潘北礦灰?guī)r地下水流場動態(tài)變化及影響因素分析

朱代雙，許光泉，施安才，浦治國

(1.安徽理工大學地球與環(huán)境學院，安徽淮南 232001;2.淮南礦業(yè)集團潘北煤礦，安徽淮南 232001)

潘北礦灰?guī)r地下水流場動態(tài)變化及影響因素分析

朱代雙1，許光泉1，施安才2，浦治國2

(1.安徽理工大學地球與環(huán)境學院，安徽淮南 232001;2.淮南礦業(yè)集團潘北煤礦，安徽淮南 232001)

潘北礦地面灰?guī)r觀測孔水位監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:井田灰?guī)r地下水位隨礦井疏放水呈現(xiàn)不同幅度近直線型下降，在放水試驗期間有一定起伏。受灰?guī)r含水層集中疏放位置影響，東、西翼分別形成一個以E5、WS1為中心的降落漏斗;放水試驗后，因集中疏放位置發(fā)生改變，形成了以E5至WS1為中心的大型降落漏斗?；?guī)r地下水流場的這種動態(tài)變化特征與灰?guī)r含水層疏放量、集中疏放位置、所接受的補給來源及徑流條件關系密切。

地下水位;地下水流場;動態(tài)變化;影響因素

潘北礦位于潘集背斜北翼，目前生產(chǎn)水平為－490 m，主要開采13－1、11－2、8、5－2和4－1等煤層，井田下部 A組煤層因底板灰?guī)r水文地質條件不清而未能開采。為此，礦井自2009年12月起，開始對C3Ⅰ組灰?guī)r進行疏水降壓，現(xiàn)今井下灰?guī)r水疏放量約為130～140 m3/h。

礦井對C3Ⅰ組灰?guī)r含水層進行持續(xù)疏放水，引起地下水位下降，從而對地下水流場產(chǎn)生一定影響。地下水流場的動態(tài)變化特征是所在區(qū)域水文地質條件的綜合反映，因此，研究礦區(qū)灰?guī)r地下水流場對查明A組煤層底板灰?guī)r水文地質條件具有重要意義。

1 井田水文地質條件

潘北礦為隱伏式井田，地層自下而上依次為:寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系及新生界第三、第四系等。其中，二疊系的山西組和上、下石盒子組為含煤地層。井田整體呈單斜構造，主要發(fā)育有F1與F70等大斷層，其走向延伸長、切割深、垂直落差大;受褶曲和大斷層影響，井田內還發(fā)育了如DF13、DF9、DF1、DF1－1及 WF1等多條中、小斷層，如圖 1 所示。

區(qū)內含(隔)水層組主要由新生界松散層含(隔)水層、二疊系砂巖裂隙含水層、石炭系與奧陶系及寒武系灰?guī)r巖溶裂隙含水層構成。新生界松散層含(隔)水層由三至四層含水層及相應隔水層組成，其底部為粘土層、半固結的砂礫層，具有隔水作用;二疊系砂巖裂隙含水層為煤層開采的直接充水含水層，主要分布于可采煤層之間;石炭系灰?guī)r含(隔)水層位于A組煤層底部幾米至三十米不等，包括C3Ⅰ組、C3Ⅱ組及C3Ⅲ組三組含水層及相應隔水層;奧陶系與寒武系灰?guī)r巖溶裂隙含水層厚度大，裂隙、溶隙、溶洞發(fā)育，與上覆地層存在一定水力聯(lián)系，尤其在背斜部位。以上基巖含(隔)水層在開采因素誘發(fā)下經(jīng)不同尺度通道發(fā)生水力聯(lián)系。

圖1 潘北礦地質構造圖

井田基巖上覆新生界松散層底部為隔水層，使得基巖含水層與上覆松散層之間不發(fā)生水力聯(lián)系;同時，礦區(qū)東南部F1斷層具有隔水性，補給條件差，因此，基巖含水系統(tǒng)補給來源主要為西部灰?guī)r露頭區(qū)的側向補給。井田西翼徑流通道發(fā)育，地下水徑流條件較東翼好，基巖含水系統(tǒng)的徑流方向為自西向東，徑流條件由西向東、由淺部向深部逐漸變差。井田基巖含水系統(tǒng)排泄方式主要為本礦井及潘謝礦區(qū)其他礦井疏放水。

2 灰?guī)r地下水流場動態(tài)變化

2.1 地下水位動態(tài)變化

自2011年4月10日至2013年3月28日(2011年9月6日至2011年11月15日為放水試驗階段)地面各灰?guī)r觀測孔水位動態(tài)變化曲線(見圖2)表明:井田C3Ⅰ組、C3Ⅱ組、C3Ⅲ組、奧陶系及寒武系灰?guī)r觀測孔水位隨礦井持續(xù)疏放水呈不同幅度近直線型下降，水位與累計時間相關系數(shù)為0.835～0.997，相關性較大，變化規(guī)律如表1所示，部分觀測孔水位在放水試驗階段有一定起伏。

放水試驗之前各觀測孔水位隨時間變化幅度較放水試驗之后普遍高一個數(shù)量級，僅補KZ10與十線C3Ⅱ孔水位斜率變化相對較小，分別為 －0.783 ～ －0.127、－0.072 ～ －0.045。

放水試驗階段，即在保持東翼正常放水條件下，對西翼進行恢復－放水交替的放水試驗。在此期間，各觀測孔水位對西翼放水及恢復的響應程度存在一定差異，表現(xiàn)為三種類型:①同步響應型:十線C3Ⅰ－2、十西線C3Ⅰ－1、補水1C3Ⅱ及補水1C3Ⅲ孔水位響應明顯;②滯后響應型:補水1 C3Ⅰ、十線 C3Ⅰ －1、十西線 C3Ⅰ －2、補水 1O1+2、九線O1+2以及補水1∈3水位響應存在滯后性;③“異?！表憫?補KZ10、八西 C3Ⅰ－1、補KZ14及十線 C3Ⅱ孔水位在整個疏放過程中呈直線型下降，響應不明顯。

2.2 地下水流場動態(tài)變化

結合井田地面灰?guī)r水位觀測孔及井下放水巷布置特點，選取研究區(qū)域如圖1所示，即東起DF13斷層、西至十線、南起F1斷層與灰?guī)r隱伏露頭、北到－490 m水平。礦井在－490 m水平對C3Ⅰ組灰?guī)r含水層進行疏放水，不僅引起C3Ⅰ組灰?guī)r水位下降，同時，C3Ⅱ組、C3Ⅲ組、奧陶系及寒武系灰?guī)r各觀測孔水位亦呈現(xiàn)出相應下降趨勢。因此，將A組煤層底板各灰?guī)r含水層作為統(tǒng)一含水系統(tǒng)對其流場進行研究(見圖3)。

圖2 灰?guī)r觀測孔水位與總疏放量動態(tài)變化

表1 不同時期各灰?guī)r觀測孔水位變化規(guī)律

圖3 灰?guī)r地下水流場動態(tài)變化

井田灰?guī)r地下水流場整體流向為自西向東。放水試驗之前，井田東、西翼疏放量主要集中在E5鉆場及西三灰石門(WS1)，因此分別形成了以E5、WS1為中心的降落漏斗(見圖4－a、4－b)。2011年4月10日至9月5日，東翼降落漏斗中心水位下降40 m，降幅為0.276 m/d;西翼漏斗中心水位下降幅度較東翼小，為0.136 m/d。

放水試驗之后，東翼疏放量主要集中于E2、E3及E5鉆場，西翼主要集中于W4、W6、W8鉆場及WS1，灰?guī)r地下水流場(圖4－c、4－d)發(fā)生改變，形成了以E5至WS1為中心的大型降落漏斗，該漏斗包括以E2至E5及WS1為中心的兩個小型降落漏斗。2011年11月15日至2013年3月28日，降落漏斗中心水位降幅較小，僅為0.027 m/d。

3 流場動態(tài)變化影響因素分析

井田灰?guī)r地下水流場的動態(tài)變化主要受井下疏放水影響，而降落漏斗的形成及演變由集中疏放位置控制;其次，地下水流場的這種動態(tài)變化與所接受的補給來源及徑流條件有著密切的關系。

3.1 補給來源

東翼東南部F1斷層具有隔水性，構成阻水邊界，補給條件差;西部DF1－1與DF1斷層具有弱導水性，灰?guī)r含水層接受露頭區(qū)的側向補給，但補給程度較弱;北部灰?guī)r向深部延展，據(jù)抽水資料，其單位涌水量q=0.002 64 L/sm，為弱給水邊界。因此，東翼灰?guī)r地下水主要通過DF1及DF1－1斷層接受來自西部露頭區(qū)的側向補給，但補給條件較差，地下水位降幅大。

與東翼相似，西翼灰?guī)r含水層北部弱給水，但其南部為灰?guī)r隱伏露頭區(qū)，灰?guī)r裂隙發(fā)育，斷層導水性好，水量豐富，為給水邊界。西翼灰?guī)r地下水主要接受灰?guī)r隱伏露頭區(qū)及西部的側向補給，由于西部補給源豐富，補給條件較東翼好，其地下水位降幅較小。

3.2 徑流條件

灰?guī)r地下水的徑流方向及流動速度，主要取決于含水層內部的巖溶裂隙發(fā)育程度及斷層導、隔水性。受礦井褶皺影響，斷層及構造裂隙較為發(fā)育，構成了地下水良好徑流通道。

在東翼區(qū)塊內，C3Ⅰ組灰?guī)r具有鉆孔出水量小，觀測孔水位降速快、降幅大的特征，如補KZ10、八西線C3Ⅰ孔水位始終呈持續(xù)下降狀態(tài)，且降幅較大，表明東翼徑流條件較好。

西翼距潘集背斜灰?guī)r露頭較近，斷層與巖溶裂隙發(fā)育，且在灰?guī)r露頭區(qū)及其附近，沿地層走向，徑流通道發(fā)育，其徑流條件較東翼好。

此外，井田呈西高東低的單斜構造，使得區(qū)內灰?guī)r地下水徑流方向整體為自西向東，徑流條件具有由西向東、由淺部向深部逐漸變差的特點。因此，灰?guī)r地下水位西高東低，地下水流場整體流向為自西向東。

4 結語

井田灰?guī)r各觀測孔水位隨礦井持續(xù)疏放水呈不同幅度近直線型下降，在放水試驗階段有一定起伏。受灰?guī)r含水層集中疏放位置影響，東、西翼分別形成一個以E5、WS1為中心的降落漏斗;放水試驗后，因集中疏放位置發(fā)生改變，形成了以E5至WS1為中心的大型降落漏斗。影響灰?guī)r地下水流場變化的因素主要為灰?guī)r含水層疏放量與集中疏放位置，其次為灰?guī)r含水系統(tǒng)所接受的補給來源及徑流條件。

［1］余江，丁麗光，李文輝等.湛江市地下水流場演變特征［J］.水文地質工程地質，2006，(5):95 －98.

［2］劉花臺，王貴玲，劉志明等.唐山中西部地區(qū)地下水位動態(tài)特征分析［J］.勘察科學技術，2002，(6):16 －20.

［3］吳玉生，趙亞平，楊亞靜.煤礦開采對地下水資源的影響［J］.能源環(huán)境保護，2004，18(6):1 －3.

［4］韓穎.大同盆地地下水流場、水化學場變化特征［J］.地質調查與研究，2008，31(2):138 －146.

［5］陳余道，朱學愚，朱學順.淄博市大武水源地地下水流場演變及其影響因素［J］.水文地質工程地質，1999，(3):32 －33.

［6］吳振嶺，白喜慶.峰峰煤礦區(qū)巖溶地下水流場演化規(guī)律［J］.地下水，2009，31(1):23 －27.

Dynamic Changing of Groundwater Flow Field and Analysis of Its Influenced Factors in Panbei Limestone Deposit

Zhu Daishuang1，Xu Guangquan1，Shi Ancai2，Pu Zhiguo2
(1.Department of Earth＆ Environment Science，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，Anhui 2.Department of Science，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，Anhui)

The groundwater level observation data collected from observation sites in Panbei limestone deposit shows that groundwater level there decreases along with drainage.Before the drainage test，E5－centered and WS1－centered cone of depression located in east and west wing of Panbei deposit respectively.The result of test indicates that dynamic change of groundwater flow field affected by the variation of drainage volume，location of drainage well，recharge source and runoff condition.

Groundwater level，groundwater flow field，dynamic change and influenced factor

P641.2

A

1004－1184(2013)05－0021－03

2013-04-28

朱代雙(1987-)，女，安徽安慶人，在讀碩士研究生，研究方向:地下水污染與控制。