煤矿区集中式水源地选址分析

冯金文

(石家庄金石地质勘测有限公司，石家庄 050100)

煤矿区集中式水源地选址分析

冯金文

(石家庄金石地质勘测有限公司，石家庄 050100)

在留有大片采空区和地层受采掘活动严重影响的煤矿区选择适宜的集中式供水水源地，是工农业的发展和居民生活用水的需要。以石家庄西部井陉矿区集中式供水水源地选址为例，根据水源地建设目的、建设标准，在充分研究分析矿区自然地理、水资源分布、地下水补给、径流、排泄条件、地质构造、采煤活动、水质特征的基础上，通过分析阐述、筛选对比，认为矿区西南部，原井陉三矿井田内的白彪村西是最佳选择，其工作方法、技术路线，以及经验可作为其它类似项目的借鉴。

井陉矿区；奥陶系灰岩含水层；地堑；供水

0 引言

井陉矿区为石家庄西部地区重要的经济中心，为满足城区生活供水及部分厂矿用水的需要，需选择一处日供水量不小于2万t的集中式供水水源地。要求水源地水量充沛，占地少，水质满足国家生活饮用水标准，不易被污染。石家庄金石地质勘测有限公司组织专家经过调查论证，在充分研究分析矿区自然地理、水资源分布、地下水补给、径流、排泄条件、地质构造、采煤活动、水质特征的基础上，通过多方案对比，最后认为位于矿区西南部，原井陉三矿井田内的白彪村西是最佳选择。

1 自然地理分析

井陉矿区位于井陉断陷盆地内，周围为中低山及丘陵地貌，四周高中间低，东西向冲沟较发育，地面标高在255～650m，地形总体上为西高东低。供水城区地处井陉矿区中部，海拔标高在260～290m，平均在275m。白彪村西拟选水源地平均海拔在330m，高出城区约55m，城区中心政府大楼位于水源地东北方向，直线距离约2 700m，水源地周边无工业企业，布井范围内都是基本农田和道路，没有地面建筑物。从供水管线布设、供水高差、污染防护、水井布设上分析，该处均具有较高优势，见图1。

2 水源分析

2.1 地表水

井陉盆地四周环山，盆地南部有发源于山西的绵河，由西而东横穿盆地流入平山县境内的滹沱河，其水量大部分被绵右渠和人民渠分流，水量很小。盆地北部有发源于山西的小作河，水量季节性变化大，旱季水量很小或枯干。区内气候属温带湿润半干旱大陆性季风气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季温热多雨，降水少，蒸发量大。在井陉矿区范围内地表无常年性河流，只有位于矿区北部低洼处的数处受季节影响的水塘。水塘水受环境影响，水质较差，故采用地表水作为饮水水源的条件不存在。

图1 井陉矿区综合水文地质示意Figure 1 Comprehensive hydrogeological sketch of Jingxing coalmine area

2.2 地下水

2.2.1 第四系冲积层含水层

井陉矿区第四系冲积层厚度在10～50m，中下部含密度不等的河卵石，含水性与地形地貌有关，补给主要为大气降水，属潜水含水层。在矿区工业化前，当地人口少，污染小，是当地的主要饮用水源。从煤矿收集的资料来看，第四系冲积层单井涌水量在8m3/h左右，最大约为30m3/h。随着矿区采煤活动影响及工业化进程的发展，人口的急剧增加，第四系含水层受到不同程度污染，水量急剧减少，故不宜作为供水含水层。

2.2.2 砂岩裂隙含水层

在矿区含煤地层内，普遍存在有石盒子组或山西组砂岩，埋深60～200m，砂岩厚度20～50m，为中粗粒砂岩，一般胶结致密，局部地段节理裂隙发育，含水不普遍。在煤田西部采煤及钻探中，见到此含水层。水的硬度很低，涌水量为1.2～12m3/h，水呈乳白，采煤活动中可自行疏干。该层水为砂岩原始孔隙水或其他含水层通过裂隙导入。因水量小，含水不普遍，不能满足大型供水要求。

2.2.3 四层煤顶板灰岩含水层

在井陉煤田内四层煤顶板灰岩厚1m左右，岩性不纯，致密坚硬，裂隙发育，在受力作用后，垂直层面裂隙多被方解石充填，局部含水，涌水量为6.0～18m3/h，属层间裂隙水，采煤活动中一般可自行疏干。该层水为其他含水层通过裂隙导入，属层间裂隙水。水量小，水质受煤层影响，不能满足大型供水要求。

2.2.4 本溪组灰岩含水层

本溪组厚层灰岩位于本溪组中下部，平均厚度为6.3m，呈深灰、灰黑色，裂隙发育，该层普遍含水，但静储量不大，一般水量为48m3/h。因下距奥灰仅10～18m，构造裂隙极易与奥陶系石灰岩强含水层沟通，形成强富水承压含水层。在该水源地设计中，各供水井对该层水均下井壁管隔离并注浆封闭，故亦不采用该含水层供水。

2.2.5 奥陶系灰岩岩溶承压含水层

区内奥陶系厚度约815m，其中中统653m，下统162m。岩性主要有质纯灰岩、白云质灰岩、花斑状灰岩、角砾状灰岩及钙质页岩。奥陶系在井陉盆地周边山上均有出露，盆地内矿区范围内奥陶系顶面埋深东浅西深，东部埋深20～70m，中部城区内埋深在70～100m，西部煤田内埋深最深，在250～400m。矿区范围内奥陶系岩溶裂隙发育程度不同，含水程度不匀，涌水量大小悬殊，静水位为200～235m。井陉矿区境内共有机井150多眼，其中80%以上取水层位为奥陶系灰岩岩溶承压水。拟选白彪水源地位于原井陉三矿井田内，据三矿抽排水资料，奥陶系灰岩中统的动储水量约为5 040m3/h，单位涌水量q=12.06L/(s·m)。分析认为区内只有奥陶系灰岩岩溶承压含水层能够满足城区供水要求。白彪选址区因奥陶系埋深大，对水质免受污染有利。

2.2.6 寒武系灰岩溶裂隙含水层

在井陉矿区西部，井陉大断层以西，分布有寒武系灰岩溶裂隙含水层，含水岩性主要为张夏组灰岩和徐庄组白云质灰岩，含水层顶面埋深在250～400m，从已施工的十余眼机井看，单井水量在15～35m3/h，动储量较小，不能满足城区供水要求。

3 目标层特征分析

3.1 补给、径流、排泄条件

井陉矿区属威州泉域径流区。威州泉域是一个由碳酸盐岩构成的、边界清楚、具有独立的补给、径流、排泄系统的完整的水文地质单元。泉域补给以大气降水垂直入渗为主，河流渠道侧向补给次之，其中大气降水补给区总面积1 534km2，以西部分布最广；泉域排泄区分布于矿区以东，威州一带的绵河河谷内，排泄区泉群年平均流量为5.5～6.2m3/s；泉域水位西高东底，依次由补给区向径流区、排泄区运移，水力梯度为0.007 2。三矿井田位于径流带中部交汇处，在其开采史上曾发生煤层底板突水17次，其中1942年发生的第3次突水是井陉矿区煤矿开采史中最大的一次突水，突水量达4 080m3/h。所选白彪水源地东距第3次出水约200m，从补给、径流、排泄条件看，所选目标层的供水量完全能够满足城区供水要求。

3.2 地质构造分析

井陉煤田由东西两侧并相向倾斜的赵村铺大断层(H=600m)和井陉大断层(H=1 500m)组成为南北向的地堑断陷盆地。盆地内以近南北向断裂为主，十余条百米以上南北向断层构成相间存在的次级地堑、地垒，各构造条块内部又发育不同方向的再次级断层，构造十分复杂。三矿井田为一南北向次级地垒构造，所选白彪水源地位于三矿井田内相向倾斜的西大巷断层和张家井断层所构成的次级地堑上，水源井终孔落点在地堑两侧断层的上升盘上或地堑中部，见图2、图3。

图2 井陉矿区新水源地地形地质Figure 2 New waterhead site topographical-geological map of Jingxing coalmine area

图3 井陉矿区新水源地2号井-1号井剖面Figure 3 Section of well No.2-well No.1 in new waterhead site, Jingxing coalmine area

另外，井陉煤田开采史中共发现岩溶陷落柱112个，其中三矿有29个。煤田内陷落柱具有明显的分区性、群带性和一定的方向性，与岩溶地下水径流方向关系密切，所选水源地附近有两个。从地质构造分析，所选水源地导水通道发育，水的交替作用强烈，适合水源地群井布设。

3.3 采煤活动分析

井陉煤田至2015年因资源枯竭采煤活动已全部结束，在近百年的大规模开采中留下了大片采空区。受采煤活动影响采空区上部地层一般较破碎，且常常会积水。水源地选在采空区上时，不仅供水机井施工难度大，还易影响水井水质，所以饮水机井不宜选在采空区上。白彪水源地虽然在井陉三矿井田内，但由于该处为一地堑区，构造复杂，煤层埋藏深度大，故未进行采煤活动，水源地基本不受采煤影响。

3.4 水质特征分析

在收集的资料中，与白彪水源地条件相近或距离较近的机井化验指标相对还是较好的，如位于水源地东约400m的金喜洗煤厂机井，南约1 300m的三矿段家楼机井，北约1 500m的西岗头农饮机井，东南约1 400m的南凤山饮水机井，以及北约 2 500m条件相近的645群井，其主要化验数据见表1。分析认为，矿区奥灰水质为典型的岩溶型重碳酸钙镁质水或重碳酸硫酸钙镁质水，所选白彪水源地奥灰埋深较大、周围无污染源，水质相对较好。

表1 水源地附近水质化验数据

4 结语

井陉矿区新水源地南北长约500m，东西宽约300m，占地约14公顷，共施工水源机井12眼，井间距80～150m，终孔直径Φ190mm，下泵段孔径Φ325mm，平均深度650m左右，静水位深度在128m左右，水位标高在+202m左右，单井出水量在100m3/h左右。机井取水层位为奥陶系灰岩岩溶承压水，施工中为防止上部第四系潜水及二迭系、石炭系砂岩裂隙水、灰岩溶隙水进入奥陶系含水层，对奥陶系灰岩以上地层采用套管进行了注浆封闭，彻底隔绝了上部含水层对取水层位的影响。新水源地完全满足水量充沛，占地少，不易被污染，水质满足生活饮用水标准的建设目的，为煤矿区集中式水源地选址提供了一定借鉴。

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CoalmineAreaCentralizedWaterheadSiteOptionAnalysis

Feng Jinwen

(Shijiazhuang Diamond Geological Exploration Co. Ltd., Shijiazhuang, Hebei 050100)

To opt for an appropriate centralized waterhead site in a coalmine area with large worked-out area and strata seriously damaged by mining activities is the demand of industry and agriculture development and resident living water. To take the centralized waterhead site option in the Jingxing coalmine area, western Shijiazhuang as an example, deliberated again on waterhead construction purpose, construction standard. On the basis of full analyses for coalmine area physical geography, water resource distribution, groundwater recharge, runoff and discharge conditions, geological structure, coal mining activity and water quality features, through analysis, elaboration, screening and comparison, have considered that to the west of Baibiaocun in southwestern part of the coalmine area, original Jingxing minefield No.3 is the optimal choice. Thus, the working method, technical route and experiences can be reference for other similar projects.

Jingxing coalmine area; Ordovician limestone aquifer; graben; water supply

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.11.09

1674-1803(2017)11-0046-04

A

冯金文(1963—)，男，河北石家庄人，工程师，主要从事水文地质与工程地质工作。

2017-08-14

樊小舟