古交矿区峰峰组与上马家沟组水力联系及意义

李全胜

(西山煤电(集团)有限责任公司 白家庄矿，山西 太原 030053)

古交矿区峰峰组与上马家沟组水力联系及意义

李全胜

(西山煤电(集团)有限责任公司 白家庄矿，山西 太原 030053)

为了进一步了解古交矿区带奥灰水压开采的水害水源与突水机理，对中奥陶统峰峰组和上马家沟组两个主要含水层的水力联系进行了研究。依据矿区水文地质勘探成果、峰峰组和上马家沟组岩石学及水文地质特征，划分出不同的含水层与隔水层，通过34个水文钻孔水位和1980年以来奥灰水位的动态变化，证明峰峰组含水层实际位于其上段，上马家沟组含水层位于其中、上段，两者之间存在明显的隔水层，即峰峰组下段，两者之间水力联系差，是两个相互独立的含水层。距离煤层较近的峰峰组含水层是影响矿区带压开采的主要水源，但峰峰组在该区域富水性弱，由于其与上马家沟组水力联系差，对矿井安全影响较小，是古交矿区带压开采的有利条件。

古交矿区；带压开采；含水层；水力联系

带奥灰水压开采是古交矿区矿井防治水的主要隐患。大量勘探工作表明，在古交矿区，中奥陶统碳酸盐岩并不是一个巨厚完整的含水层，而是由多个含水层段和隔水层段组成的含水结构体。由于不同含水层富水性不一，与主采煤层间距不一，在矿井进行带压开采评价时，其现实意义截然不同，前提是不同含水层之间的水力联系清楚。鉴于此，对中奥陶统本身进行隔水层的研究，对不同含水层之间的水力联系进行分析具有重要的意义。对矿井带压开采而言，离煤系地层较近的峰峰组与上马家沟组含水层是主要影响因素，所以本文只讨论峰峰组与上马家沟组的水力联系问题。

1 中奥陶统地层含水层与隔水层划分

1.1 峰峰组

峰峰组可分为上、下两段，平均厚度为93.23 m. 上段岩性组合表现为：奥陶系界面以下20～30 m为深灰色厚层石灰岩，向下则为泥灰岩。本段是中奥陶统第一含水层，但富水性差异性较大。下段厚度变化较大，岩性以灰白色、灰黄色角砾状泥灰岩或薄层泥灰岩为主，中间夹薄层石灰岩，层面和裂隙中充填石膏，通称第一泥灰岩石膏带。该段岩溶裂隙不发育，具有隔水或相对隔水性质。上段岩溶裂隙较发育，岩溶以溶孔为主，直径5～20 mm，常呈蜂窝状，富水性较好，但岩溶裂隙发育不均匀，富水性横向差异明显，本区水文勘探钻孔的单位涌水量在0.001 2～25.54 L/s·m，正常为1～8 L/s·m.

1.2 上马家沟组

依据岩性特征，本组分为下、中、上三段。上段岩性以深灰色厚层石灰岩为主，夹泥灰岩和泥质灰岩数层，沿层面和裂隙面分布有蜂窝状、网格状、串珠状岩溶，本段为该区域上马家沟组主要含水层，称第二含水层。中段岩性可分为上、下两部分，下部岩性以深灰色中厚层状质纯灰岩为主，夹黄色薄层泥灰岩，石灰岩中发育有溶孔和蜂窝状岩溶，上部为深灰色厚层状泥质条带灰岩，本段岩溶较为发育，为本区第三含水层。下段岩性为灰白色、灰黄色角砾状泥灰岩，夹薄层或中厚层石灰岩，角砾成分为石灰岩、泥灰岩，层面和裂隙内充填纤维状石膏，通称第二泥灰岩石膏带，为本区重要标志层，岩溶裂隙不发育，具有隔水或相对隔水性质。由于上段、中段之间无明显隔水岩层，在实际工作中，上马家沟组上、中段合并为一个含水层，统称为上马家沟组含水层组。水文勘探中，该区段岩溶裂隙极发育，岩溶呈串珠状、蜂窝状、网络状，尤以沿裂隙发育的串珠状岩溶更为显著。岩溶直径一般为5～15 mm，最大达50 mm，裂隙连通性好，水文勘探钻孔单位涌水量1.32～36.00 L/s·m. 中奥陶统含水层划分情况见表1.

表1 中奥陶统含水层划分表

2 峰峰组与上马家沟组水力联系分析

2.1 水文孔水位数据分析

本文收集到古交矿区相关中奥陶统水文钻孔抽放水试验成果中峰峰组与上马家沟组进行分层抽水试验的钻孔共计34个，见表2. 由表2可以看出，峰峰组与上马家沟组均存在一定水位差，这一现象表明，正常情况下，两个含水层的水力联系不紧密，峰峰组下段相对隔水层的隔水效果较好。收集的34个钻孔水位中26个钻孔峰峰组静止水位高于上马家沟组，另外有8个钻孔峰峰组水位低于上马家沟组。总体而言，区内峰峰组水位高于上马家沟组水位，符合其基本自然规律，也同样说明两个含水层之间水力联系较差。个别钻孔水位相差较小，主要分布在本区北部靠近补给区沿线，由北向南，随着地层埋深加大，水位差一般随之加大，如南部GS-1、GS-3、GS-8-2等钻孔，一方面说明峰峰组与上马家沟组含水层径流条件和渗透性能上存在差别，同时也说明两含水层之间存在较明显的隔水层。

表2 古交矿区峰峰组与上马家沟组含水层水位数据对比表

2.2 水位的动态分析

区内大部分水文勘探孔施工完成后进行了封孔，只有部分钻孔留作长观孔。近年来，由于开采影响，一些长观孔也进行了封堵，可以说明区内并未进行过系统的水文长期观测工作。

1) 钻孔水位观测动态分析。

通过部分水文长观孔水位动态数据可知，峰峰组与上马家沟组水位在20世纪80、90年代呈如Z-9孔上马家沟组水位自1984年1月—1985年1月下降了1.14 m，1985年1月—1986年7月下降了0.98 m；Z-10孔峰峰组水位自1984年1月—1985年1月下降1.22 m；Z-7孔峰峰组水位1984年1月—1985年1月下降2.16 m. 2000年后，水位逐步呈现上升趋势，如GS-13-2孔，2008—2009年上马家沟组水位上升了1.03 m，GS-5孔2007—2008年上马家沟组上升0.98 m.

从上述情况看，由于受自然及人为等多种因素影响，早期钻孔水位均呈下降趋势，但峰峰组水位下降明显大于上马家沟组，主要原因是上马家沟组含水层埋深大，受影响较小，也说明，上马家沟组与峰峰组含水层水联系较差。

2) 水位统测数据分析。

由于峰峰组与上马家沟组在该区域水位动态长观资料较少，矿区进行了一次奥灰水位统测工作，共计观测41个钻孔。部分混合抽水钻孔由于峰峰组与上马家沟组或上马家沟组与下马家沟组之间未进行隔离，两个含水层段存在人为沟通，峰峰组水位与原始值比较有下降，总体上峰峰组水位高于上马家沟组，说明两个含水层之间隔水层隔水性较好。峰峰组与上马家沟组等水位线图见图1.

图1 峰峰组与上马家沟组等水位线图

3 水力联系对煤矿防治水的意义

3.1 不同含水层对防治水的意义

由于真正作用在煤系地层底板的是峰峰组水压，对于矿井防治水而言，评价带压开采对于下组煤的影响是以峰峰组水压更准确，也更合理。对于上马家沟组而言，其水压实际作用于峰峰组底面上，如评价，则下组煤隔水层应加入峰峰组地层厚度，其实际厚度大都在200 m以上，在没有导水断层、导水岩溶陷落柱等通道的情况下，一般不可能发生底鼓突水。

按照目前已知各类钻孔水位，编制了古交矿区峰峰组与上马家沟组的等水位线图，其总体水位差也说明两者之间存在较好的隔水层，峰峰组与上马家沟组是两个相互独立的含水层。需要说明的是，部分水文钻孔对峰峰组与上马家沟组或上马家沟组与下马家沟组进行了混合抽水试验，不同含水层之间未进行止水隔离，如封孔不良，在一定范围可能存在钻孔沟通不同含水层的情况。

3.2 相互独立含水层的防治水意义

由上述可知，在古交矿区，奥灰各含水层段之间除受导水钻孔、导水陷落柱或断层影响可能存在局部水力联系外，在自然状态下的水力联系较差，是相互独立的含水层。对于峰峰组和上马家沟组，由于距下组煤底板间距不同，之间存在相对隔水层，其防治水意义截然不同。

峰峰组含水层总体上是一个富水性弱至富水性中等的含水层，局部地段富水性较强，而上马家沟组总体上为富水性中等至富水性较强的含水层。如煤层开采只受峰峰组含水层影响时，水文地质条件相对简单；若上马家沟组与峰峰组含水层产生水力联系，其水文地质条件将相对复杂。

峰峰组与上马家沟组之间相对隔水层意义主要表现在3个方面：在古交矿区，峰峰组含水层段主要是其上段，其下段隔水性好，钻孔中峰峰组水位实际是峰峰组上段水位，而上马家沟组水位是其中、上段含水层水位，两者之间存在峰峰组下段隔水层。在岩性上，该段隔水层主要是由泥质灰岩、角砾状灰岩含石膏层及硬石膏岩组成。依据化学成分分析(见表3)，峰峰组下段岩CaO、MgO含量以及CaO/MgO比值均较其它层段低，不易被溶蚀，岩溶发育差。可以说峰峰组下段隔水能力是分析和认识古交矿区带压开采的重要因素，如存在隔水性好的岩层，则上马家沟组富水性虽好，但对古交矿区带压开采影响很小，影响古交矿带压开采的主要含水层只能是峰峰组上段，而峰峰组上段富水性弱，其安全影响较少。从这个角度讲，两个相互独立含水层的存在有利于矿井防治水工作。

表3 古交矿区奥灰不同层段化学分析成果表 %

4 结 论

峰峰组与上马家沟组是影响古交矿区带压开采的主要含水层，但是在古交矿区，峰峰组与上马家沟组不是统一含水层，依据两组岩石学特征，峰峰组可分为上、下两段，上马家沟组可分为下、中、上三段，峰峰组含水层实际位于上段，上马家沟组含水层位于其中、上段，从岩石特征及水文地质方面分析，两者之间存在明显的隔水层，即峰峰组下段。由于该隔水层的存在，两者之间水力联系差，峰峰组与上马家沟组成为两个相互独立的含水层。对于古交矿区而言，影响带压开采的主要是距离煤层较近的峰峰组含水层，而峰峰组在该区域富水性弱，对矿井安全影响较小，对古交矿区带压开采意义重大。

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Hydraulic Connection and Meaning between Fengfeng Group and Shangmajiagou Group in Gujiao Mining Area

LI Quansheng

In order to further understand the water and water inrush mechanism of the ordovician, the hydraulic relations of the two main aquifers in the Fengfeng and Shangmajiagou are studied. Different aquifers are classified according to hydrogeological exploration in the mining area, The dynamic change of water level in 34 boreholes and ordovician water level since 1980 has been analyzed. It is proved that the Fengfeng group is located in its upper section, and the Majiagou group middle to upper part of the aquifers, and there is an obvious water resisting layer between the two, That is to indicate that the lower part of the Fengfeng group and the upper part of Majiagou group has poor hydraulic contact, each belongs to an independent aquifer. The Fengfeng water group is close to the coal seam which is the main water source affecting the mining of the area, due to its weakness and poor hydraulic connection with the Majiagou group, it has less effect on the safety of the mining, which consists of favorable Conditions for mining in Gujiao mining area under the condition of aquifer.

Gujiao mining area; Mining under confined aquifer; Aquifer; Hydraulic connection

2017-05-09

李全胜(1969—)，男，山西太原人，1990年毕业于徐州煤炭工业学校，工程师，主要从事煤矿地质与矿井防治水工作(E-mail)351005352@qq.com

TD745

A

1672-0652(2017)06-0035-05