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大坪煤矿勘探水文地质条件分析

摘要:本文在利用大坪煤矿勘探中测量、调查、钻探、物探、简易水文观测、样品测试等资料基础上,分析了大坪煤矿的水文地质条件,评价了大坪煤矿的水文地质条件复杂程度,为煤矿的下一步建设提供了必要的资料和依据。

关键词:岩性;含水层;岩溶水;裂隙水;富水性;充水

1概况

大坪煤矿位于贵州省遵义县城北西部,地处遵义县枫香镇,2015年因拟建90万吨/年的中型矿井而进行勘探,矿区面积18.2357km2。矿区属中山地貌,地表水系属长江流域乌江水系上游支流。矿区及周边出露地层从老到新有二叠系中统茅口组(P2m)、龙潭组(P3l)、长兴组(P3c)、三叠系下统夜郎组(T1y)、三叠系下统茅草铺组(T1m)及第四系(Q)(图1)。2015年1~10月矿区内进行了勘探,完成钻孔25个,采集各类样品186件,总钻探工程量18962.73m。

2区域水文地质

大坪煤矿在区域上位于长岗向斜轴部的中段,在区域水文地质单元里属补给径流富水区。区域内地层主要分为碳酸盐岩和碎屑岩两大类,碳酸盐岩地层在区域上整体分布面积较大,其在地表形成各种岩溶地貌,如溶蚀洼地、落水洞、峰林等,地下则发育有溶洞、暗河等。大气降水通过岩溶地表大量的凹陷地形渗入地下岩层,小部分在其中赋存,大部分则通过地下长途径流,以岩溶泉、溶洞或暗河等形式集中排泄于地势低处及当地河谷中。碳酸盐岩地层中径流和赋存着丰富的岩溶水,透水性和富水性强。碎屑岩地层在区域上整体分布面积相对较小,由于其岩性特征,透水性较差。大部分大气降水在地表以溪沟或网状流特征在地表径流,仅有少部分大气降水补给地下水并赋存在其风化裂隙和构造裂隙中,含裂隙水,其总体富水性较弱。受地形地貌影响,一般当场补给,当场排泄于地势低洼处。

3矿区水文地质

3.1矿区地层水文地质简况

按矿区及周边出露地层由上至下,分述如下:(1)第四系(Q)弱孔隙含水层。该地层主要由小碎石、风化土、腐殖土等组成,厚0~10m左右,受大气降水补给,厚度薄,含少量孔隙水,富水性弱。(2)茅草铺组(T1m)强岩溶含水层。该地层主要分为两段,其中二段岩性主要为灰、紫灰色中厚层状石灰岩,夹部分白云岩,厚约300m;一段岩性主要为灰色薄~中厚层状石灰岩及泥质灰岩,段厚约220.13m。两段地层大部分均属碳酸岩盐地层,地表常形成落水洞、溶蚀洼地等岩溶地貌,极有利于大气降水的吸收,地下则发育溶洞、暗河等岩溶管道,为地下水活动提供了充裕的空间,整体富水性强。(3)夜郎组九级滩段(T1y3)弱裂隙含水层。该段地层岩性以紫红色和灰绿色砂泥岩互层为主,夹少量石灰岩薄层,段平均厚246.08m,含基岩裂隙水,富水性弱,透水性差,可视为上覆地层与下伏地层之间的隔水层。(4)夜郎组玉龙山及沙堡湾段(T1y1+2)强岩溶含水层。该地层岩性上部厚层状石灰岩为主,中下部以薄~中厚层状泥质灰岩为主,底部有平均厚4.20m的砂泥岩地层,区域上分为沙堡湾段,由于厚度薄,通常与玉龙山段合并。该地层平均厚度156.31m,在地表多形成干溶洞、石峰等岩溶地貌,地下则发育小溶洞、暗河等岩溶通道,该地层富含岩溶水,富水性强,为强含水层。(5)长兴组(P2c)中等含水层。该地层岩性以深灰色中厚层状燧石灰岩为主,组厚平均62.06m。该地层为含煤地层之上的直接充水含水层,虽属碳酸盐岩地层,但其含有燧石成分,较难风化,因此在地表易形成陡坎和悬崖。由于出露面积少,补给条件较差,因此地下水活动不强烈,地下仅发育少量岩溶,总体富水性中等。(6)龙潭组(P3l)弱含水层。该地层岩性以砂泥岩为主,夹部分泥质灰岩薄层及煤层,为矿区内的煤系地层,组厚平均94.04m。该地层为矿床的直接充水含水层,大部分岩性为碎屑岩,岩相变化大,浅部风化裂隙发育,深部基岩和构造裂隙发育,含裂隙水,地层总体富水性较弱。(7)茅口组(P2m)强含水层。该地层为含煤地层的下伏地层,厚约250m,岩性为中厚至厚层状石灰岩。该地层在地表常发育落水洞、溶洞、岩溶漏斗等岩溶地貌,此类地貌易吸收大量大气降水和地表水。该地层地下各种岩溶通道极发育,地下水力联系复杂,透水性及富水性强,属强岩溶含水层。其地下水特征具有水量丰富、径流远、承压性强等特征。其距底部可采煤层11号煤层仅有平均10m左右的岩层相隔,因此茅口组地下岩溶水是大坪煤矿底部11号煤矿床充水的重要来源,开采11号煤层发生底板突水的可能性极大。

3.2地下水及地表水特征

(1)地下水、地表水动态变化。矿区地下水及地表水都接受大气降水补给,流量随季节和降雨量变化而变化。矿区仅有观音寺河一相对较大的地表水体,据本次勘查该河流动态长期观测资料,观音寺河水位、流量在5月份开始上升,6~9月水位及流量平均最高,暴雨时节还曾出现2次峰值。11月至次年4月份该河进入枯水期,水位、流量开始逐渐减小,到次年4月份降为最低值,其水位流量动态变化与区内降雨量季节变化大致相同。另据本次勘探几个泉水点长期观测点资料,其流量与区内降雨量大小季节变化基本一致。由此说明矿区地下水和地表水动态受季节和降雨量变化控制。(2)地下水补径排条件。矿区内地下水全部靠大气降水补给,大气降水在茅口组、长兴组、玉龙山组、茅草铺组等碳酸盐岩地层中,通过地表大量的凹陷地形渗入岩溶裂隙、管道、暗河之中,部分赋存在其中,部分经中长途径流,以层间裂隙泉或小溶洞、暗河等形式集中排泄于观音寺河两岸河谷中。而在九级滩段(T1y3)、龙潭组(P3l)等主要碎屑岩地层中,少部分降水通过裂隙补给地下水并在其中赋存,而大部分则在地表形成溪沟流或絮状流,排入地势低洼处,最终汇入观音寺河中。

3.3矿床水文地质结构

龙潭组地层为区内的含煤地层,岩性以砂泥岩为主,夹煤层及泥质灰岩薄层。该地层大部分岩性为碎屑岩,含裂隙水,总体富水性弱,矿床充水以裂隙充水为主。最上部可采煤层7号煤层距间接充水含水层长兴组地层平均43.62m,此段地层大部分岩性为砂泥岩,有一定的隔水性,但受冒落裂隙带的影响,可能对煤矿床充水产生一定的影响。而10号煤距7号煤平均25.22m,11号煤距10号煤平均9.54m,两段地层大部分岩性都为砂泥岩,有一定的隔水性,但最下部11号煤层距茅口强岩溶含水层仅有平均厚度10m左右的岩层相隔,因此茅口组岩溶水将会对下部煤层开采产生重要影响。

3.4小煤矿及老窑采空区积水情况

由于历史开采原因,原大坪煤矿和老窑采空区内赋存着大量的采空区积水,此类老空水是大坪煤矿开采上部7号煤层最重要的充水水源之一。据本次调查和收集资料初步估算,老空区积水量约有58000m3,因此原大坪煤矿采空区积水是矿床充水的最重要水源。如未对原大坪煤矿和老窑采空区进行处理而开采7号煤层的话,将极有可能在生产过程可能造成严重水患。

4充水因素分析

4.1充水水源

对矿床充水有影响的主要充水水源中,地表水有溪沟水和观音寺河河水,其对矿床充水影响较小;地下水中,对矿床充水影响较小的是第四系孔隙水;对矿床充水有一定影响的充水水源为玉龙山组裂隙溶洞水、长兴组中等岩溶裂隙水、龙潭组弱裂隙水;对矿床充水有严重影响的为茅口组裂隙岩溶水、小煤矿及老窑采空区积水。

4.2充水通道

对矿床充水的主要充水通道为岩石天然节理裂隙、人为采矿冒落裂隙、构造破碎带,次要通道为原小煤矿和老窑采空区巷道、封闭不良钻孔、溶洞及溶孔。

4.3充水方式

大坪煤矿矿床充水通道主要以岩石原生和采矿冒落裂隙为主,少部分为构造裂隙破碎带、采空巷道导水,充水水源主要为玉龙山段和长兴组岩溶裂隙水、茅口组岩溶水、龙潭组裂隙水及老窑采空区积水,尤其是茅口组岩溶水和老窑采空区积水,需引起强烈重视。因此未来矿井充水方式主要以顶板渗水、滴水、淋水,底板冒水、涌水为主。另外在局部地段,由于受老空水、茅口组岩溶水充水等影响,将有可能发生突水,需作好安全观测和相应的预防措施。

5矿井先期开采地段涌水量预算

矿井先期开采地段涌水量预算采用比拟法。经调查,原大坪煤矿采空区面积约59000m2,采掘标高为1000~780m,实测矿井正常涌水量为40m3/h,最大涌水量为80m3/h,故本次预算采用公式为:Q=Q1×4FF1×SS1(1)式中Q为预测矿井先期开采地段涌水量,m3/h;S为先期开采地段水位降深,取先期开采地段终孔平均静止水位高程(1149.78m)与先期开采地段11号煤层最低标高(150m)之差,为999.78m;F为先期开采地段面积,约为9515597m2;Q1为已知原大坪煤矿矿井实测涌水量,其中正常涌水量为40m3/h,最大涌水量为80m3/h;S1为已知原大坪煤矿矿井水位降深,原大坪煤矿采掘标高由1000~780m,故原大坪煤矿水位降深为220m;F1为已知原大坪煤矿矿井采空区面积,为59000m2。根据以上数据及公式,可计算出大坪煤矿先期开采地段正常涌水量为7295m3/d,最大涌水量为14589m3/d。

6供水水源

矿区无较大的地表水体,仅一小河流观音寺河从矿区内经过,该河流受污染程度小,水质较好,流量较稳定,据本次河流长期观测资料,最小流量为0.15m3/h,最大流量为4.475m3/h,平均流量为0.752m3/h,煤矿可在农闲时期抽取河水储在蓄水池里,经沉淀处理后作为生活生产用水。

7结语

大坪煤矿矿区范围为一向斜构造,观音寺河流经其南东部,区内大部分煤层低于当地最低侵蚀基准面,地下水的主要补给来源为大气降水。矿区地表水、地下水自然排泄条件较好。煤矿床的主要充水水源为玉龙山组和长兴组岩溶裂隙水、龙潭组裂隙水、茅口组岩溶水及老空区积水,尤其以茅口组岩溶水及老空区积水对矿床充水影响最大。故矿区以碎屑岩裂隙水及岩溶水充水为主,总体水文地质勘查类型主要为二类二型,含煤地层中10号煤层以上煤矿床水文地质条件中等,10号煤层下部煤矿床水文地质条件复杂。

参考文献:

[1]陆四海.贵州天健矿业集团股份有限公司遵义县枫香镇大坪煤矿(预留)资源储量核实及勘探报告[R].2016.

[2]韦仕国.贵州省黔北煤田鸭溪矿区枫香二矿(东段)煤炭勘探报告[R].2011.

[3]黎坤敖.贵州省遵义县枫香镇大坪煤矿资源储量核实报告[R].2008.

[4]MT/T1091-2008,煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准[S].

作者:陆四海 单位:贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心

 

  发布时间:2017/8/9 15:52:07  阅读人次