桐梓縣道角礦區(qū)一井田水文地質(zhì)特征研究

李金欣

（貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘查研究院，貴州 貴陽 550000）

桐梓縣一井田區(qū)域地表水屬長江流域赤水河綦江水系的一級支流補寄區(qū)，區(qū)域內(nèi)出露地層主要為碳酸鹽巖和碎屑巖兩類，地下水類型主要為巖溶裂隙水和基巖裂隙水。巖溶水主要賦存于二疊系茅口組（P2m）和三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y）、三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（P3c）地層中，分布區(qū)多屬裸露及半裸露的山區(qū)，地表巖溶洼地、落水洞、巖溶漏斗等較發(fā)育，補給條件較好，地下局部發(fā)育溶洞。裂隙水主要賦存于二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）和三疊系下統(tǒng)夜郎組一段（T1y1）等地層中，地貌多成陡坡，碎屑巖靠近地表時風化作用較強烈，風化裂隙較發(fā)育。第四系主要為礫石、砂土及亞粘土等組成，厚度0m～50m，一般零星分布在洼地、坡腳含礦地層表面、溪溝底部附近，巖性松散，孔隙率高，富含孔隙水，泉點多數(shù)受降雨影響，在旱季斷流或干涸。因第四系地層厚度不大，分布面積小，因此總體富水性較弱。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

（1）礦區(qū)水文地質(zhì)概況。井田位于樂坪背斜東翼，樂坪背斜軸展布于井田的東側(cè)。區(qū)內(nèi)地形以中低山為主。井田地勢總體東北部高，西南部兩邊低，為侵蝕溶蝕中山、低山峰叢谷地貌。區(qū)內(nèi)山勢脈絡(luò)清晰，山脈走向大致與地質(zhì)構(gòu)造、地層走向一致。井田地勢總體東北部高，西南部兩邊低。地下水受樂坪背斜、地表水的影響總體由西北向南徑流，因大多為可溶巖地層，地下水以溶裂流為主。

（2）地表水特征。區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，主要有一條季節(jié)性河流松坎河支流，發(fā)源于井田西北部新場大巖頂一帶，屬長江流域赤水河綦江水系的一級支流補寄區(qū)，據(jù)松坎水文站資料：該河年平均流12.5m3/s，最大洪峰流量1672m3/s，枯季流量0.74 m3/s，其流量隨降雨強度呈明顯的變化。

（3）地層含水性。根據(jù)巖性組合、含水性、導水性特征以及礦層賦存空間、地下水的水力性質(zhì)、裂隙發(fā)育程度等因素，將區(qū)內(nèi)地層（由新到老）劃分為以下幾個含水層段：①第四系（Q）—弱含水層。零星分布于區(qū)內(nèi)斜坡與溝谷地帶，厚0m～5m。巖性為黃色粘土夾礫巖、碎石等。受大氣降水影響，流量變化較大。該層特點是孔隙度大，透水性強，受大氣降雨補給明顯，最后在洼地底部、斜坡前緣、沖溝旁以泉水的形式排泄地表，流量隨季節(jié)變化大，雨季時增大，旱季時減小甚至干涸。該層含孔隙水，富水性弱，屬弱含水層。②三疊系下統(tǒng)夜郎組九級灘三段（T1y3-3）—極弱含水層。出露于井田南部外圍，出露不全。巖性為暗紫紅、紫紅色鈣質(zhì)泥巖，中、上部夾灰黃、灰綠色泥巖、泥灰?guī)r及少量透鏡狀生物碎屑灰?guī)r。該層含基巖裂隙水，富水性極弱，屬極弱含水層，可視為相對隔水層。③二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l））—弱含水層。呈條帶狀出露于井田西南部。為區(qū)內(nèi)含礦地層，主要巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、鋁土質(zhì)泥巖、灰?guī)r及礦層等，平均厚61.35m。該層含基巖裂隙水，富水性弱，屬弱含水層。

2 礦井充水因素分析

2.1 充水水源

（1）礦井直接充水水源。①龍?zhí)督M裂隙水。區(qū)內(nèi)含礦地層為龍?zhí)督M，當?shù)V層開采時其自身基巖裂隙水則直接通過礦層頂、底板及邊幫裂隙進入礦井成為直接充水水源。②長興組裂隙水。頂部C3礦層距長興底界距離33.46m，小于導水裂隙帶高度（H導=37m。）當?shù)V層開采頂部時基巖裂隙水則直接通過礦層頂部裂隙進入礦井成為直接充水水源。③老窯水及采空區(qū)積水。井田西部礦層露頭地帶分布有少許老窯，多為以往季節(jié)性民采小窯，硐口早已封閉，部分老窯內(nèi)有積水，這些一旦受采礦裂隙導通將進入礦井成為礦井直接充水源。

（2）礦井間接充水水源。①大氣降水。是礦井的主要充水水源之一。井田內(nèi)部分含礦地層裸露，直接接受大氣降水補給，其充水強度與季節(jié)和降水的強度、持續(xù)時間有著密切聯(lián)系。在開采淺部礦層時，對礦井充水會有較大影響。②地表水。區(qū)內(nèi)無大的地表水體，僅在井田外圍北東發(fā)育一條小溪，小溪由北東向南西徑流，該河流為井田最低侵蝕基準面，雖井田內(nèi)可采礦層大部分賦存于該侵蝕基準面以上，但該小溪從井田中部穿過，流經(jīng)區(qū)內(nèi)含礦地層龍?zhí)督M直接充水含水層及間接充水含水層，溪水可沿采礦裂隙直接補給礦井及補充間接含水層地下水，為直接充水水源。

2.2 充水通道

①巖石風化、構(gòu)造裂隙。井田內(nèi)含礦地層龍?zhí)督M在接近地表附近，巖石風化節(jié)理、裂隙發(fā)育，而深部則發(fā)育構(gòu)造裂隙，它們成為地下水活動的良好通道，并溝通上覆含水層與含礦地層的水力聯(lián)系。②采礦冒落裂隙。冒落帶及導水裂隙帶最大高度估算依據(jù)如下表1。表中M代表累計采厚（M=2.29m），n代表礦分層層數(shù)（n=1），H冒、H導為從礦層頂面算起的法向高度。由此推算出H冒=6.87-9.16m、H導=37m。由于C3礦層距夜郎組二段底界平均約33.46m。根據(jù)冒落帶、導水帶高度計算結(jié)果：C3礦層開采后冒落帶、導水裂隙帶一般會波及到長興組地層，但不會波及到夜郎組地層。③斷層破碎帶。井田內(nèi)鉆孔、地表及鉆孔中未發(fā)現(xiàn)斷層。④老窯廢棄采面或巷道。井田西部有少許老窯，一旦礦井與這些積水老窯溝通時，采空區(qū)積水將沿這些老窯廢棄采面或巷道突入礦井成為充水通道。

表1 導水裂隙帶最大高度估算依據(jù)表

2.3 充水方式

井田內(nèi)含礦地層龍?zhí)督M有少量露頭分布，大部分埋藏于地下，接受大氣降水補給不強，多以碎屑巖為主，為弱裂隙含水層，充水通道主要以巖石風化、構(gòu)造和采礦裂隙為主，未來礦井充水方式主要以滲水、滴水、淋水為主。由于區(qū)內(nèi)礦井受沖溝水、老窯積水、茅口組巖溶裂隙水充水影響，局部可能發(fā)生突水。

2.4 水文地質(zhì)類型

綜上所述，由于勘查區(qū)大部分礦層高于當?shù)刈畹颓治g基準面以上。礦井充水水源為龍?zhí)督M裂隙水充水以及老窯采空區(qū)充水為主，充水方式主要以滲水、滴水、淋水為主，但C1礦層僅距茅口組巖溶裂隙含水層平均6.36m，在薄弱地帶下伏地層茅口組巖溶含水將突入礦井?？傮w來說，本井田為頂板直接進水、底板間接進水為主的巖溶-裂隙充水為主的礦床；故井田水文地質(zhì)條件復雜程度為中等，C3礦層為頂板間接充水的巖溶水充水礦床，水文地質(zhì)勘查為三類一型，C1礦層為底板間接充水的巖溶水充水礦床，水文地質(zhì)勘查類型為三類二型。

3 礦井涌水量預算

3.1 計算方法及依據(jù)

本次利用地質(zhì)和水文地質(zhì)條件相同、開采方法基本相同的本礦井上一水平長期的涌水量觀測資料，采用比擬法進行礦井涌水量預算，可保證本次預算涌水量與各影響要素之間數(shù)學表達式的可靠性。

3.2 計算公式

（1）采用公式：由于開采面積與開采深度是礦涌水量最為相關(guān)的因素，直接影響了涌水量的大小，所以本次涌水量預算采用公式為：

式中：Q—預測的礦井先期開采地段未來涌水量（m3/d）：S—未來先期開采地段水位降深（m）；F—未來預計先期開采地段面積（m2）；Q1—已知礦井實測涌水量（m3/d）；S1—已采礦井開采水位降深（m）；F1—已知礦井采空區(qū)面積（m2）。

（2）計算參數(shù)的確定：A.已知礦井實測涌水量Q1為747.84m3/d；B.已知礦井采空區(qū)面積F1約265950m2；C.已采礦井水位降深（S1）：S1=鉆孔靜止水位平均值（1025m）-最低開采標高（787m）≈238m；D.未來預計先期開采地段面積（F）約1416650m2（以道角礦（兼并重組）先期開采地段C1礦層計算，西部以礦層風氧化帶往深部推30米為界，南部、東部以井田邊界為界，北部以+950m標高為界）；E.未來首采區(qū)水位降深（S）：選用先期開采地段內(nèi)鉆孔靜止水位平均值至開采水平標高的差值；S=鉆孔靜止水位平均值（1025m）-最低開采標高（+750m）≈275m。

3.3 計算結(jié)果

表2 礦井涌水量計算結(jié)果

3.4 計算結(jié)果評述

本次涌水量預測在參考原報告的基礎(chǔ)上進行預算，未考慮礦井承壓水突水、上部采空區(qū)充水及今后開采巖石裂隙的擴張與上（覆）下（伏）含水層溝通及降雨極值等引起的流量變化；也未考慮非正常開采及施工導致的意外性突水事故，僅以天然狀態(tài)下的含水層形成的地下水滲流場作為計算模式進行預算。本次推薦作為今后礦井設(shè)計的礦井最大涌水量值為1770m3/d。今后礦井應加強對斷層的探測，疏排水設(shè)計時應充分考慮各項因素的影響，并在今后生產(chǎn)中及時修正涌水量值，合理選擇排水設(shè)備，確保礦井安全生產(chǎn)。

4 礦區(qū)供水水源

井田西部邊界附近為松坎河支流，可作為礦山生產(chǎn)用水，經(jīng)凈化處理后還可供礦山生活用水。今后礦床開采后，由于礦井疏干排水可能引起區(qū)域性地下水位下降，泉、井流量變小甚至干涸等；而礦層中含有磷、砷、氟、硫等有害元素，經(jīng)過溶濾作用隨礦井水一起排出地面，污染地表水體，會嚴重影響勘查區(qū)村民的正常生活。今后礦床開采后，水資源開發(fā)與環(huán)境保護統(tǒng)籌規(guī)劃，充分利用礦井水，可將礦井水循環(huán)使用，排供結(jié)合。

5 結(jié)論

通過以上井田水文地質(zhì)特征及充水因素分析可知：

（1）井田水文地質(zhì)類型屬水文地質(zhì)勘查為三類一型，即充水水源以含礦層基巖裂隙充水為主，充水方式頂板孔隙、基巖裂隙充水為主，水文地質(zhì)條件為中等的井田礦床。

（2）礦井開采過程中，水文地質(zhì)條件將發(fā)生一定的變化，所以在礦井建設(shè)、生產(chǎn)過程中，應加強水文地質(zhì)方面資料的收集、觀測，分析、歸納礦井水文地質(zhì)條件變化的規(guī)律，保障礦井生產(chǎn)安全。