云南省富源县墨红镇天瑞煤矿水文地质条件浅析

(1.云南国土资源职业学院 云南 昆明 650000) (2.中国建筑材料工业地质勘查中心云南总队 云南 昆明 650000)

云南省富源县墨红镇天瑞煤矿水文地质条件浅析

邓钟敏1周涛2

(1.云南国土资源职业学院云南昆明650000) (2.中国建筑材料工业地质勘查中心云南总队云南昆明650000)

富源县墨红镇天瑞煤矿为新建中型矿山，可采煤层埋藏超过250m，全部隐伏于地下，本文结合野外项目，综合调查分析了矿区地表水、地下水类型、断裂带水文地质特征，对矿区水文地质条件进行了分析，结果表明矿床及其顶、底板围岩富水性弱，断层构造较发育，断层导水为矿床充水主要来源，对开采影响较大，水文地质条件中等复杂。

云南省煤矿;水文地质条件

一、矿区概况

煤炭是富源县主要的矿产资源,其为全县的经济发展提供着重要支持;煤炭收入在全县国民经济中占据着重要比例1]。我国南方地区具有比较复杂的水文地质条件,给当地煤矿的开采带来了一定的困难,很容易出现水灾害[2]，富源县墨红镇天瑞煤矿位于富源县城189°方向，直线距离约为36公里处，行政区划隶属于富源县墨红镇九河村委会所辖，矿区地理坐标：东经104°10′27″～104°11′42″；北纬25°22′30″～25°23′43″。矿区面积3.0913平方公里，开采标高开采标高1925m～2313.6m。天瑞煤矿为新建煤矿山，可采煤层埋藏超过250m，全部隐伏于地下，煤矿资源储量为4566.0万吨，设计利用资源量4049.35万吨，设计可采资源量为3617.87万吨。矿山设计开采规模为60万吨/年，设计服务年限46.4年，产品方案为原煤，矿山规模为中型煤矿山。

二、地表水

矿区地处羊桥河右岸，地形切割强烈，降雨丰沛，区内沟谷纵横，水系发育，主要分布有羊桥河及其支流马板肠沟、白沙沟和响水箐沟。羊桥河和响水箐沟处于矿山采掘活动区之外，马板肠沟和白沙沟流经采区，汇水面积3.76～6.18km2，旱季流量12.11升/秒，雨季流量180～300升/秒。矿山可采煤层埋藏较深，煤层与河流之间存在飞仙关组(T1f)、卡以头组(T1k)和长兴组(P2c)等多套砂泥岩弱裂含水层和相对隔水层，河水主要通过F1和F3破矿断层下渗入井，会增大矿坑涌水量，对矿业活动安全有一定影响。

三、矿区地下水类型

结合含水层岩性特征、富水性及水力联系，矿区地下水类型划分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三类。分述如下：

1.孔隙水

赋存于松散的碎石、卵砾石、砂土及粉质粘土层中，以孔隙潜水为主，主要分布于矿区西部的羊桥河谷和山麓斜坡地带及村庄周边残坡积土层较厚的地带，含水层厚度0～15m，区域上泉水流量0.18～0.49升/秒，平均0.28升/秒，富水性较弱。

2.岩溶水

赋存于下三叠系永宁镇组(T1y)灰岩、泥灰岩中，主要出露于矿区北西部，挟持于F2断层与九河向斜之间，含水层岩性主要为泥灰岩及灰岩，厚度仅50m左右，分布范围较小，集中在山顶之上，区域上此类地下水径流模数M=8.85l/s.km2，富水性弱～中等，含水层距离矿山可采矿体垂直距离超过400m，间隔有飞仙关组(T1f)、卡以头组(T1k)和长兴组(P2c)等多套层状砂泥岩弱裂隙含水层和相对隔水层，对矿山开采影响较小。

3.裂隙水

赋存于三叠系下统飞仙关组第四段至第一段(T1f4～T1f1)、卡以头组(T1k)和二叠系上统长兴组(P2c)、龙潭组(P2l)和二叠系上统峨嵋山组地层之中，由新至老分述如下：

①三叠系下统飞仙关组第四段(T1f4)砂岩裂隙含水层

出露矿区西部九河向斜轴两翼，分布于F1断层以西，含水层岩性以中厚层状细砂岩、粉砂岩夹薄层泥岩为主，含水层厚度110.06m～126.85m，平均厚度118.46m，底部分布有厚度1～5m的紫红色薄层状泥岩，为相对隔水地层，阻隔地下水对矿坑的下渗和补给，本组含水层距离可采煤层最小距离约为350m，对矿床充水影响较小。

②三叠系下统飞仙关组第二、三段(T1f2+3)砂岩裂隙含水层

出露矿区北东部及南部，含水层岩性以中厚层状细砂岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩和泥岩薄层为主，厚176.90～193.78m，平均183.94m，浅部岩石风化裂隙发育，地下水赋存其中，以风化裂隙水为主，本组含水层下部为飞仙关组第一段(T1f1)泥岩隔水层，受其隔水作用影响，对矿坑的下渗补给量小，对采掘活动影响较小。

③三叠系下统飞仙关组一段(T1f1)泥岩隔水层

少部分出露于矿区中部F1以东及南东部，厚度57.80～88.80m，平均厚度69.92m，岩性为紫色、紫红色粉砂质泥岩和泥岩，裂隙不发育，渗透性差，富水性弱，分布较连续，为厚度和层位较稳定的相对隔水地层，可有效阻隔上伏T1y、T1f4、T1f2+3等上伏含水层地下水下渗补给矿坑，对矿山开采较为有利。

④三叠系下统卡以头组(T1k)砂岩裂隙含水层

主要出露矿区北部F2断层以东，厚度87.67～116.61m，平均厚102.33m，含水层岩性为灰绿色、黄绿色中厚层状粉砂岩、泥质粉砂岩，勘探钻孔揭露该组地层节理、裂隙发育，出露面积较小，大部分隐伏于飞仙关组第1段(T1f1)相隔水层之下，依赖于大气降水补给，补给量较小。简易水文观测钻孔观测水位标高2082.19m，抽水量为0.221l/s，单位涌水量为0.00502l/s.m，渗透系数为0.00452m/d，富水性弱。该含水层覆盖于可采煤层之上，处于矿山开采导水裂隙影响带内，为矿床间接充水含水层，开采后期导水裂隙蔓延至本组含水层后，会增加矿坑涌水量，对矿山开采有一定影响。

⑤二叠系上统长兴组(P2c)砂泥岩弱裂隙含水层

覆盖于煤系地层(P2l)之上，仅在矿区北部F1断层东侧有少量露头，含水层岩性为浅灰色、灰白色薄至中厚层状粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩和煤层，厚度60.72～97.88m，平均厚度84.41m，裂隙率为0.15%～1.12%，勘探钻孔(ZK302)抽水量为0.155l/s，钻孔单位涌水量为0.00338l/s.m(2.92m3/d)，渗透系数为0.0014m/d，渗透性差，富水性弱，本组含水层覆盖于可采煤层之上，为C7煤层直接顶板，为矿床直接充水含水层，但地层泥质含量高，砂岩与泥岩相间产出，单层厚度小，砂岩富水而泥岩、煤层相对隔水，含水层总体富水性弱，水量小，为矿山间接充水含水层。

⑥二叠系上统龙潭组(P2l)砂泥岩弱裂隙含水层

为矿山可采煤层赋存层位，地表无出露，隐伏于二叠系上统长兴组(P2c)弱裂隙砂泥岩含水层之下，含水层岩性为泥岩、粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩和煤层，厚度171.12～219.86m，平均厚度192.37m。勘探钻孔(ZK302)抽水量为0.114l/s，钻孔单位涌水量为0.00257l/s.m(合2.22m3/d)，渗透系数为0.001m/d，渗透性差，富水性弱，地下水的运营速度缓慢，地下水类型为HCO3—Na.K型。该含水层为可采煤层赋存层位，为矿床直接充水含水层，但地层泥质含量高，砂岩与泥岩相间，单层厚度小，泥岩、煤层相对隔水，总体富水性弱，对矿床充水有一定影响。

⑦二叠系上统峨嵋山组(P2β)玄武岩致密块状隔水层

地表无出露，隐伏于煤系地层之下(P2l)，岩性为深灰色～灰绿色致密块状玄武岩杂色凝灰岩，厚度大于120m，岩性坚硬、致密，裂隙不发育,为相对隔水层，对矿山开采影响小。

四、断裂带水文地质特征

评估区内分布有6条次级断层构造，其中，F4、F5为界外断层，F2、F6断层为非破矿断层，对矿山开采影响较小；F1、F3为破矿断层，为潜在矿坑导水通道，对开采和矿床充水有一定影响。各断层水文地质特征分述如下：

①F1正断层：位于矿区中部，为南北走向正断层，倾向西，倾角70°，断距275m～465m，断层破碎带宽2.20m，由断层角砾岩、糜棱岩构成，泥质胶结，胶结程度较好，断层富水性和导水性较弱，属相对隔水断层。F1断层为破矿断层，直接导通矿坑和地表，是地表水和断层两侧地下水进入矿坑的主要通道，受其勘探程度较低和断层富水性差异性较大的影响，采动影响后断层水和上覆T1k、T1f2+3等含水层中地下水通过断层进入矿坑，对矿山开采影响大。

②F2正断层：位于矿区中部F1断层以西，南北走向，倾向西，倾角65°，断距10～30m。断层破碎带宽2.11m，以断层角砾岩、糜棱岩及断层泥为主，物质组成比较复杂，泥质胶结，胶结程度较好。ZK303勘探钻孔揭穿断层破碎带，钻孔水位及消耗量无明显变化，断层富水性和导水性较弱。F2断层规模较小，延伸不长，深部交于F3断层，尖灭于T1k地层之中，未切割和破坏可采煤层，无矿山工程设施自断层破碎带通过，对矿山开采影响较小。

③F3逆断层：位于矿区中部偏东，近南北走向，倾向南西，倾角73°，地层断距5～10m，破碎带宽约1.2m，由断层角砾岩、糜棱岩构成，泥质胶结，胶结程度较好。ZK301钻孔揭穿断层破碎带，钻孔水位及消耗量无明显变化，断层富水性和导水性较弱。F3断层切割破坏C7、C8、C9、C12和C14共计5层可采煤层，是煤层上覆主要含水层(T1k、T1f2+3)地下水进入矿坑的主要通道，对上述煤层开采和矿山第一、第二采区开采影响较大。

④F4正断层：位于东矿界之外，呈南北走向，倾向东，倾角65°，断距100～200m，破碎带宽2～3m，为断层角砾岩、糜棱岩组成，泥质胶结，程度中等，富水性中等。F4断层处于矿界之外，距离矿山采掘活动区较远，对开采活动影响较小。

⑤F5正断层：位于西矿区之外，呈近南北向展布，走向218°，倾向北西，倾角72°，断距60m～70m，破碎带宽2～3m，消失于飞仙关组地层内，富水性中等，导水性较好。F5断层处于矿界之外，距离矿山采掘活动区较远，对开采活动影响较小。

⑥F6逆断层：位于矿区中部,挟持于F1和F3断层之间，为走向逆断层，呈近南北向展布，断层倾向东，倾角50°，断距30m～40m，断层破碎带宽2.5m左右，为断层角砾充填，泥质胶结。该断层南端交于F1，北端交于F3，深部消失于卡以头组地层内，未切割到煤系地层，对矿床充水影响小。

综上所述，矿区断层较发育，分布有6条断层构造，以弱富水性和导水性的相对隔水断层为主，其中F1和F3断层切割和破坏可采煤矿，是上覆含水层和地表水入井的主要通道，断层自身富水性较弱。需要说明的是，F1、F3断层长度较大，受断层富水性存在不均匀性的影响，在局部地段仍然存在形成局部富水的可能，开采接近断层破碎带时应加强断层探放水工作，避免矿坑引发涌水灾害。详见图1矿区水文地质剖面图

五、水文地质条件浅析

矿区地处羊桥河右岸，营盘山北麓，地势东高西低，地形切割较强烈，地表水系较为发育，矿区西部羊桥河为矿最低侵蚀基准面，可采煤矿全部赋存于最低侵蚀基准面之下。矿区地下水类型自上而下划分为孔隙水、裂隙水和岩溶水3类，以裂隙水为主。矿山可采煤层赋存于龙潭组砂泥岩裂隙含水层中，埋藏较深，地表无可采煤层和煤系地层出露，钻孔单位涌水量0.00257l/s.m富水性弱，为矿床直接充水含水层。矿床直接顶板为龙潭组(P2c)弱裂隙含水层，卡以头组(T1k)处于采动导水裂隙带内，P2c和T1k均为矿山间接充水水源，受T1k上覆T1f1泥岩隔水层的阻隔，上覆孔隙水和岩溶水的下渗补给量较小，矿山间接充水含水层(P2c和T1k)的富水性和透水性较弱，对矿床充水影响总体较小。矿床底板为峨嵋山组玄武岩，岩性坚硬、致密，完整度好，裂隙不发育，属相对隔水层，对矿床充水影响小。矿区断层构造较发育，F1和F3断层为破矿断层，是矿床上覆含水层和地表水体进入矿坑的主要通道，富水性和导水性弱～中等，受断层富水性差异和采动破坏影响，断层导水为矿坑充水的主要通道，对采掘活动安全影响大。

综上所述，矿山可采煤层埋藏较深，矿床及其顶、底板围岩富水性弱，断层构造较发育，断层导水为矿床充水主要来源，对开采影响较大，水文地质条件中等复杂。

[1]刘坤丽.煤炭市场变化对富源县经济发展的影响及对策研究[J].当代经济,2017第5期.

[2]金晓,张影.煤矿水文地质条件及防治水研究[J].建材与装饰,2016第33期.

邓钟敏(1984-)男，满族，水工环工程师，讲师，云南国土资源职业学院，主要从事地质教学工作。