潘北矿灰岩地下水流场动态变化及影响因素分析

朱代双，许光泉，施安才，浦治国

(1.安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南 232001;2.淮南矿业集团潘北煤矿，安徽淮南 232001)

潘北矿灰岩地下水流场动态变化及影响因素分析

朱代双1，许光泉1，施安才2，浦治国2

(1.安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南 232001;2.淮南矿业集团潘北煤矿，安徽淮南 232001)

潘北矿地面灰岩观测孔水位监测数据表明:井田灰岩地下水位随矿井疏放水呈现不同幅度近直线型下降，在放水试验期间有一定起伏。受灰岩含水层集中疏放位置影响，东、西翼分别形成一个以E5、WS1为中心的降落漏斗;放水试验后，因集中疏放位置发生改变，形成了以E5至WS1为中心的大型降落漏斗。灰岩地下水流场的这种动态变化特征与灰岩含水层疏放量、集中疏放位置、所接受的补给来源及径流条件关系密切。

地下水位;地下水流场;动态变化;影响因素

潘北矿位于潘集背斜北翼，目前生产水平为－490 m，主要开采13－1、11－2、8、5－2和4－1等煤层，井田下部 A组煤层因底板灰岩水文地质条件不清而未能开采。为此，矿井自2009年12月起，开始对C3Ⅰ组灰岩进行疏水降压，现今井下灰岩水疏放量约为130～140 m3/h。

矿井对C3Ⅰ组灰岩含水层进行持续疏放水，引起地下水位下降，从而对地下水流场产生一定影响。地下水流场的动态变化特征是所在区域水文地质条件的综合反映，因此，研究矿区灰岩地下水流场对查明A组煤层底板灰岩水文地质条件具有重要意义。

1 井田水文地质条件

潘北矿为隐伏式井田，地层自下而上依次为:寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系及新生界第三、第四系等。其中，二叠系的山西组和上、下石盒子组为含煤地层。井田整体呈单斜构造，主要发育有F1与F70等大断层，其走向延伸长、切割深、垂直落差大;受褶曲和大断层影响，井田内还发育了如DF13、DF9、DF1、DF1－1及 WF1等多条中、小断层，如图 1 所示。

区内含(隔)水层组主要由新生界松散层含(隔)水层、二叠系砂岩裂隙含水层、石炭系与奥陶系及寒武系灰岩岩溶裂隙含水层构成。新生界松散层含(隔)水层由三至四层含水层及相应隔水层组成，其底部为粘土层、半固结的砂砾层，具有隔水作用;二叠系砂岩裂隙含水层为煤层开采的直接充水含水层，主要分布于可采煤层之间;石炭系灰岩含(隔)水层位于A组煤层底部几米至三十米不等，包括C3Ⅰ组、C3Ⅱ组及C3Ⅲ组三组含水层及相应隔水层;奥陶系与寒武系灰岩岩溶裂隙含水层厚度大，裂隙、溶隙、溶洞发育，与上覆地层存在一定水力联系，尤其在背斜部位。以上基岩含(隔)水层在开采因素诱发下经不同尺度通道发生水力联系。

图1 潘北矿地质构造图

井田基岩上覆新生界松散层底部为隔水层，使得基岩含水层与上覆松散层之间不发生水力联系;同时，矿区东南部F1断层具有隔水性，补给条件差，因此，基岩含水系统补给来源主要为西部灰岩露头区的侧向补给。井田西翼径流通道发育，地下水径流条件较东翼好，基岩含水系统的径流方向为自西向东，径流条件由西向东、由浅部向深部逐渐变差。井田基岩含水系统排泄方式主要为本矿井及潘谢矿区其他矿井疏放水。

2 灰岩地下水流场动态变化

2.1 地下水位动态变化

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日为放水试验阶段)地面各灰岩观测孔水位动态变化曲线(见图2)表明:井田C3Ⅰ组、C3Ⅱ组、C3Ⅲ组、奥陶系及寒武系灰岩观测孔水位随矿井持续疏放水呈不同幅度近直线型下降，水位与累计时间相关系数为0.835～0.997，相关性较大，变化规律如表1所示，部分观测孔水位在放水试验阶段有一定起伏。

放水试验之前各观测孔水位随时间变化幅度较放水试验之后普遍高一个数量级，仅补KZ10与十线C3Ⅱ孔水位斜率变化相对较小，分别为 －0.783 ～ －0.127、－0.072 ～ －0.045。

放水试验阶段，即在保持东翼正常放水条件下，对西翼进行恢复－放水交替的放水试验。在此期间，各观测孔水位对西翼放水及恢复的响应程度存在一定差异，表现为三种类型:①同步响应型:十线C3Ⅰ－2、十西线C3Ⅰ－1、补水1C3Ⅱ及补水1C3Ⅲ孔水位响应明显;②滞后响应型:补水1 C3Ⅰ、十线 C3Ⅰ －1、十西线 C3Ⅰ －2、补水 1O1+2、九线O1+2以及补水1∈3水位响应存在滞后性;③“异常”响应型:补KZ10、八西 C3Ⅰ－1、补KZ14及十线 C3Ⅱ孔水位在整个疏放过程中呈直线型下降，响应不明显。

2.2 地下水流场动态变化

结合井田地面灰岩水位观测孔及井下放水巷布置特点，选取研究区域如图1所示，即东起DF13断层、西至十线、南起F1断层与灰岩隐伏露头、北到－490 m水平。矿井在－490 m水平对C3Ⅰ组灰岩含水层进行疏放水，不仅引起C3Ⅰ组灰岩水位下降，同时，C3Ⅱ组、C3Ⅲ组、奥陶系及寒武系灰岩各观测孔水位亦呈现出相应下降趋势。因此，将A组煤层底板各灰岩含水层作为统一含水系统对其流场进行研究(见图3)。

图2 灰岩观测孔水位与总疏放量动态变化

表1 不同时期各灰岩观测孔水位变化规律

图3 灰岩地下水流场动态变化

井田灰岩地下水流场整体流向为自西向东。放水试验之前，井田东、西翼疏放量主要集中在E5钻场及西三灰石门(WS1)，因此分别形成了以E5、WS1为中心的降落漏斗(见图4－a、4－b)。2011年4月10日至9月5日，东翼降落漏斗中心水位下降40 m，降幅为0.276 m/d;西翼漏斗中心水位下降幅度较东翼小，为0.136 m/d。

放水试验之后，东翼疏放量主要集中于E2、E3及E5钻场，西翼主要集中于W4、W6、W8钻场及WS1，灰岩地下水流场(图4－c、4－d)发生改变，形成了以E5至WS1为中心的大型降落漏斗，该漏斗包括以E2至E5及WS1为中心的两个小型降落漏斗。2011年11月15日至2013年3月28日，降落漏斗中心水位降幅较小，仅为0.027 m/d。

3 流场动态变化影响因素分析

井田灰岩地下水流场的动态变化主要受井下疏放水影响，而降落漏斗的形成及演变由集中疏放位置控制;其次，地下水流场的这种动态变化与所接受的补给来源及径流条件有着密切的关系。

3.1 补给来源

东翼东南部F1断层具有隔水性，构成阻水边界，补给条件差;西部DF1－1与DF1断层具有弱导水性，灰岩含水层接受露头区的侧向补给，但补给程度较弱;北部灰岩向深部延展，据抽水资料，其单位涌水量q=0.002 64 L/sm，为弱给水边界。因此，东翼灰岩地下水主要通过DF1及DF1－1断层接受来自西部露头区的侧向补给，但补给条件较差，地下水位降幅大。

与东翼相似，西翼灰岩含水层北部弱给水，但其南部为灰岩隐伏露头区，灰岩裂隙发育，断层导水性好，水量丰富，为给水边界。西翼灰岩地下水主要接受灰岩隐伏露头区及西部的侧向补给，由于西部补给源丰富，补给条件较东翼好，其地下水位降幅较小。

3.2 径流条件

灰岩地下水的径流方向及流动速度，主要取决于含水层内部的岩溶裂隙发育程度及断层导、隔水性。受矿井褶皱影响，断层及构造裂隙较为发育，构成了地下水良好径流通道。

在东翼区块内，C3Ⅰ组灰岩具有钻孔出水量小，观测孔水位降速快、降幅大的特征，如补KZ10、八西线C3Ⅰ孔水位始终呈持续下降状态，且降幅较大，表明东翼径流条件较好。

西翼距潘集背斜灰岩露头较近，断层与岩溶裂隙发育，且在灰岩露头区及其附近，沿地层走向，径流通道发育，其径流条件较东翼好。

此外，井田呈西高东低的单斜构造，使得区内灰岩地下水径流方向整体为自西向东，径流条件具有由西向东、由浅部向深部逐渐变差的特点。因此，灰岩地下水位西高东低，地下水流场整体流向为自西向东。

4 结语

井田灰岩各观测孔水位随矿井持续疏放水呈不同幅度近直线型下降，在放水试验阶段有一定起伏。受灰岩含水层集中疏放位置影响，东、西翼分别形成一个以E5、WS1为中心的降落漏斗;放水试验后，因集中疏放位置发生改变，形成了以E5至WS1为中心的大型降落漏斗。影响灰岩地下水流场变化的因素主要为灰岩含水层疏放量与集中疏放位置，其次为灰岩含水系统所接受的补给来源及径流条件。

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［3］吴玉生，赵亚平，杨亚静.煤矿开采对地下水资源的影响［J］.能源环境保护，2004，18(6):1 －3.

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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

朱代双(1987-)，女，安徽安庆人，在读硕士研究生，研究方向:地下水污染与控制。