云岩层中也有长轴1～2m的溶洞。该段地层性脆易裂，尚可发育较大的裂隙密集带，且不能完全排除充水的可能。但目前尚未见到该段地层涌水的可靠记录，故只能分析推断将其划为相对较弱含水层。

4）相对隔水层：峰峰组第一段和上、下马家沟组的第一段都是泥质含量较高的地层单位，就其岩性分析，皆有相对隔水的作用，特别是峰峰组第一段的隔水作用更有其现实意义。据统计，该段的裂隙率相对较小，只有1.2%，而韩城矿务局汇总的资料中也有如下描述：在马沟渠矿＋240m石门突水前，在峰峰组一段中送巷道1672m，仅出现淋水和滴水现象，巷道总涌水量小于96m³/h，故有较强的隔水作用。

（3）破裂构造的导水性

区内破裂构造或构造带主要集中于矿区浅部，大中型断裂在中深部发育较少。虽然这些断层以张扭性为主，野外所见断层带破碎开启也较甚，但长期负责本区地质勘探工作的一三一勘探队认为，大中型断层的导水性差。节理裂隙的发育受层控性明显，虽然局部呈带分布，但垂向导水性不会太强。煤层断裂一般规模较小，垂向贯通性小，据井下揭露资料所见，尽管许多断层都见有淋滴水现象，但水量十分有限，不足以造成涌水或突水现象，对煤层甲烷溶解和逸散作用也不明显。但对与煤系基底奥陶系岩层有连通作用的破裂构造必须引起注意，煤矿掘进至＋380m水平以下时，遇到与该含水层有连通作用的破裂构造时，导水甚至淹井现象多见（参见本节有关部分）。本区中深部煤层赋存标高多在＋380m以下，11^＃煤层多位于＋300～＋200m以下，在各煤层特别是11^＃煤层中钻进卸压后，如其底板压力不足以抵抗水头压力或底板受破裂构造破坏较甚时，很可能造成淹井事故。煤层甲烷开采时的压裂工艺也更会加剧底板的破坏和固有裂隙的开启导通。这些都会给甲烷开采带来困难。这些问题尚需进一步研究。

综上所述，各煤层顶板及煤系上覆地层的含水层水力联系不密切，对煤层甲烷影响不显著。但奥灰水对煤层甲烷的影响主要在煤矿开采或甲烷开采形成压力释放后可能有明显作用。据构造研究结果看，矿区南部清水伸展性破裂带和中部东泽村伸展性破裂带不同程度切穿煤层，可能对奥灰水导通有一定作用。近东西向、北西向及北东向裂隙发育密集时也会在压力释放后导通奥灰水，因此应对这些构造或构造带给予重视，甲烷开采工程应尽可能避开之。