新义井田水文地质特征分析

２００８年第４期　西部探矿工程　１３３　一＿一啊　一　新义井田水文地质特征分析　赵治霞，孙玉震　（义煤集团永兴工程有限责任公司，河南义马４７２３００）　摘要：通过对新义井田水文地质资料的分析，阐述了新义井田的水文地质特征及对煤层开采的影　响，对矿井生产具有极大的指导意义。　关键词：水文地质；含水层；隔水层；充水因素　中图分类号：Ｐ６４文献标识码：Ｂ文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２Ｏ０８）０４—０１３３～０３　新义井田位于河南省洛阳市新安县北部，为新安煤　田的一部分。浅部新安煤矿，最大埋藏深度为标高一　６００ｍ。东西长约１２．６３ｋｍ，南北宽３．７９～４．５２ｋｍ，面　积为４９．８７ｋｍ。。　称的单面山地形，构成畛河与涧河的分水岭。井田内沟　谷发育，无河流。地表水、地下水主要补给来源为大气　降水。　区域含水岩组自上而下为：第三、第四系松散层孔　隙含水岩组，二叠系碎屑岩类裂隙含水岩组，石炭系碎　屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组，奥陶、寒武系碳　区内主要发育地层为寒武系、奥陶系下统、中统，石　炭系中统、上统，二叠系，三叠系、第三系和第四系，其中　石炭系和二叠系为主要含煤地层。本井田可采煤层仅　酸盐岩岩溶裂隙含水岩组。对矿井有直接充水作用的　有二　煤层。其赋存于山西组下部。　１区域水文地质概况　区域范围内，北有畛河自西南向东北流人黄河，属　黄河水系。南有涧河自西而东流人洛河，属黄河流域洛　河水系。本井田属洛河水系。泉水主要有两处，黑龙沟　泉１９６５年观测流量３．９９８～１４．９３８Ｉ　／ｓ，１９８２年已干　枯；龙涧泉１９６５年观测流量１９３￣３７８Ｉ　／ｓ，泉水早已干　主要是二叠系山西组碎屑岩类含水层中的二　煤层顶板　砂岩裂隙含水层、石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩类含水岩组　太原组灰岩岩溶裂隙含水层。间接充水含水层为奥陶　系马家沟组灰岩岩溶含水层，一般情况对煤矿开采无影　响，但若为断层导通可对矿井开拓造成威胁。　隔水层有本溪组铝土质泥岩或铝土岩；二　煤层底　板至Ｉ　灰岩之间的砂质泥岩、泥岩等；山西组顶界以上　紫色泥岩、砂质泥岩等组成。　枯，附近地下水位已降至１００ｍ左右。　井田内地形为北高南低，西高东低，为低山丘陵地　貌。最高处在西部象山，海拔＋４８９．８０ｍ，最低处在南　西端的涧河河床，海拔＋２６７．００ｍ，相对高差２２２．８０ｍ。　北部由二叠系坚硬的平顶山砂岩及砂质泥岩形成不对　该井田位于新安煤田深部，与新安煤矿同属一个水　文地质单元。岸上断层及震旦系地层出露地带为义马　水文地质单元与新安水文地质单元分界。西北部碳酸　盐地层裸露地区为地下水的补给区，地层向东南倾伏，　周成虎，骆剑承，杨晓梅，等．遥感影像地学理解与分析　ＣＡ０　Ｙａｎｇ，ＨＯＮＧ　Ｊｉｎ－ｙｉ　Ｉ－Ｍ｝．北京：科学出版社，１９９９．　胡圣武，潘正风，梅天灿．数字图像处理的技术及其在ＧＩＳ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａ１．Ｓｏｕｔｈ　Ｕ　ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｈｕｎａｎ　４１００８３，Ｃｈｉｎａ）　中的应用ＥＪ］．测绘通报，２００４，５：２５－－２７．　陈华，陈书海，张平，等．Ｋ－－ｍｅａｎｓ算法在遥感分类中的应　用ＥＪ］．红外与激光工程，２０００，２９（２）：２６—３ｏ．　骆剑承，王钦敏，马江洪，等．遥感图像最大似然法分类方　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｍａｇｅ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，　ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ　ａｎｄ　ｕｎｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｔｗｏ　ｍａｉｎ　ｗａｙｓ　ｃｌａｓｓｉｉｆｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　法的ＥＭ改进算法［Ｊ］．测绘学报，２００２，３１（３）：２３４—２３９．　Ｂａｓｅｄ　ｏｉｌ　ＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｅａｌｓ　ｗｉｔｈ　ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ　ａｎｄ　ｕｎｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｔｈａｔ　ｔｗｏ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｒｅ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｌｉｓｔｅｄ　ｔｈｉｓ　ｓｔａｔｕｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ　Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｕｎｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ　Ｃｌａｓｓｉｉｆｃａ—　ｔｉｏｎ；ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｍａｇｅ　Ｒｅｍｏ￣ｓｅｎｓｉｎｇＩｍａｇｅＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com １３４　西部探矿工程　２００８年第４期　形成埋藏型的地下水，向东北方向运移的径流带。新安　水质一般为ＨＣＯｚ—ＣａＭｇ型，矿化度０．８８８～　１．４４１ｇ／Ｉ　，ｐＨ值７．７０～７．８０，总硬度１２．９９￣６７．４８德　国度，永久硬度０～５４．３８德国度，水温一般１５℃～　１６￣Ｃ。　煤矿位于岩溶地下水的径流带，深部岩溶发育减弱，形　成岩溶地下水的滞流带。本井田就处于岩溶地下水的　滞流带。地下水沿径流带最终排泄于黄河。　大气降水是本区地下水的主要补给来源。寒武、奥　本含水层距二　煤层底界４４．３０～７９．６８ｍ，一般　陶系碳酸盐地层出露较广，地表岩溶裂隙较发育，有利　５８ｍ，其问有两层主要隔水层阻止该含水层水进人矿　于大气降水的渗漏补给，补给量较丰富。地下水运移方　井。属具有突水威胁的间接充水含水层。　向为由西南向东北方向径流方式排泄于黄河，与区域地　２．１．２太原组灰岩岩溶裂隙承压含水层　表水流向基本相同。地下水的排泄因素复杂，有的以自　太原组主要岩性为薄层灰岩、硅质泥岩、砂岩、砂质　然形成泉的形式排泄，人工开采也形成人工排泄点，矿　井突水也形成排泄方式之一。所以地下水在主体补、　径、排运移中局部产生次级侧向径排运行。　二叠系的砂岩裂隙水，同样主要补给来源于大气降　水的人渗。砂岩裂隙水是矿井排水的主要水源，因此，　区内矿井排水是山西组砂岩裂隙水主要排泄方式。　小浪底水库对本水文地质单元地下水的补给、径　流、排泄条件有一定影响。主要是库区范围原只接受大　气降水人渗补给，现被水淹没后形成水库水的恒定补　给。二是浅部小煤矿开采范围被淹后，小窑水和水库水　连成一体，煤系地层中砂岩含水层形成长期恒定补给水　源。三是原属排泄区的自然排泄方式，由于水库水位上　升形成负压使排泄受阻，影响地下水的运移速度并使径　流区地下水位有一定上升。　井田内煤层埋藏较深，一般在６００ｍ以下，煤层底　板标高在一２００ｍ以下，黄河河床在此段标高约为＋　１８０ｍ，浅部有新安煤矿相隔远距侵蚀基准面；矿井最低　排泄面在一６００ｍ标高以下。　２井田水文地质条件　２．１主要含水层　２．１．１奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层　奥陶系灰岩含水层由灰岩、白云质灰岩、角砾状灰　岩、硅质白云岩和白云岩组成，总厚度为２７３ｍ。以往在　北侧外围浅部地段曾进行多次抽水试验并有１４个钻孔　揭露该含水层６４．８４～１１９．７４ｍ，其中有２个孔揭露厚　度大于１００ｍ，４个孔大于５０ｍ，８个孔小于５０ｍ，均未发　现漏水现象。钻孔单位涌水量０．０００６１～４．０３　Ｉ　／ｓ・ｍ，渗透系数０．０００４５～９．０２ｍ／ｄ，地下水位标高　＋２９１．１４～＋３７５．７５ｍ。　井田范围内，本层顶板埋深６ＯＯ～１０００ｍ，勘探过程　中有２１个钻孔揭露该层，未见溶孔，裂隙不发育。钻孔　单位涌水量０．０２１￣０．０４８Ｉ　／ｓ・ｍ，渗透系数０．０４１５￣　０．０６１ｍ／ｄ，地下水位标高＋２５９．４３～＋２９１．６９ｍ。属于　弱一中等富水性含水层。　泥岩及薄煤层组成，其中灰岩一般为２～５层，单层厚０．　２０～７．５０ｍ，灰岩总厚７．０４～１６．３５ｍ，一般１０ｍ左右。　井田外围浅部地段进行过多次抽水，钻孔单位涌水量ｑ　一０．０００４４￣０．０８４３Ｉ　／ｓ・ｍ，渗透系数ｋ＝０．００４１２￣４．　７６２ｍ／ｄ，地下水位标高＋３３８．０９～＋２０７．９４ｍ。　勘探过程中穿过太原组地层的钻孔有２８个，灰岩　裂隙不发育，局部见裂隙为方解石充填，简易水文观测　无漏水现象。钻孔单位涌水量ｑ＝０．０４８￣０．０９４Ｉ　／ｓ・　ｍ，渗透系数ｋ一０．１００～０．５５１ｍ／ｄ，地下水位标高＋　３３０．２２～＋３３６．１３ｍ，属于弱富水性含水层。　太原组Ｉ　灰岩水的水化学类型为ＨＣＯ３一ＣａＭｇ　型水，矿化度为０．５８～１．４２８ｇ／Ｉ　，ｐＨ值为７．６～７．８，　总硬度１０．０１～２３．０２德国度，水温为１６℃～１７￣Ｃ。太　原组Ｉ　灰岩顶部距二　煤层底板砂岩底界间距为５．８２　～２１．００ｍ，平均１１．９３ｍ，属矿井直接充水含水层。　２．１．３　山西组砂岩孔隙裂隙承压含水层　以二　煤层顶板以上的大占砂岩和香炭砂岩为主，　为灰白色中粗粒砂岩，平均厚３０ｍ左右，裂隙不发育，　井田内施工的所有钻孔均未发现涌、漏水现象。井田外　围浅部地段进行过多次抽水，钻孔单位涌水量ｑ一　０．０００２５—０．１８１Ｉ　／ｓ・ｍ，渗透系数ｋ＝０．００１３５～　０．２１７ｍ／ｄ。地下水位标高＋１９８．７５～＋３２４．４８ｍ。・本　井田内１１０１３孔抽水试验结果表明，ｋ一０．０１３８ｍ／ｄ，属　于弱富水性含水层。　该含水层化学类型以ＨＣＯ。一Ｎａ型水为主，少数　为ＨＣ０３－－Ｓ０４一Ｎａ型，矿化度０．３５７～０．７９７ｇ／Ｉ　，ｐＨ　值７．５～８．７，总硬度１．２３～８．５德国度，水温１６℃～　１９￣Ｃ。该含水层属弱富水性偏中等，且不均匀，受裂隙　发育程度控制，为二　煤层顶板直接充水含水层。　２．１．４上、下石盒子组砂岩裂隙承压含水层　石盒子组地层中灰白色中粗粒砂岩为主要含水层，　地层总厚度３５０．７０～５０３．４５ｍ，中粗粒砂岩累计厚度　２３．３１￣４３．４６ｍ，一般１３～１９层，单层厚０．２～７．０ｍ，　其问泥岩和砂质泥岩隔水，砂岩裂隙不发育，地下水补　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００８年第４期　西部探矿工程　１３５　给来源有限，弱富水性。钻孔单位涌水量ｑ一０．００３１９　断层发生水力联系的几率较小。但西部边界有龙潭沟　０．０２８６Ｉ　／ｓ・Ｉｎ，渗透系数ｋ＝ｏ．０１１５～０．０５９４ｍ／ｄ。　正断层，走向北西，倾向北东，落差５０￣２００ｍ，导致灰岩　ｗ该层地下水水化学类型为ＨＣ０。一Ｎａ型，矿化度　含水层局部与含煤地层对接，有可能对煤矿床充水。开　０．３９５￣０．５７４ｇ／Ｉ　，ｐＨ值７．７２～８．８３，总硬度１．０６～　采时应按规定留设防水煤柱。另据三维地震勘探发现　ｌ６．６６德国度，水温１６℃左右。该含水层富水性弱，且　有数条小断裂可切穿奥灰顶面其导水性不明，一旦导水　不均匀。山西组顶界以上以紫色泥岩和砂质泥岩为良　将会使奥灰水直接进入矿井。　好隔水层，阻隔石盒子组砂岩含水层和山西组砂岩含水　２．４水文地质勘查类型　层之间的水力联系，属矿井间接充水含水层。　２．１．５平顶山砂岩裂隙含水层　灰白色中、粗粒砂岩为主要含水层，总厚度６６．１０　～９１．４０ｍ，单位涌水量ｑ＝２．５５７Ｉ　／ｓ・Ｉｎ，渗透系数ｋ：　３．４８３ｍ／ｄ。在本阶段勘探过程中有１１０１３孔、１２０２孔、　１３０１孔、１３０２孔和１６０１孔发生严重漏水现象，０８０３孔　和０８０４孔出现涌水现象，放水试验结果为，ｑ一　０．０９８Ｉ　／ｓ・ｒｆｌ，ｋ一０．１４４ｍ／ｄ，属中等富水性。由于该　含水层与二　煤层间距较大，中问夹多层泥岩和砂质泥　岩隔水层，因此对矿井开采没有影响。　２．１．６第四系冲积、洪积砂、卵石孔隙含水层　第四系地层中分布有砂、卵石含水层，厚０～１９．　３６ｍ，岩性松散，分选性差，次棱角及次园状，成份主要　为砂岩、石英岩和灰岩等，砾径一般２～ｌＯｃｍ。该层漏　水严重，具有一定的贮水条件。　２．２主要隔水层　（１）本溪组铝土质泥岩或铝土岩隔水层。厚６．５０　～２６．１２ｍ，平均１３．３６ｍ，该层井田内普遍发育，层位稳　定，岩性致密，裂隙不发育，不透水。在正常条件下可阻　止奥陶系灰岩水与太原组灰岩水之间的水力联系。该　层隔水条件良好，隔水性能可靠。　（２）二　煤层底板至Ｉ　灰岩顶部之间的砂质泥岩和　泥岩隔水层。该层在井田范围内普遍发育，厚度较稳　定，厚１０ｍ左右。节理、裂隙多为闭合型或被充填物充　填，透水性差，加之太原组灰岩富水性弱，正常地段可阻　止该层以下含水层地下水进入矿井。当遇断裂切穿该　隔水层而沟通含水层与煤层水力联系时，则灰岩地下水　就能直接进入矿井。　（３）山西组顶界上部的紫色泥岩和砂质泥岩隔水　层。该层岩石颗粒细小致密，裂隙多为闭合型或被充　填，透水性极差，层位较稳定，厚度一般为３０ｍ左右，可　阻隔石盒子组砂岩裂隙水与山西组砂岩裂隙水发生直　接水力联系。　２．３断层导水性　井田内未发现落差大于２０ｍ以上的断层，构造简　单，表明井田内地层连续性和完整性较好，各含水层因　根据《煤、泥炭地质勘查规范》（ＤＺ／Ｔ０２１５－－２０００），　本井田水文地质勘查类型为第三类第二亚类第一～二　型，属于底板进水为主的水文地质条件简单～中等的岩　溶充水矿床。　３充水因素分析　二　煤层直接顶板砂岩裂隙水和太原组灰岩水为矿　床直接充水水源。由于含水层富水性弱，而且不均匀，　水量有限，易于疏排。　井田内地表水系不发育，加之地形坡度较大，不利　于大气降水及地表水的下渗，地表水对矿井开采没有影　响。井田内煤层埋藏深，没有生产矿井及老窑，未来新　矿井不会发生老窑积水的突水危害。　奥陶系灰岩埋藏深，水压大，为中等富水性的含水　层，距离二　煤层底板平均５８ｍ。正常情况下对开采二　煤层没有影响，但由于构造破坏造成煤层底板隔水层导　水情况下就会发生突水，成为矿井充水水源，对矿井生　产造成威胁。西界龙潭沟断层在一定条件下可对矿床　直接充水。　本井田属水文地质条件简单一中等的的岩溶充水　矿床，但在煤矿开采后若发现有断层发育，就可有能使　矿井水文地质条件转变为复杂类型。　４对矿井的影响分析　山西组砂岩和太原组灰岩为二　煤层直接充水含水　层，亦是疏干对象。对煤层开采具有直接的影响作用。　而其它间接充水含水层，如奥陶系灰岩，上、下石盒子组　砂岩，平顶山砂岩，第四系砂、卵石等均有较稳定的隔水　层阻止其水体进入直接含水层。　正常情况下奥灰水与二　煤层底板间有一稳定隔水　层，对矿井充水影响不大，但如果遇断层导通，将导致奥　灰水沿破碎带进入矿井，造成突水。　进入深部井田岩溶一般不发育，但如果裂隙发育　时，由于水压较大，如遇断层破坏隔水层，可能有较大涌　水量进入矿井。在今后的矿井生产中应加强对奥陶系　灰岩的水文地质勘探工作，做到先探后掘，有疑必探，建　立健全水文地质台帐和管理制度，加强矿井水文地质研　究，从而正确的指导矿井生产。