赵家寨矿井水文地质条件

【摘 要】本文介绍了赵家寨矿井区域构造、水文地质特征、含隔水层等方面情况,揭示了矿井的充水水源,阐述了矿井水害综合防治措施.

【关 键 词】水文地质条件；构造；特征；含水层

0概况

赵家寨煤矿位于郑州市南约40千米,京广铁路线西侧的新郑市西部,行政隶属新郑市的城关镇、辛店镇和新密市的大隗镇,年产300万吨的大型现代化矿井；井田范围西起煤层底板-800米等高线,东到贾梁断层及煤层露头（一1煤层为区块边界）,北从大隗断层,南止欧阳寺断层及区块边界；本区属华北地层区、华北平原地层分区之嵩箕小区,区内仅西部及其的许岗-三岔口一带有二叠系上统平顶山砂岩和三叠系下统金斗山砂岩出露,绝大部分为新生界地层掩盖,缺失奥陶系上统、志留系、泥盆系和石炭系下统,区内地层从老到新依次为寒武系上统、奥陶系中统、石炭系中上统、二叠系及第三、四系.

1区域构造

1.1断层

本区主体构造为一两翼地层产状平缓,倾角3～15°,轴向NWW～SEE的宽缓背斜构造.井田内共有断层18条,除温泉、宁沟两条小逆断层外,其它均为正断层.其中落差大于100米的5条,落差100～50米的5条,落差50～30米的7条,落差小于30米的有1条.大隗断层、贾梁断层、欧阳寺断层构成本区自然边界.断层走向除大隗断层为近东西向外,其余均为北西～南东向,并以南升北降正断层为主,全区构造复杂程度属中等.

1.2褶曲

本区主要褶曲滹沱背斜.位于307、401、603、验1（大2-1）、1253、1120钻孔一线,背斜轴走向120°,延展长度约12千米,西北倾伏端被大隗断层切割,向东南至14勘探线仰起,轴面近直立.北翼地层走向145°～160°,倾向55°～70°,倾角6°～15°,南翼地层走向115°～140°,倾向205°～230°,倾角3°～12°.背斜轴被徐庄断层（F11）切断.该背斜已被8J3、9J1、10、10J2、11J2、12、12J2、13、13-1、13-3、14-2、14-3等12条地震线及多个钻孔严密控制.

2区域水文地质特征

2.1含水岩组划分及特征

基岩裂隙含水岩组：包括下元古界（Pt1）和上元古界震旦系中统马鞍山组（Z2m）各变质岩层.出露于本区西部风后岭背斜和荥巩背斜轴部地区,平均总厚2487米,面积约150平方千米.地下水主要以潜水形式埋藏于30～50米深的风化带中,最深一般不超过100米.含弱裂隙潜水,泉点流量多在0.34～0.994升/秒之间,最大可达5.61升/秒.地下水化学类型以HCO3―Ca型为主,次为HCO3―Ca.Mg型,矿化0.2～0.3克/升.该组风化层以下岩体为区域隔水边界.

碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组：包括寒武系、奥陶系碳酸盐岩含、隔水层.出露于本区西部山区,面积约230平方千米,含岩溶裂隙承压水,其富水性主要取决于岩溶裂隙发育程度.寒武系含水层主要出露于荥巩背斜南、北两翼和密县盆地,出露总面积约190平方千米.其水化学类型为HCO3―Ca.Mg,矿化度0.5克/升.奥陶系中统马家沟组（O2m）含水层出露于本区西部,以密县盆地出露最好,总面积约40平方千米,东部平原区埋藏深度一般200～1000米.该层可溶性较强,岩溶裂隙发育,地表溶沟溶槽密布,含水较丰富但不均匀.水化学类型以HCO3―Ca.Mg为主,矿化度0.246～0.647克/升.

碎屑岩夹碳酸岩盐类岩溶裂隙含水岩组：该组主要是指本溪组、太原组铝土质泥岩、砂泥岩类与石灰岩互层.西部山区有零星小面积露头,东部平原埋藏深度200～1000米以上.该套灰岩可溶性较强,相对溶解度大于1,岩溶裂隙发育.水化学类型以HCO3―Ca型为主,次为HCO3―Ca.Mg型.该组底部、中部、上部均为砂泥岩隔水层.

碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组：主要指二叠系和三叠系（P～T）砂岩、砂泥岩互层,出露于西部山区及山前岗地.含水层以大占砂岩,砂锅窑砂岩,田家沟砂岩,平顶山砂岩以及金斗山砂岩等层位较稳定,面积约50平方千米,总厚大于313.51米.孔隙裂隙较发育,均不同程度地含孔隙裂隙承压水,各砂岩之间因存在砂质泥岩和泥岩隔水层而无明显的水力联系.水化学类型以HCO3―Na型为主,次为HCO3―Ca.Mg型.

松散岩类孔隙含水岩组：系指第三、四层系砂、砾石含水层与粘土、砂质粘土互层.该组分布在山间洼地、山前岗地和东部平原区,其富水性主要取决于砂及砂砾的厚度及颗粒级配情况.

2.2岩溶裂隙富水规律

岩溶形态以溶蚀裂隙为主,溶洞次之,寒武系白云质灰岩中常发育密集的溶孔；岩溶以埋藏型和覆盖型为主,裸露型次之,前者主要分布于区域的中、东部,后者主要分布于西部山区；不同时代的石灰岩中,岩溶发育程度随深度增加而减弱.钻孔岩溶裂隙涌和漏水点,随深度增加而逐渐减少.埋藏型岩溶发育标高,东部平原区一般在-120.28～-589.31米,西部山区一般在+261.59～-289.46米；褶曲轴部纵张裂隙发育,是岩溶发育的良好场所.断裂为地下水运移提供了通道,使得岩溶在断裂带发育,岩溶发育深度往往比一般地区较深；碳酸盐岩新、古剥蚀面上岩溶发育.但由于奥陶系上覆铝土质泥岩或粘土充填,一定程度上降低了其富水性.

2.3地下水的补给、径流、排泄

大气降水是本区地下水的主要补给来源,河流、水库等地表水对地下水的补给仅限于局部地段,且补给量很小,本次不予考虑.本区地势西高东低,构造导致区域地下水主要由北西向南东径流,断裂带多是主要径流带,由西部补给区到东部赵家寨井田其间水力坡度约3‰左右.由于双洎河切割深度较浅,第四系含水层暴露面积较小,排泄流量不大.雨季随着河水水位上涨,还会出现短时间的回补含水层现象.新密煤田水文地质单元南起风后岭背斜,北到荥巩背斜,西部边界距离五指岭自然分水岭约3～10千米,东部边界为八千背斜轴部.以大隗断层为界,又将该单元划分为断层以北的荥巩背斜南翼单斜及断裂构造水文地质区和断层以南的密县～新郑褶皱断裂水文地质区.赵家寨井田位于密县～新郑褶皱断裂水文地质区下游的灰徐沟～超化泉域东段,处在径流排泄区部位,补给区位于其西部山区.3区域含水层、隔水层

3.1含水层

长山组（∈3ch）白云质灰岩岩溶承压水含水层.井田内共13孔揭露该层,占总孔数7.5%.该含水层大体上沿滹沱背斜轴部地带,埋藏深度400米左右,向北东方向逐渐增加到1400米.揭露厚度一般10～30米.

马家沟组（O2m）灰岩岩溶裂隙承压水含水层.有82孔揭露（穿）该层,占总孔数47.40%.厚度25.33～79.95米,平均厚度54.70米.该层上段为厚层状灰岩,下段泥质成分增高.

太原组下段（C3tL1-4）灰岩岩溶裂隙承压水含水层.井田内共有86个钻孔揭露（穿）该层,占总孔数49.71%.该层由1～4层灰岩组成,间夹薄层泥岩,砂质泥岩及薄煤,厚13.86～42.99米,含水层埋深在贾梁断层以东450～1250m.其中灰岩厚度7.4～34.91米；平均18.79米,L1、L2常合为一层,二者一般厚10～13米,该套灰岩厚层呈块状,隐晶质结构,含黄铁矿结核与燧石结核.

太原组上段（C3tL7-8）灰岩岩溶裂隙承压水含水层.井田内有163孔揭露（穿）层,占总孔数94.2%.该层主要由L7、L8两层厚层状、隐晶结构灰岩组成,该含水层埋藏深度一般250～850米,含水层厚度0～18米,一般厚10米左右,含黄铁矿结核和燧石结核.

山西组（P1sh）二1煤层之上砂岩孔隙裂隙承压水含水层.由大占砂岩和香炭砂岩组成,该含水层埋深一般250～850米.大占砂岩厚度0.96～31.90米,平均17.05米；香炭砂岩厚14.23米,孔隙裂隙一般不发育,且多被方解石脉充填.

第四系孔隙潜水含水层.中更新统（Q2）含水层主要分布在井田西部贾咀、辛店一带,岩性上部为亚砂土夹亚粘土,下部亚粘土夹砾石,底部常见棱角状分选差的碎石层.上更新统（Q3）含水层主要分布井田东部双洎河两岸的平原区,岩性上部以亚砂土为主,含钙质胶结,下部为亚粘土夹砾石层,底部为河床粗砂砾层；全新统（Q4）含水层主要分布于双洎河沿岸及新郑市区以东平原区的浅表部,岩性为粉砂土,亚砂土,粉细砂,夹透镜状粘土层,双洎河沿岩岸河流一级阶地的底部具河床相砂砾石层.

3.2隔水层

一1煤层底板铝土质泥岩,砂泥岩隔水层.位于奥陶系灰岩顶面至一1煤层底面之间,厚度1.87～33.84米,该层层位较稳定,岩性致密,隔水性良好,但因该层在局部地段很薄,如1202,7012,1009,201等钻孔中厚度均不超过5米,尤其在受断裂错动的情况下,奥陶系灰岩高压岩溶水将对一1煤层的开采有直接影响.

太原组中段砂泥岩隔水层.该层系指L4灰岩顶面到L7灰岩底面之间的砂质泥岩为主,夹细粒砂岩、薄煤层和不稳定的L5及L6灰岩,厚16.83～68.33米,该层层位较稳定,隔水性较好,为C3tL1-4灰岩与C3tL7-8灰岩之间的隔水层,但在断裂切割处以及背斜轴部张裂带上,将会形成上、下含水层间的水力联系.

二1煤层底板砂泥岩隔水层.系指L8灰岩顶面到二1煤层底板之间的砂、泥岩段,据本区揭露该层厚度1.61～43.82米,平均厚10.96米,该层有一定的隔水作用.0954、1253等孔附近,以及508～0752、0951～1051、1253～1351等之间,隔水层厚度<5米,以及断裂破碎之处,将会造成底板突水.

石千峰组上段细粒砂岩、砂质泥岩隔水层.该层在井田西缘有零星出露,大部分被第三、四系掩盖.全区揭穿该层的仅210孔,厚度341.98米.岩性为砂质泥岩和细粒砂岩,孔隙裂隙不发育,对上覆下伏含水层起隔水作用.

上第三系（N1l）砂质粘土及粘土隔水层.由厚度为0～656.85米,平均厚255.02米砂质粘土和粘土组成.由于厚度大,层位较稳定,所以是第四系含水层与下伏基岩含水层之间良好的隔水层.

4结论

在做好水文地质勘查与监测工作基础上,实施有效的综合防治水手段,制定水灾应急预案,实施有效的矿井水害防治.

加强各采掘工作面物探和钻探工作,做到“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”.掌握矿井水水质特征,查清矿井内各含水层和采空区的水质特征及季节性变化规律,自建井以来共采集水样52个,通过水质分析,了解矿井水质特征及分布规律.

建立了水文观测系统,自2007年以来对煤层底板进行了有效疏放,L7-8灰水位下降了210m、l1-4灰水位下降了152m、O2灰水位下降了142m,目前L7-8灰对采掘面已无威胁,l1-4灰和、O2灰水位随着降落漏斗的逐渐增大,水位降深逐渐减小,尤其是进入2013年后,9个月时间水位下降了不到4m,可以判断伴随着降落漏斗增大,疏补逐渐趋于平衡状态,只有增大疏水量才能进一步达到疏水降压的效果.

[责任编辑：汤静]