云南省富源縣墨紅鎮(zhèn)天瑞煤礦水文地質(zhì)條件淺析

(1.云南國土資源職業(yè)學院 云南 昆明 650000) (2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心云南總隊 云南 昆明 650000)

云南省富源縣墨紅鎮(zhèn)天瑞煤礦水文地質(zhì)條件淺析

鄧鐘敏1周濤2

(1.云南國土資源職業(yè)學院云南昆明650000) (2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心云南總隊云南昆明650000)

富源縣墨紅鎮(zhèn)天瑞煤礦為新建中型礦山，可采煤層埋藏超過250m，全部隱伏于地下，本文結合野外項目，綜合調(diào)查分析了礦區(qū)地表水、地下水類型、斷裂帶水文地質(zhì)特征，對礦區(qū)水文地質(zhì)條件進行了分析，結果表明礦床及其頂、底板圍巖富水性弱，斷層構造較發(fā)育，斷層導水為礦床充水主要來源，對開采影響較大，水文地質(zhì)條件中等復雜。

云南省煤礦;水文地質(zhì)條件

一、礦區(qū)概況

煤炭是富源縣主要的礦產(chǎn)資源,其為全縣的經(jīng)濟發(fā)展提供著重要支持;煤炭收入在全縣國民經(jīng)濟中占據(jù)著重要比例1]。我國南方地區(qū)具有比較復雜的水文地質(zhì)條件,給當?shù)孛旱V的開采帶來了一定的困難,很容易出現(xiàn)水災害[2]，富源縣墨紅鎮(zhèn)天瑞煤礦位于富源縣城189°方向，直線距離約為36公里處，行政區(qū)劃隸屬于富源縣墨紅鎮(zhèn)九河村委會所轄，礦區(qū)地理坐標：東經(jīng)104°10′27″～104°11′42″；北緯25°22′30″～25°23′43″。礦區(qū)面積3.0913平方公里，開采標高開采標高1925m～2313.6m。天瑞煤礦為新建煤礦山，可采煤層埋藏超過250m，全部隱伏于地下，煤礦資源儲量為4566.0萬噸，設計利用資源量4049.35萬噸，設計可采資源量為3617.87萬噸。礦山設計開采規(guī)模為60萬噸/年，設計服務年限46.4年，產(chǎn)品方案為原煤，礦山規(guī)模為中型煤礦山。

二、地表水

礦區(qū)地處羊橋河右岸，地形切割強烈，降雨豐沛，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，水系發(fā)育，主要分布有羊橋河及其支流馬板腸溝、白沙溝和響水箐溝。羊橋河和響水箐溝處于礦山采掘活動區(qū)之外，馬板腸溝和白沙溝流經(jīng)采區(qū)，匯水面積3.76～6.18km2，旱季流量12.11升/秒，雨季流量180～300升/秒。礦山可采煤層埋藏較深，煤層與河流之間存在飛仙關組(T1f)、卡以頭組(T1k)和長興組(P2c)等多套砂泥巖弱裂含水層和相對隔水層，河水主要通過F1和F3破礦斷層下滲入井，會增大礦坑涌水量，對礦業(yè)活動安全有一定影響。

三、礦區(qū)地下水類型

結合含水層巖性特征、富水性及水力聯(lián)系，礦區(qū)地下水類型劃分為孔隙水、裂隙水和巖溶水三類。分述如下：

1.孔隙水

賦存于松散的碎石、卵礫石、砂土及粉質(zhì)粘土層中，以孔隙潛水為主，主要分布于礦區(qū)西部的羊橋河谷和山麓斜坡地帶及村莊周邊殘坡積土層較厚的地帶，含水層厚度0～15m，區(qū)域上泉水流量0.18～0.49升/秒，平均0.28升/秒，富水性較弱。

2.巖溶水

賦存于下三疊系永寧鎮(zhèn)組(T1y)灰?guī)r、泥灰?guī)r中，主要出露于礦區(qū)北西部，挾持于F2斷層與九河向斜之間，含水層巖性主要為泥灰?guī)r及灰?guī)r，厚度僅50m左右，分布范圍較小，集中在山頂之上，區(qū)域上此類地下水徑流模數(shù)M=8.85l/s.km2，富水性弱～中等，含水層距離礦山可采礦體垂直距離超過400m，間隔有飛仙關組(T1f)、卡以頭組(T1k)和長興組(P2c)等多套層狀砂泥巖弱裂隙含水層和相對隔水層，對礦山開采影響較小。

3.裂隙水

賦存于三疊系下統(tǒng)飛仙關組第四段至第一段(T1f4～T1f1)、卡以頭組(T1k)和二疊系上統(tǒng)長興組(P2c)、龍?zhí)督M(P2l)和二疊系上統(tǒng)峨嵋山組地層之中，由新至老分述如下：

①三疊系下統(tǒng)飛仙關組第四段(T1f4)砂巖裂隙含水層

出露礦區(qū)西部九河向斜軸兩翼，分布于F1斷層以西，含水層巖性以中厚層狀細砂巖、粉砂巖夾薄層泥巖為主，含水層厚度110.06m～126.85m，平均厚度118.46m，底部分布有厚度1～5m的紫紅色薄層狀泥巖，為相對隔水地層，阻隔地下水對礦坑的下滲和補給，本組含水層距離可采煤層最小距離約為350m，對礦床充水影響較小。

②三疊系下統(tǒng)飛仙關組第二、三段(T1f2+3)砂巖裂隙含水層

出露礦區(qū)北東部及南部，含水層巖性以中厚層狀細砂巖夾粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖薄層為主，厚176.90～193.78m，平均183.94m，淺部巖石風化裂隙發(fā)育，地下水賦存其中，以風化裂隙水為主，本組含水層下部為飛仙關組第一段(T1f1)泥巖隔水層，受其隔水作用影響，對礦坑的下滲補給量小，對采掘活動影響較小。

③三疊系下統(tǒng)飛仙關組一段(T1f1)泥巖隔水層

少部分出露于礦區(qū)中部F1以東及南東部，厚度57.80～88.80m，平均厚度69.92m，巖性為紫色、紫紅色粉砂質(zhì)泥巖和泥巖，裂隙不發(fā)育，滲透性差，富水性弱，分布較連續(xù)，為厚度和層位較穩(wěn)定的相對隔水地層，可有效阻隔上伏T1y、T1f4、T1f2+3等上伏含水層地下水下滲補給礦坑，對礦山開采較為有利。

④三疊系下統(tǒng)卡以頭組(T1k)砂巖裂隙含水層

主要出露礦區(qū)北部F2斷層以東，厚度87.67～116.61m，平均厚102.33m，含水層巖性為灰綠色、黃綠色中厚層狀粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，勘探鉆孔揭露該組地層節(jié)理、裂隙發(fā)育，出露面積較小，大部分隱伏于飛仙關組第1段(T1f1)相隔水層之下，依賴于大氣降水補給，補給量較小。簡易水文觀測鉆孔觀測水位標高2082.19m，抽水量為0.221l/s，單位涌水量為0.00502l/s.m，滲透系數(shù)為0.00452m/d，富水性弱。該含水層覆蓋于可采煤層之上，處于礦山開采導水裂隙影響帶內(nèi)，為礦床間接充水含水層，開采后期導水裂隙蔓延至本組含水層后，會增加礦坑涌水量，對礦山開采有一定影響。

⑤二疊系上統(tǒng)長興組(P2c)砂泥巖弱裂隙含水層

覆蓋于煤系地層(P2l)之上，僅在礦區(qū)北部F1斷層東側有少量露頭，含水層巖性為淺灰色、灰白色薄至中厚層狀粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖和煤層，厚度60.72～97.88m，平均厚度84.41m，裂隙率為0.15%～1.12%，勘探鉆孔(ZK302)抽水量為0.155l/s，鉆孔單位涌水量為0.00338l/s.m(2.92m3/d)，滲透系數(shù)為0.0014m/d，滲透性差，富水性弱，本組含水層覆蓋于可采煤層之上，為C7煤層直接頂板，為礦床直接充水含水層，但地層泥質(zhì)含量高，砂巖與泥巖相間產(chǎn)出，單層厚度小，砂巖富水而泥巖、煤層相對隔水，含水層總體富水性弱，水量小，為礦山間接充水含水層。

⑥二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)砂泥巖弱裂隙含水層

為礦山可采煤層賦存層位，地表無出露，隱伏于二疊系上統(tǒng)長興組(P2c)弱裂隙砂泥巖含水層之下，含水層巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細砂巖和煤層，厚度171.12～219.86m，平均厚度192.37m。勘探鉆孔(ZK302)抽水量為0.114l/s，鉆孔單位涌水量為0.00257l/s.m(合2.22m3/d)，滲透系數(shù)為0.001m/d，滲透性差，富水性弱，地下水的運營速度緩慢，地下水類型為HCO3—Na.K型。該含水層為可采煤層賦存層位，為礦床直接充水含水層，但地層泥質(zhì)含量高，砂巖與泥巖相間，單層厚度小，泥巖、煤層相對隔水，總體富水性弱，對礦床充水有一定影響。

⑦二疊系上統(tǒng)峨嵋山組(P2β)玄武巖致密塊狀隔水層

地表無出露，隱伏于煤系地層之下(P2l)，巖性為深灰色～灰綠色致密塊狀玄武巖雜色凝灰?guī)r，厚度大于120m，巖性堅硬、致密，裂隙不發(fā)育,為相對隔水層，對礦山開采影響小。

四、斷裂帶水文地質(zhì)特征

評估區(qū)內(nèi)分布有6條次級斷層構造，其中，F(xiàn)4、F5為界外斷層，F(xiàn)2、F6斷層為非破礦斷層，對礦山開采影響較?。籉1、F3為破礦斷層，為潛在礦坑導水通道，對開采和礦床充水有一定影響。各斷層水文地質(zhì)特征分述如下：

①F1正斷層：位于礦區(qū)中部，為南北走向正斷層，傾向西，傾角70°，斷距275m～465m，斷層破碎帶寬2.20m，由斷層角礫巖、糜棱巖構成，泥質(zhì)膠結，膠結程度較好，斷層富水性和導水性較弱，屬相對隔水斷層。F1斷層為破礦斷層，直接導通礦坑和地表，是地表水和斷層兩側地下水進入礦坑的主要通道，受其勘探程度較低和斷層富水性差異性較大的影響，采動影響后斷層水和上覆T1k、T1f2+3等含水層中地下水通過斷層進入礦坑，對礦山開采影響大。

②F2正斷層：位于礦區(qū)中部F1斷層以西，南北走向，傾向西，傾角65°，斷距10～30m。斷層破碎帶寬2.11m，以斷層角礫巖、糜棱巖及斷層泥為主，物質(zhì)組成比較復雜，泥質(zhì)膠結，膠結程度較好。ZK303勘探鉆孔揭穿斷層破碎帶，鉆孔水位及消耗量無明顯變化，斷層富水性和導水性較弱。F2斷層規(guī)模較小，延伸不長，深部交于F3斷層，尖滅于T1k地層之中，未切割和破壞可采煤層，無礦山工程設施自斷層破碎帶通過，對礦山開采影響較小。

③F3逆斷層：位于礦區(qū)中部偏東，近南北走向，傾向南西，傾角73°，地層斷距5～10m，破碎帶寬約1.2m，由斷層角礫巖、糜棱巖構成，泥質(zhì)膠結，膠結程度較好。ZK301鉆孔揭穿斷層破碎帶，鉆孔水位及消耗量無明顯變化，斷層富水性和導水性較弱。F3斷層切割破壞C7、C8、C9、C12和C14共計5層可采煤層，是煤層上覆主要含水層(T1k、T1f2+3)地下水進入礦坑的主要通道，對上述煤層開采和礦山第一、第二采區(qū)開采影響較大。

④F4正斷層：位于東礦界之外，呈南北走向，傾向東，傾角65°，斷距100～200m，破碎帶寬2～3m，為斷層角礫巖、糜棱巖組成，泥質(zhì)膠結，程度中等，富水性中等。F4斷層處于礦界之外，距離礦山采掘活動區(qū)較遠，對開采活動影響較小。

⑤F5正斷層：位于西礦區(qū)之外，呈近南北向展布，走向218°，傾向北西，傾角72°，斷距60m～70m，破碎帶寬2～3m，消失于飛仙關組地層內(nèi)，富水性中等，導水性較好。F5斷層處于礦界之外，距離礦山采掘活動區(qū)較遠，對開采活動影響較小。

⑥F6逆斷層：位于礦區(qū)中部,挾持于F1和F3斷層之間，為走向逆斷層，呈近南北向展布，斷層傾向東，傾角50°，斷距30m～40m，斷層破碎帶寬2.5m左右，為斷層角礫充填，泥質(zhì)膠結。該斷層南端交于F1，北端交于F3，深部消失于卡以頭組地層內(nèi)，未切割到煤系地層，對礦床充水影響小。

綜上所述，礦區(qū)斷層較發(fā)育，分布有6條斷層構造，以弱富水性和導水性的相對隔水斷層為主，其中F1和F3斷層切割和破壞可采煤礦，是上覆含水層和地表水入井的主要通道，斷層自身富水性較弱。需要說明的是，F(xiàn)1、F3斷層長度較大，受斷層富水性存在不均勻性的影響，在局部地段仍然存在形成局部富水的可能，開采接近斷層破碎帶時應加強斷層探放水工作，避免礦坑引發(fā)涌水災害。詳見圖1礦區(qū)水文地質(zhì)剖面圖

五、水文地質(zhì)條件淺析

礦區(qū)地處羊橋河右岸，營盤山北麓，地勢東高西低，地形切割較強烈，地表水系較為發(fā)育，礦區(qū)西部羊橋河為礦最低侵蝕基準面，可采煤礦全部賦存于最低侵蝕基準面之下。礦區(qū)地下水類型自上而下劃分為孔隙水、裂隙水和巖溶水3類，以裂隙水為主。礦山可采煤層賦存于龍?zhí)督M砂泥巖裂隙含水層中，埋藏較深，地表無可采煤層和煤系地層出露，鉆孔單位涌水量0.00257l/s.m富水性弱，為礦床直接充水含水層。礦床直接頂板為龍?zhí)督M(P2c)弱裂隙含水層，卡以頭組(T1k)處于采動導水裂隙帶內(nèi)，P2c和T1k均為礦山間接充水水源，受T1k上覆T1f1泥巖隔水層的阻隔，上覆孔隙水和巖溶水的下滲補給量較小，礦山間接充水含水層(P2c和T1k)的富水性和透水性較弱，對礦床充水影響總體較小。礦床底板為峨嵋山組玄武巖，巖性堅硬、致密，完整度好，裂隙不發(fā)育，屬相對隔水層，對礦床充水影響小。礦區(qū)斷層構造較發(fā)育，F(xiàn)1和F3斷層為破礦斷層，是礦床上覆含水層和地表水體進入礦坑的主要通道，富水性和導水性弱～中等，受斷層富水性差異和采動破壞影響，斷層導水為礦坑充水的主要通道，對采掘活動安全影響大。

綜上所述，礦山可采煤層埋藏較深，礦床及其頂、底板圍巖富水性弱，斷層構造較發(fā)育，斷層導水為礦床充水主要來源，對開采影響較大，水文地質(zhì)條件中等復雜。

[1]劉坤麗.煤炭市場變化對富源縣經(jīng)濟發(fā)展的影響及對策研究[J].當代經(jīng)濟,2017第5期.

[2]金曉,張影.煤礦水文地質(zhì)條件及防治水研究[J].建材與裝飾,2016第33期.

鄧鐘敏(1984-)男，滿族，水工環(huán)工程師，講師，云南國土資源職業(yè)學院，主要從事地質(zhì)教學工作。