地質劃分論文：煤區水文地質劃分探究
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本文作者：文廣超謝洪波鄧寅生作者單位：河南理工大學
區域內水文地質特征
1地下水的補給、徑流、排泄條件
巖溶地下水的補給主要為大氣降水．據水位觀測資料，禹州煤田巖溶地下水位西高東低，地下水總體流向由西向東運動．受地層、構造和地形地貌影響，地下水徑流短，方向變化大．穎河以西地區地下水自西向東運動;穎河以東地區，自東向西運動;西部自北向南運動，受張堂斷層阻隔，地下水流向轉為向東流動．受礦井長期排水影響，在平禹一礦、白廟礦已經形成降水漏斗，局部改變了地下水的流向和補、徑、排條件．巖溶地下水的排泄以泉的形式為主，泉的性質為切割阻溢型，主要排泄點有柏樹咀泉群、吳張溝泉群和黃道泉群等．
2邊界條件
北界:以地表分水嶺為界，分布于大冶以南-火煤山-老山坪-近蘇橋一線，長度約60km．西界:由過風口至石羊關阻水斷層和地表分水嶺組成西部邊界，位于大冶-道泉溝-大紅寨-宋窯一線，長度約44km．南界:由王英溝斷層、虎頭山斷層和寒武系灰巖頂界面1000m埋深線組成，分布在宋窯-跎山-白廟-高莊-許昌一線，長度約105km．東界:由地表分水嶺、張堂斷層、南關斷層和寒武系灰巖頂界面1000m埋深線組成，分布在蘇橋-袁莊-朱閣-康城-方山-關帝廟-徐莊-河街-鄧莊一線，長度約130km．
根據上述自然地理條件、構造條件、地層條件、水文地質特征和邊界條件分析可知，禹州煤田處于一個相對封閉的水文地質單元內，因此確定禹州煤田為1個一級水文地質單元———禹州巖溶水系統和3個二級水文地質單元(禹Ⅰ、禹Ⅱ、禹Ⅲ)．禹州煤田東北部，受張堂斷層影響，地下水經白沙煤礦由北向南(地下水流向分布見圖2)、由西向東流動，使得包括平禹一礦在內的區域形成一個相對封閉的水文地質單元，此區域被確定為禹州煤田北部水文地質單元，即禹Ⅰ水文地質單元;禹州煤田南部受官山寨斷層、玉英溝斷層、張德斷層、虎頭山斷層、南關斷層影響，地下水由磨街井田西部流入，受地質構造影響，向東北和東部流動，使得包括白廟礦、平禹六礦、鳳翅山煤礦、三峰煤礦、平禹二礦、平禹四礦等在內的區域形成一個相對封閉的水文地質單元，此區域被確定為禹州煤田南部水文地質單元，即禹Ⅲ水文地質單元;剩余的包括方山煤礦在內的區域內，地下水從方山礦西部流入，經方山礦，受官山寨斷層、南關斷層、白沙向斜和張堂斷層影響，使其形成一個相對封閉的水文地質單元，此區域被確定為禹州煤田中部水文地質單元，即禹Ⅱ水文地質單元．在一、二級水文地質單元劃分的基礎上，考慮水文地質條件和井田生產實際，筆者又進一步進行了三級水文地質單元劃分，即北部禹Ⅰ水文地質單元，地下水受F29斷層影響，在F29斷層以西，地下水流向由西向東;在F29斷層以東，地下水沿F29斷層由北向南流動，在平禹一礦西側流入礦井．這里結合平禹一礦實際突水資料［11-12］，將禹州煤田北部禹Ⅰ水文地質單元以F29為界，劃分出2個三級水文地質單元禹Ⅰ-1和禹Ⅰ-2．禹州煤田水文地質單元劃分結果見表1和圖2．
水害治理
禹州煤田擁有平禹一礦、二礦、四礦、六礦，方山礦，白廟礦和鳳翅山礦等7座礦井，礦井基本情況見表2．在禹州煤田內的二1煤層頂板之上，對煤層開采影響較大的含水層主要為砂巖裂隙含水層．區內砂巖裂隙含水層均為弱富水性的含水層，且含水層之間都有厚度較大的穩定隔水層，正常地層條件下，這些含水層僅影響本煤組可采煤層的開采．因此，各煤組砂巖水的防治實施“預疏降”．生產實踐中，本法已取得很好的安全和經濟效益，在今后的礦井防治水工作中仍應堅持．二1煤層底板灰巖巖溶裂隙水的防治相對要復雜得多，區內開采二1煤層的方山礦，平禹一礦、四礦和白廟礦分布分散，互不相鄰，不具備區域聯合治理條件．因此，下文將根據禹州煤田水文地質單元劃分的結果，結合禹州煤田各生產礦井近幾年的水害防治情況，給出平禹一礦、四礦以及方山礦和白廟礦底板灰巖承壓水的防治方案．
1平禹一礦水害治理方案
平禹一礦水文地質條件復雜，受寒武系灰巖承壓水威脅嚴重，水文地質單元劃分結果屬于三級水文地質單元禹I-2．由圖2可知，在平禹一礦的西部，地下水受F29斷層和張堂斷層及部分小斷層影響，從西側灌入礦井．礦井接近補給區，補給區面積大(長約120km)，入滲條件好，補給水量大，寒武系灰巖中隱伏張性斷裂發育．歷史上，平禹一礦共發生突水50多次［11］，其中以太原組灰巖(L1-L4，L7-L8)和寒武系灰巖巖溶水為水源的突水達27次．但大部分突水發生在標高－200m以上，說明淺部巖溶發育，富水性較強．因此，這里提出如下治理措施:(1)總體思路．帷幕堵源，局部加固，先堵后疏，強力疏放．(2)具體措施．礦井西部堵源，實施帷幕注漿，中部實施疏水降壓，局部注漿加固底板．淺部在查明礦井水文地質邊界條件和大型斷層水文地質性質的基礎上確定補給通道，在井下－200m東西大巷進行注漿，形成人為隔水邊界;深部加強隱伏張性斷裂探查，實施帷幕注漿堵源;中部可在－200m標高以下疏水降壓．
2平禹四礦水害治理方案
平禹四礦歷史上共發生礦井涌(突)水9次，礦井涌(突)水特征可概括為:頂板砂巖出水和采動裂隙導水為主，但水量不大，對礦井不會造成大的水害威脅．但是，礦區內存在著因封孔不良而形成鉆孔水水害，因老礦井的資料不詳而存在著老礦井水水害，因采空區積水而存在著采空區水害，因斷層錯動可能溝通其他富水性相對較強的含水層而存在的斷層水水害．平禹四礦礦井水害治理對策如下:(1)對頂板水害堅持“疏降為主”的原則，實行平行疏降．(2)太原組上部灰巖段在采動破壞帶內，采用疏降的方式防治;太原組下部灰巖段及寒武系灰巖的突水威脅，采用放水試驗、示蹤試驗及同位素分析，探查地下水滲流場和兩含水層的水力聯系，堅持以“群孔預疏降為主”，局部加固底板．局部加固底板應以防治寒武系灰巖水突出為目標，以二1煤層底板保護層變薄、構造破碎等異常區為重點．(3)針對采空水探查和防治，可利用物探和鉆探相結合的方法，但應堅持“有疑必探，先探后掘，邊探邊掘”的基本原則，采取“物探先行，鉆探驗證”的總體方針，同時利用行政、技術等措施對小煤窯和老空區實施監測．(4)針對井田內斷層的導水性，對水文地質觀測數據和水文地質試驗數據進行分析．在掘進至斷層或推導斷層時，應采用物探和鉆探相結合的探查方法，并根據其含(導)水強度，選擇疏放或封堵的防治措施．
3方山礦治水思路
根據水文地質單元劃分的結果，方山礦屬于二級水文地質單元禹Ⅱ．由圖2可知，地下水經方山礦自西向東流經礦井所在區域．根據現場觀測資料分析，該礦二1煤層底板的灰巖水位較高，在+200m以上，將來開采存在較大的突水危險性．因此，底板水害防治應以“群孔預疏降為主，并進行局部底板加固”的總策略．對太原組上部灰巖水應堅持以“群孔預疏降為主”;對太原組下部灰巖水、奧灰水、寒武系灰巖水應統一考慮，堅持以“群孔預疏降為主，并進行局部底板加固”．局部加固底板，應以防治寒武系灰巖水突出為目標，以二1煤層底板保護層變薄、構造破碎等異常區為重點．對頂板水害應堅持兩條原則:一是以“預疏降為主”，實施“預疏降與平行疏降相結合”的技術措施，建設合理的排水設施;二是嚴防頂板砂巖水與底板灰巖水的溝通，遇到斷層時，必須查明斷層兩盤的巖層接觸關系及斷層的導水性與斷層帶的儲水情況，在此基礎上合理留設防水煤巖柱，必要時注漿封堵導水通道．
4白廟礦治水思路
根據水文地質單元劃分結果，白廟礦屬于二級水文地質單元禹Ⅲ．由圖2可知，在該區域內，地下水由西部流入，在磨街井田西側分叉:一部分向東南方向流向平禹六礦，另一部分向東北方向流向白廟礦．二1煤開采時，礦井涌水通道主要是斷層、裂隙、采動破碎帶以及溶洞溶隙等薄弱結構面，礦井防治水應盡力減少人為因素引起的礦井突水．礦井防治水的原則是:長期加強水文地質觀測，以疏為主，預注漿堵水為輔．采取的關鍵防治水措施為:一是疏水降壓，在礦井二水平東翼－50～－350m水平打疏放孔．疏水降壓對象是寒武系灰巖含水層水，先對其進行必要的井下物探，之后根據觀測、物探結果再決定疏放孔的具體位置以及疏放水量的大?。堑装遄{加固，即對井下物探查明有突水危險或突水地段的底板破碎帶、導水通道等，注漿加固、堵水．
