辛置煤矿区地下水运移规律及水质特征研究

郑宏旭，王济德，刘彦俊

(1.霍州煤电集团有限责任公司 辛置煤矿，山西　霍州　031400； 2.霍州煤电集团有限责任公司 技术研究院，山西　霍州　031400)



·专题综述·

辛置煤矿区地下水运移规律及水质特征研究

郑宏旭1，王济德1，刘彦俊2

(1.霍州煤电集团有限责任公司 辛置煤矿，山西霍州031400； 2.霍州煤电集团有限责任公司 技术研究院，山西霍州031400)

摘要辛置煤矿位于郭庄泉域东南角，临汾断陷盆地水文地质单元的东北部，地处两个水文地质单元的交接带。东有近南、北向的霍山大断裂，西为赤峪断层，北为李曹断层，将辛置煤矿区切割成具有相对独立水文地质特征的地段。本文对该矿井地质构造特征和陷落柱发育规律进行研究，分析了F28和F34组成的地堑构造对井田内地下水径流方向的影响，并对矿井主要含水层水化学特征进行对比分析，得出了辛置矿区地下水运移规律。

关键词地下水；断层；控水；陷落柱；化学特征

辛置煤矿是霍州煤电集团有限责任公司主力矿井之一，处于霍西煤田中部，霍州矿区东南部，目前主要开采2#、10#煤层。井田总体为一走向NE，倾向NW的单斜构造，并伴有走向NNE转NE向的扭性断裂和宽缓褶曲及陷落柱。地层倾角一般为4°～6°，局部8°～10°.根据水文地质条件分析，该矿受区域构造控制、沉积环境、岩性组合特征与地下水循环条件等因素的影响，形成了地处两个水文地质单元的独立水文地质特征。

1井田地下水补给条件分析

辛置井田属霍山山前洪积黄土台地，受霍山大断裂影响，总体为前缘被剥蚀的洪积扇群，第四系、第三系地层在勘查区内广泛分布。含水层分布连续、稳定，孔隙发育，渗透性强，传导快，地下水补、蓄条件良好。另外，以霍山山脉的主山脊线为分水岭，沿霍山山脉西坡共发育有38条河流，其大部分沿霍山山脉向西或西北汇入汾河，少量通过地表裂隙渗入地层[1]. 通过分析认为，天然状态下在井田东部太原组地层和奥陶系中统相关地层隐伏露头处接受上覆边山洪积扇松散层孔隙水下渗补给和霍山大断裂处的侧向补给，向西和西南汾河谷地径流，是该井田地下水的主要补给来源。

2井田内断层构造发育特征及控水作用分析

断层是该井田的主要构造，断层性质多为正断层，走向为NE.目前，井田内揭露落差>50 m的断层共5条，见表1. 20～50 m的断层共9条；落差在5～20 m的126条；<5 m的2 660多条。从统计结果来看，5 m以上的大、中型断层，仅占断层总数的5%，其余95%皆为落差<5 m的小断层。而小断层中，落差以1～3 m者居多，可占断层总数的40%以上。

表1　辛置矿大于50 m断层发育情况统计表

辛置井田位处汾河以东，十里铺断层和赤峪断层(地堑)复杂构造带的东侧，处于郭庄泉域岩溶水系统强迳流带—排泄区以东约3.5～4.5 km. 由于井田中南部发育有2条近东西向平行分布的大型断层F28和F34，东部均延伸至井田边界以外，西部与F8断层对接.倾向相对形成一组北东东向的地堑构造。将井田分为南北两个不同的地下水岩溶系统，北部临近郭庄泉属于郭庄泉岩溶水系统，地堑构造以南部属临汾断陷盆地深埋区岩溶水系统[2].

F28正断层西段与东段落差30～40 m至尖灭，断层的西段与东段断层下盘(断层以北)的奥陶纪峰峰组强含水层与断层上盘太原组、本溪组地层少部分对接；断层下盘太原组含水层组与断层上盘上石盒子组砂岩对接，地层错动不大，对地下水运移影响很小。F34正断层东段与西段落差130～150 m. 断层下盘(断层以南)的奥陶纪峰峰组强含水层与断层上盘太原组地层完全对接，并与上石盒子组砂岩接触；断层下盘的太原组较强含水层组与断层上盘下石盒子组砂岩对接，地层错动较大，对地下水运移影响较大，形成阻水边界。

图1　F28与F34正断层剖面及渗流方向图

F28和F34断层的中部位置落差均为140～150 m，断层下盘(断层以北)的奥陶纪峰峰组强含水层与断层上盘太原组、本溪组地层完全对接。断层下盘太原组含水层组与断层上盘下石盒子组砂岩弱含水层对接具有一定的阻水作用。F28和F34正断层剖面及渗流方向图如图1.通过分析可以发现，F28和F34组成的地堑对井田内地下水的阻水作用较为明显。因此，总体以地堑为界分为南北两大区域流场。地堑以北奥灰岩溶水向西北方向径流，沿F8断层带穿越南北向的赤峪断层向郭庄泉径流排泄。地堑以南区域沿西南方向，向临汾盆地深部径流。

3井田内陷落柱展布规律

辛置煤矿目前开采的2#煤揭露陷落柱187个，10#煤揭露陷落柱91个，总计278个。两煤层中有75个为同一陷落柱，实际共揭露203个，给生产带来不利影响[3].开采过程中发现，在井田北部即F28断层以北陷落柱发育尤为密集；井田南部及东南部开采的20余个工作面揭露情况显示，陷落柱发育明显减少。究其原因主要是受地下水运移环境的影响。井田构造发育及奥陶系O2f灰岩水径流方向，见图2.

图2　井田构造发育及奥陶系O2f灰岩水径流方向图

4井田地下水化学特征分析

根据2014年辛置煤矿水文地质补充勘探成果，结合矿井水质资料，对矿区主要含水层地下水水化学特征进行分析研究。结果表明，辛置矿矿区各含水层地下水水质存在一定差异。石炭系太原组岩溶裂隙水水质类型单一，均为SO4HCO3-CaMg型水，与二叠系裂隙水相比，Na+离子含量明显偏低；奥陶系峰峰组岩溶裂隙水水质相对复杂，与太原组灰岩水相比，呈现出明显的垂直分带性，太原组灰岩水综合耗氧量(COD)在1.08 ～2.33 g/L，奥陶系峰峰组综合耗氧量(COD)在0.5～1.03 g/L，说明太原组灰岩水相对于峰峰组灰岩水径流条件较差。

表2　辛置煤矿水质类型对比分析情况统计表

5结论

根据辛置煤矿区域地质构造控制条件、陷落柱发育规律及矿区主要含水层水化学特征分析得出：1) 辛置煤矿井田太原组地层和奥陶系中统相关地层受东部隐伏露头孔隙水下渗补给和霍山大断裂处的侧向补给，地下水总体方向由北东向西南方向运移。由于靠近郭庄泉排泄区，且受井田内F28和F34断层形成的地堑构造影响，井田北部地下水经由辛置煤矿直接通过郭庄泉排泄，井田南部沿西南方向，向临汾盆地深部径流。2) 井田内大型构造对矿区地下水运移规律起决定性作用，辛置井田由于受F28和F34组成的地堑构造对井田内的地下水径流方向产生了较大影响。但通过对构造的控水作用进行研究，分析其对井田主要含水层水的径流条件的作用，为以后研究类似地质条件下的地下水运移规律提供了理论依据。3) 在地质构造复杂矿井，水化学特征往往复杂多变，但通过对不同含水层的水质进行对比分析，从中找出其规律，对矿井安全生产具有重要的指导意义。

参考文献

[1]徐岳仁,何宏林,邓起东，等.山西霍山山脉河流地貌定量参数及构造意义[J].第四纪研究,2013,7(33):746-759.

[2]张人权,周宏,陈植华,等.山西郭庄泉岩溶水系统分析[J].地球科学-中国地质大学学报,1991,16(1):1-17.

[3]渠天祥,沙灿文,陆昌厚,等.辛置煤矿小断层展布规律及分区预测[J].煤炭科学技术,1992(01):48-52.

Study on the Law of Groundwater Movement and the Characteristics of Water Quality in Xinzhi Mining Area

ZHENG Hongxu, WANG Jide, LIU Yanjun

AbstractXinzhi coal mine is located in the southeast corner of the Guozhuangquan domain, the northeast of the hydrogeological unit of Linfen fault basin and the junction region of the two hydrogeological units. East has near south, north to the Huoshan fault, Chiyu fault is in the west, there is Licao fault in the north, the Xinzhi coal mine areas are cut into the sections of which has relatively independent hydrogeological characteristics. In this paper the mine geological structure characteristics and subsided column development laws were studied. The f28 and F34 graben structure influence on groundwater flow direction in mine field are analyzed and the mine mainly containing aquifer water chemical characteristics are contrasted and analyzed. The migration law of groundwater flow direction in Xinzhi mining area is obtained.

Key wordsGroundwater; Fault; Controlling water; Collapse column; Chemistry characteristics

中图分类号：[TD741]

文献标识码：A

文章编号：1672-0652(2016)01-0043-03

作者简介：郑宏旭(1974—)，男，山西洪洞人，2011年毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事煤矿地质管理工作(E-mail)fzszxjsk@163.com

收稿日期：2015-09-30