宜兴井田水文地质条件分析

刘鹏程

摘 要：为了防止煤矿突水灾害的发生，通过对汾西矿区宜兴井田区域水文地质、矿井水文地质条件的分析，及矿区地下水的补给、径流和排泄条件的分析，为矿井建设与矿井水害的防治提供了可靠的依据。通过分析对该矿区的安全生产，加强矿山管理，矿山生产监督及煤矿可持续发展有着重要的指导意义。

关键词：宜兴井田；水文地质；分析

引言：宜兴井田位于霍西煤田北部、汾西矿区中部，行政区划隶属山西省吕梁地区孝义市和晋中地区介休市、灵石县管辖。地形地貌为剥蚀成因的低山丘陵。区内交通便利，同蒲铁路由曹村-宜兴井田东侧经过，介休至阳泉曲铁路支线横贯井田北部。本区属暖温带大陆性半干旱季风气候区，夏季温热潮湿，冬季寒冷干燥，具有降水集中、蒸发作用强、昼夜温差大及四季分明等特点。年平均降水量547.9mm。本次研究根据矿区地质勘查，研究矿区水文地质条件，为矿井建设与矿井水害的防治提供依据。

一、矿区地质概述

宜兴井田区属华北型石炭二叠系含煤建造。据钻探揭露地层由老至新依次为：下古生界奥陶系中统上马家沟组（O2s）、峰峰组（O2f）；上古生界石炭系中统本溪组（C2b），上统太原组（C3t）；二叠系下统山西组（P1s）、下石盒子组（P1x），上统上石盒子组（P2s）、石千峰组（P2sh）；新生界第三系上新统（N2）、第四系中下更新统（Q2+1）、上更新统（Q3）和全新统（Q4）。井田内仅出露有上石盒子组及其以新地层。

二、矿井水文地质条件分析

（一）矿区水文地质条件。据本次勘查的水文地质调查和水文地质测绘资料、简易水文地质观测资料、抽（注）水试验成果资料和水化学分析资料等，依据地下水含水介质、空隙类型、富水性等，本次勘查所揭露地层中的主要含水层和隔水层可分为：

（1）第四系、第三系松散岩类孔隙潜水含水岩组。第四系松散岩类孔隙地下水主要分布在宜兴-曹村井田北部宜兴区的东河沟（师家河底沟）、柱濮沟和南部曹村区的三交河谷、曹村沟等较大的沟（河）谷中，其次是北部羊道沟、南峪沟和南部龙活沟、麻圪滩沟等支流沟谷。丘陵区孔隙地下水主要分布在北部宜兴区东铺头、西铺头、教场原以北的黄土塬、梁地区，南部曹村区的原头、新建原等塬、梁地区有零星分布。第三系松散岩类孔隙地下水主要由第三系上新统（N2）红色粘土、砂质粘土夹钙质结核及半胶结的砂砾石层组成。含水层广布宜兴-曹村井田区，以钙质结核层及砂砾石层为主，厚度3～8m不等，多见泥、砂、砾混杂，砾石直径大小不一，一般1～10cm，最大30cm以上，成分复杂，磨圆度及分选性较差，反映了快速沉积的特征。从胶结情况看，为钙质半胶结，结构一般较疏松，孔隙较发育，赋存孔隙潜水—微承压水。

（2）二叠系碎屑岩类裂隙承压水含水岩组。广布宜兴—曹村井田区内。在沟谷地段P2sh及P2s地层局部出露，由北向南露头面积增大，其它大部地段被新生界黄土所覆盖。由上统石千峰组、上石盒子组、下统下石盒子组及山西组一套砂岩与泥质岩相互叠置的碎屑岩类所组成，地层走向NW，倾向NE，倾角一般小于10°。含水层主要为细粒、中粒及粗粒砂岩，其中以K8、K10、K12、K13、K14中粒砂岩为主，次为粗粒砂岩。相对于上组煤开采而言，2#煤顶板砂岩至K8砂岩含水层水是上组煤开采的直接充水水源。

（3）石炭系碎屑岩及碳酸盐岩类岩溶裂隙承压水含水岩

组。据本次勘查资料，井田范围内太灰地层没有出露，皆隐伏在其上覆二叠系地层之下。其中灵北矿埋藏较浅为209.05～

429.80m，宜兴矿和曙光矿埋深分别为350～531.05m和380～597.60m，新峪矿受向斜构造影响埋藏较深，由西北至东南向斜轴部一带，其顶界埋深为452.50～667.30m。总体而言，由南向北太灰顶界埋深由浅至深，属深埋型。

（4）奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙承压水含水岩组。中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层是井田主要含水结构体，也是下组煤开采的间接充水水源。在地应力集中、地质构造发育的地段，由于采掘形成人工采动裂隙，使得原有构造裂隙进一步加宽、扩大，从而增加了裂隙的导水性，有可能对矿井生产造成一定影响。宜兴-曹村井田内，该类岩层埋藏较深，属埋藏区。由于岩溶裂隙发育程度、含水层厚度等水文地质条件的不同，中奥陶统峰峰组（O2f）和上马家沟组（O2s）含水层的富水程度有着明显差异。

（5）隔水层。二叠系、石炭系中较厚且稳定的泥质岩和裂隙不发育的薄层细粒砂岩或石灰岩，以及峰峰组一段厚层状的硬石膏及含石膏泥灰岩等，在各含水层间分别起隔水作用，构成隔水层或相对隔水层。自上而下依次划分为上组煤顶板隔水层、上组煤底板至下组煤顶板隔水层、下组煤底板至峰峰组顶界隔水层和峰峰组一段隔水层。

（二）矿区地质构造水文地质条件。从地质构造条件分析，除褶皱构造外，井田内断裂构造并不发育，且多为落差<10m的小型断层。从岩溶水的富集规律看，主要构造带或大型构造影响带，因断层导水或裂隙的沟通，岩溶水易于富集。郭庄泉下游汾河两岸各矿断裂构造及次生断裂密集成带，使得奥灰（O2f）含水层富水性强。与此相比，本井田构造不很发育，明显反映出奥灰（O2f）含水层富水性弱的特征。

由于井田所处岩溶水系统的位置、构造条件及岩溶水补给条件的原因，从总体而言，曹村-宜兴井田与邻近岩溶水强径流带相比，奥灰（O2s）含水层的富水性有一定差异，即岩溶裂隙发育程度、径流条件及富水性有所减弱。井田西部富水性较弱，东部富水性中等。井田内断裂构造发育，且奥灰上马家沟组含水层富水性较强，在有构造沟通的情况下，有可能使得下伏高承压岩溶水进入矿井，从而对矿井安全生产造成不利影响。

（三）矿区地下水的补给、径流与排泄条件。宜兴-曹村井田位处侵蚀-构造成因的低山丘陵地带，除较为开阔的黄土塬、梁地区外，区内大部沟谷发育，多被黄土覆盖。松散岩类孔隙水的补给来源以大气降水入渗为主，其次是沟谷地段地表水的间歇性渗漏补给，局部地段渠道下渗及灌溉回归也是补给来源之一。补给量的大小除受地形条件控制外，还与岩性组合密切相关。孔隙水的径流方向受地形控制，总体上与地形坡降及地表径流方向基本一致，在地形切割剧烈及地形复杂的地段，其运动条件趋于复杂。总体而言，从上游向下游，从塬、梁向周边谷地径流、汇集。鉴于井田区内新生界松散岩类不发育，受孔隙水赋存条件的限制，孔隙水的排泄方式以当地居民凿井、扩泉或拦坝取水为主，以地下水径流方式排泄极为有限。此外，地面蒸发及植被吸收也是主要排泄形式之一。

碎屑岩类裂隙水的补给来源、补给方式及其补给量的大小与地层出露条件、埋藏条件及构造条件密切相关。井田区内基岩局部出露，大部被黄土覆盖。在基岩裸露地段，地表风化裂隙及局部构造裂隙较发育，可直接接受大气降水入渗补给，其次尚可得到间歇性地表水的下渗补给。在黄土覆盖区（即隐伏地段），因上覆有隔水层或弱透水层相隔，接受大气降水入渗及地表水渗漏补给很微弱，主要接受上覆松散层（N2）地下水的下渗越流补给；局部地形条件有利地段，尚可接受邻区含水层中地下水的侧向径流补给。裂隙水的运动条件非常复杂，主要受地形条件、岩性组合结构及构造条件所控制。从地形地貌条件看，井田区为低山丘陵地貌景观，分布有黄土塬、梁、峁、沟壑等多种地形，沟谷及冲沟发育，地形切割剧烈，非常复杂。总体而言，裂隙水的流向受地形所控制，即沿地势下跌方向以接近地面坡降的水力坡度水平径流。裂隙水的排泄方式以侧向径流形式由北向南补给邻区含水层中地下水为主。据地面调查，地表基岩风化裂隙较发育，有利于接受大气降水入渗及地表水的渗漏补给，因此赋存有较丰富的基岩裂隙水，井田区矿井排水、当地居民凿井取水是浅层裂隙水主要排泄方式之一。此外，区内主要沟谷均有泉水出露，多以侵蚀下降泉的形式沿隔水层面向沟谷排泄，具有当地补给、当地排泄的特征。

碳酸盐岩类岩溶裂隙水的补给来源主要以基岩裸露区大气降水入渗补给为主，其次是汾河各支流河（沟）谷地表水的间歇性渗漏补给。径流条件除受地貌、水系控制外，还在一定程度上受地质构造条件所控制。据区域岩溶水流场分析，岩溶水的总体运动方向与地表水的运动方向基本一致，即由北向南、由西北向东南、由东北向西南方向的汾河河谷方向径流、汇集。在岩溶水补给区，地形陡峭，垂直及斜度相大的裂隙发育，地下水径流条件良好，水力坡度较陡，由此降低了含水性能；过渡到径流区，水力坡度变缓。井田南部的汾河断层，可能由于局部阻水，对宜兴-曹村井田岩溶裂隙地下水起一定的控制作用。经分析认为，宜兴-曹村井田区奥灰峰峰组和上马家沟组岩溶裂隙水的径流条件基本遵循了区域岩溶水流场整体运动规律，其大体上由西北向东南方向径流。排泄主要以侧向径流方式由北向南即越过井田南边界向灵石背斜（隆起）方向运移，补给汾西复向斜盆地南部奥灰含水层岩溶裂隙地下水；其次是由于局部构造裂隙发育，可能沟通与矿井裂隙地下水之间的水力联系，从而导致向矿井充水。此外，人工凿井取水也是主要排泄方式。

三、结论

本次研究工作得出主要结论有：矿区水文地质条件是独立的水文地质单元，矿井涌水量的变化基本不受年降水量及年内降水量季节性变化的影响；煤层开采时遇到断层破碎带或由于采掘影响造成其顶、底板隔水层产生次生裂隙或导水通道，以及由于采煤造成煤柱或岩层破坏产生地面塌陷等，尤其是当工作面通过汾河河谷或季节性河流沟溪等富水部位时，便可造成底板或顶板突水或淋水现象。

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