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［摘要］河南省通柘煤田地層從老到新有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和新生界，不同巖性差異很大，含水層與隔水層呈交錯(cuò)分布。依據(jù)含水層巖性特征、孔隙性質(zhì)、埋藏條件及地質(zhì)時(shí)代等,自上而下劃分為新生界松散巖類孔隙含水層、二疊系砂巖裂隙含水層、石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層。煤田二疊系山西組二1煤層大部可采，其充水通道主要為裂隙導(dǎo)水、斷層導(dǎo)水、井筒導(dǎo)水。煤層頂?shù)装迨且阅鄮r、砂質(zhì)泥巖為主的泥巖類巖石，可能出現(xiàn)片幫、冒頂、底鼓、支柱滑沉等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。煤田水文地質(zhì)與工程地質(zhì)是礦井開采的基礎(chǔ)性工作，在礦井開采過程中，需不斷進(jìn)行資料動(dòng)態(tài)綜合分析，才能提交出更優(yōu)質(zhì)的勘察報(bào)告。

［關(guān)鍵詞］通柘煤田；水文地質(zhì)；工程地質(zhì)；含水層；充水通道

1區(qū)域水文地質(zhì)概況

通柘煤田是河南省迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大煤田，主要可采煤層為二疊系山西組二11、二12煤層。其煤炭資源蘊(yùn)藏量約282億t，現(xiàn)已初步查明22.5億t。該煤田處于豫東黃淮沖積平原，地跨開封、周口、商丘三市，面積約8000km2。地勢(shì)平坦，交通便利，一般海拔50~60m，屬半干旱、半濕潤(rùn)溫帶大陸季風(fēng)氣候，一年四季分明［1-3］。區(qū)域上地層從老到新有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和新生界，不同巖性差異很大，含水層與隔水層呈交錯(cuò)分布。新生界含水層以砂巖為主，隔水層以粘土為主；二疊系含水層以砂巖為主，隔水層以泥巖為主；石炭系含水層巖性以灰?guī)r和細(xì)粒砂巖為主，隔水層巖性以泥巖為主；奧陶系巖性以灰?guī)r為主，是區(qū)內(nèi)煤層的主要含水層巖段。新生界松散巖類孔隙含水層中，淺層地下水補(bǔ)給以大氣降水滲入為主，其次是側(cè)向徑流和河渠側(cè)滲入補(bǔ)給，徑流方向基本上同現(xiàn)在地形傾斜方向一致，由西北流向東南。排泄方式以蒸發(fā)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主。

2煤田水文地質(zhì)條件

2.1煤田淺層水特征

通拓煤田為第四系全覆蓋區(qū),地勢(shì)平坦,屬淮河水系。淺層地下水循環(huán)條件良好,垂直交替強(qiáng)烈，補(bǔ)給以大氣降水為主，主要呈滲入-蒸發(fā)型動(dòng)態(tài)變化特征，與地表水有一定的水力聯(lián)系；枯水期淺層地下水補(bǔ)給地表水,豐水期地表水短暫補(bǔ)給淺層地下水。

2.2煤田含水層、隔水層特征

依據(jù)含水層巖性特征、孔隙性質(zhì)、埋藏條件及地質(zhì)時(shí)代等，自上而下劃分為新生界松散巖類孔隙含水層、二疊系砂巖裂隙含水層、石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層［4］。

2.2.1新生界松散巖類孔隙含水層

鉆孔揭露新生界厚度為650~1800m，該含水層主要巖性為交互沉積的粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂、細(xì)砂和中砂。松散沉積層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,受古地形、地質(zhì)等因素的影響，含（隔）水層相互交錯(cuò)，呈尖滅狀或透鏡體狀沉積，含水砂層沿水平方向連續(xù)性較差,分布不穩(wěn)定，厚度差異大。埋深70m以淺的潛水，單位涌水量為0.06~2.41L/（s•m），為弱富水-中等富水性含水段。水化學(xué)類型以HC03-Mg•Ca型水為主，礦化度為0.5~0.94g/L，總硬度為129.30~560.50mg/L，屬極硬水。70~350m為中等富水性承壓含水段，單位涌水量平均為1.39L/（s•m）。水化學(xué)類型以Cl•HC03-Na型水為主，礦化度為1.7~3.5g/L，屬微咸水。350~600m深層含水段,單位涌水量為2.85~3.61L/（s•m），為極強(qiáng)富水性承壓含水段。水化學(xué)類型以HC03-Na型水為主，礦化度為0.56~0.7g/L，為低礦化度淡水，總硬度為14.1mg/L，屬極軟水。600m以深，超深層含水段單位涌水量為0.5~0.69L/（s•m），水化學(xué)類型屬HC03-Na型。

2.2.2新生界松散巖類孔隙隔水層

新生界各含水段之間普遍發(fā)育連續(xù)穩(wěn)定的粘土、砂質(zhì)粘土層,含水層之間一般不存在水力聯(lián)系。新生界底部普遍有巨厚粘性土層,阻隔了與下伏基巖的水力聯(lián)系，所以新生界孔隙含水層對(duì)礦床的開采影響不大。

2.2.3新生界地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

淺層地下水的補(bǔ)給來源以大氣降水滲入、灌溉水回滲為主,其次是河水側(cè)向徑流補(bǔ)給；徑流方向自西北向東南，水力坡度約1/6000。排泄途徑主要為蒸發(fā)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。中、深層地下水埋藏深，它與上部水層的水力聯(lián)系很弱，天然狀態(tài)下近似處于靜止的封閉水狀態(tài)，補(bǔ)給遲緩，徑流緩慢。近年來，人工開采逐步成為深層地下水的主要排泄方式，致使地下水位逐年下降，局部形成了降落漏斗。超深層地下水與上部分布穩(wěn)定的隔水層總體由北西向南東徑流，局部因基底控制發(fā)生變化，向下游側(cè)向徑流和人工開采為其主要排泄方式。

2.2.4二疊系砂巖裂隙含水層

二疊系巖石致密完整隔水性能好，阻隔了新生界含水層與山西組二1煤層頂板含水層的水力聯(lián)系，是良好的隔水層段。二1煤層底板巖性主要為湖相泥巖、砂質(zhì)泥巖，分布基本穩(wěn)定，較致密、完整，裂隙相對(duì)不發(fā)育，隔水性能好，若無(wú)斷層切割等地質(zhì)作用影響，能夠阻擋太原組灰?guī)r水潰入礦床。

2.2.5石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層

石炭系含水層主要賦存于石炭系上統(tǒng)太原組，含水巖性為灰?guī)r、細(xì)粒砂巖?；?guī)r分布較穩(wěn)定，裂隙巖溶較發(fā)育，但不均一，且多被方解石脈及鈣質(zhì)膜充填，巖層受裂隙、構(gòu)造等因素的影響，富水性較強(qiáng)但不均一，水力性質(zhì)為強(qiáng)承壓水。太原組灰?guī)r水為二12煤層底板直接充水含水層，對(duì)開采二12煤層影響較大。另外受斷層影響，太原組灰?guī)r與二12煤層有對(duì)接的可能，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)斷層位置、性質(zhì)等要素的控制，避免或減少石炭系灰?guī)r水對(duì)采礦的危害。

2.2.6奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層

該含水層為中奧陶統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r，奧陶系灰?guī)r水在與新生界不整合接觸地帶接受補(bǔ)給。奧陶系頂面上距二12煤層底板124~160.68m，為二煤組底板間接充水含水層。其上有太原組、山西組的泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖相阻隔，一般不會(huì)對(duì)二煤組開采造成影響。在斷層導(dǎo)通及二煤組與奧陶系對(duì)接部位，該含水層對(duì)開采煤層影響較大。

3充水通道

通柘煤田二疊系山西組二11、二12煤層大部及局部可采，煤層埋藏深度大，其充水通道主要為以下幾類：（1）裂隙導(dǎo)水。該區(qū)煤層頂?shù)装搴畬訋r性以泥質(zhì)膠結(jié)細(xì)粒砂巖為主，過水通道以裂隙為主，具不均一性，連通性一般較差，水頭壓力大，采煤“三帶”及底鼓位置裂隙發(fā)育，尤其煤層隱伏露頭附近上覆基巖厚度較薄，同新生界底部“天窗”相互作用，成為礦坑突水的一個(gè)重要充水通道。（2）斷層導(dǎo)水。通拓煤田斷層比較發(fā)育，斷距在0~700m均為高角度正斷層，斷層以壓性或壓扭性閉合型斷層為主，破碎帶內(nèi)多為角礫、泥質(zhì)充填，膠結(jié)致密，一般富水性弱，導(dǎo)水能力差，但也不可忽視斷層對(duì)煤層開采的影響。（3）井筒導(dǎo)水。煤礦的各類井筒施工中，井筒砌筑質(zhì)量不好也會(huì)導(dǎo)致地下水沿縫隙以淋水方式進(jìn)入巷道，對(duì)礦井及巷道安全造成威脅。因此，建井時(shí)應(yīng)確保井筒質(zhì)量，避免井筒外部地下水聯(lián)通及導(dǎo)水。通拓煤田構(gòu)造特點(diǎn)是次級(jí)褶皺、斷層發(fā)育中等；煤層位于侵蝕基準(zhǔn)面以下，被巨厚的新生界松散沉積物覆蓋，地表水遠(yuǎn)離煤層，對(duì)礦床開采無(wú)影響。煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水富水性弱，補(bǔ)給不充分，滲透性不強(qiáng)，徑流條件差，易于疏干，若無(wú)導(dǎo)水?dāng)鄬舆B通，對(duì)煤層開采影響不大。煤層底部太原組上段灰?guī)r含水層雖是間接充水含水層，但富水性較強(qiáng)，水頭壓力大，開采過程中巖層受地層應(yīng)力作用和構(gòu)造破壞時(shí)，該灰?guī)r水將會(huì)直接充入礦坑，成為礦床充水的主要水源。奧陶系灰?guī)r水富水性強(qiáng)，水頭高，壓力大，斷距較大的正斷層有可能使奧陶系灰?guī)r直接與煤層對(duì)接或與礦床形成水力聯(lián)系，容易造成突水事故。

4工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

該煤田主要可采煤層為二11、二12煤層，煤層頂?shù)装迨且阅鄮r、砂質(zhì)泥巖為主的泥巖類巖石，質(zhì)量等級(jí)為劣-中等，巖體完整性為差-中等，巖石強(qiáng)度為半堅(jiān)硬。泥質(zhì)巖石遇水易變形，可能出現(xiàn)片幫、冒頂、底鼓、支柱滑沉等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，工程地質(zhì)性質(zhì)差。煤層圍巖以泥巖、細(xì)-粗粒砂巖為主的沉積巖類，巖體具各向異性，強(qiáng)度變化較大，裂隙較不發(fā)育，斷裂構(gòu)造使局部巖體遭受破壞而強(qiáng)度降低，工程地質(zhì)問題以頂板冒落為主，底板穩(wěn)定性相對(duì)較好。根據(jù)力學(xué)測(cè)試可知，砂巖類平均抗壓強(qiáng)度為88.62MPa，巖石強(qiáng)度屬于堅(jiān)硬；泥巖類平均抗壓強(qiáng)度為45.2MPa，巖石強(qiáng)度屬于半堅(jiān)硬。根據(jù)通拓煤田地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、新生界厚度、地下水特征等因素分析，依據(jù)《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，工程地質(zhì)勘查類型為第三類，即層狀巖類，復(fù)雜程度為中等-復(fù)雜型。

5結(jié)語(yǔ)

煤田水文地質(zhì)與工程地質(zhì)的勘察是礦井開采的基礎(chǔ)性工作，是礦井安全生產(chǎn)的保障。由于受地層巖性、斷層發(fā)育、煤層變化等地質(zhì)因素影響，對(duì)煤田水文地質(zhì)與工程地質(zhì)的分析評(píng)價(jià)存在不足與片面，在開采過程中需采用三維物探、井下物探、鉆探、巷道釬探等工作，并不斷進(jìn)行資料動(dòng)態(tài)綜合分析，才能提交出更優(yōu)質(zhì)的勘察報(bào)告。

［參考文獻(xiàn)］

［1］李駿.陽(yáng)城縣龍山井田礦區(qū)水文地質(zhì)條件淺析［J］.山西煤炭，2010，30（2）：47-48.

［2］劉秀波.淺談我國(guó)煤田水文地質(zhì)礦區(qū)安全的影響及新的勘探技術(shù)［J］.科學(xué)與財(cái)富，2014（10）：226

［3］羅嵐.淺談礦區(qū)水文地質(zhì)勘探的技術(shù)要求［J］.安徽地質(zhì)，2011，21（4）：296-298.

［4］牛志剛.河南省通柘煤田的發(fā)現(xiàn)與地質(zhì)特征［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2018.

作者:陳華濤 單位:河南省有色金屬礦產(chǎn)探測(cè)工程技術(shù)研究中心