巴拉素主立井井筒水文地质条件分析

2019-08-08曹虎生

陕西煤炭 2019年4期

乔龙，曹虎生

(陕西省一八五煤田地质有限公司，陕西榆林 719000)

0 引言

巴拉素矿井位于榆横矿区北区的中西部，行政区划隶属陕西省榆林市榆阳区巴拉素镇、补浪河乡、红石桥乡等管辖。矿井南北长约22.5 km，东西宽约13.4 km，总面积300.40 km2。开拓方式一期采用全立井开拓方案，二期采用混合开拓方案，矿井设计生产能力10.00 Mt/a。

巴拉素矿井主立井位于矿井中部，深度582.50 m。矿井井筒场地地表全部被第四系沙层所覆盖，厚度约10 m。为了向主立井井筒的设计和施工提供可靠的地质依据，需查明井筒场地所在区域水文地质条件[1-2]。

1 地下水含(隔)水层水文地质特征

根据地下水的赋存条件、水力特征及含水层的纵向分布结构，本次工作将井筒场地含水层由上至下划分为5层。分别为：第四系松散层孔及洛河组风化岩隙潜水含水层(Ⅰ)；白垩系洛河组砂岩孔隙裂隙潜水(Ⅱ)；侏罗系中统安定组碎屑岩孔隙裂隙承压水含水层(Ⅲ)；侏罗系中统直罗组碎屑岩孔隙裂隙承压水含水层(Ⅳ)；侏罗系延安组砂岩孔隙裂隙承压水含水层(Ⅴ)。

1.1 含水层

含水层(Ⅰ)：第四系松散层及洛河组风岩孔隙潜水含水层(Ⅰ)。本孔钻探揭露第四系松散层厚度9.90 m，岩性以细砂为主，成分为石英、长石，松散-密实。洛河组上部41.22 m岩石风化强烈，砂岩胶结差，易松散。初见水位7.00 m，含水层厚度44.12 m，根据以往钻孔抽水试验成果，渗透系数为0.059 4～0.476 4 m/d，平均值0.212 6 m/d。表1为白垩系洛河组风化岩含水层段抽水资料统计表。

表1 白垩系洛河组风化岩含水层段抽水资料统计表

含水层(Ⅱ)：白垩系洛河组砂岩孔隙裂隙含水层(Ⅱ)全区分布，是本地区的主要含水岩组。本次井筒检查孔揭穿厚度孔为170.73 m。含水层岩性主要为砖红色中厚层状中、细粒长石砂岩，矿物成分以石英、长石为主，泥质胶结，发育巨型楔状交错层理。据本孔及3个水源井含水层抽水试验，该含水层水位埋深8.07～15.26 m，含水层厚度211.55～213.45 m，涌水量3.332～7.580 L/s，单位涌水量为0.138 0～0.442 8 L/s·m，渗透系数为0.075 7～0.203 1 m/d，富水性中等。水质分析结果显示，pH为8.08，水化学类型为HCO3-Na·Ca型，矿化度344.70 mg/L，总硬度117.6 mg/L。根据测井资料解释，本孔白垩系洛河组含水层厚度74.79 m。主要涌水的段落有3段，第一段为62.09～95.05 m，第二段为117.73～142.77 m，第二段为178.01～194.80 m。表2为白垩系洛河组含水层段抽水资料统计表。

表2 白垩系洛河组含水层段抽水资料统计表

含水层(Ⅲ)：侏罗系中统安定组碎屑岩孔隙裂隙承压水含水层(Ⅲ)全区分布，含水层岩性主要为紫红色中厚层状中、细粒长石砂岩，主要为孔隙裂隙含水。据以往JT03和JT05孔含水层抽水试验，水位埋深在10.85～16.11 mm，含水层厚度20.65～30.75 mm，当水位降深60.09～42.56 m时，涌水量为0.114～0.794 L/s，单位涌水量为0.001 9～0.018 7 L/(s·m)，渗透系数为0.008 7～0.061 4 m/d，富水性弱。水质分析结果显示，水化学类型为SO4-Na型，矿化度2 395.29～3 519.77 mg/L。表3为安定组含水层段抽水资料统计表。

含水层(Ⅳ)：侏罗系中统直罗组碎屑岩孔隙裂隙承压水含水层(Ⅳ)。该组主要为一套半干旱条件下形成的河流相沉积。本孔钻探揭露直罗组厚度137.89 m。岩性主要为灰绿、灰白色夹紫斑的粗、中、细粒砂岩和粉砂岩，接触式胶结为主，胶结程度较低，砂岩分选性中等。因本孔未安排该含水层抽水试验，据以往JT04号钻孔抽水试验(详见表4)，水位埋深13.91 m，含水层厚度为44.95 m，当水位降深51.42 m时，涌水量为0.680 L/s，单位涌水量为0.013 2 L/s·m，渗透系数0.029 0 m/d，富水性弱。水质分析结果显示，水化学类型为SO4-Na·Ca型，矿化度5 474.60 mg/L。

表3 安定组含水层段抽水资料统计表

表4 侏罗系直罗组含水层段抽水资料统计表

含水层(Ⅴ)：侏罗系中统延安组砂岩孔隙裂隙承压水含水层(Ⅴ)。本组岩性主要表现为一套河流—湖泊三角洲—冲积平原环境沉积的灰色细-粗粒长石砂岩、深灰色泥岩、粉砂岩、煤层多个沉积旋回组成。含水层主要在495.57～512.41 m和541.90～567.45 m这2段的粗粒砂。本孔钻探揭露该组厚度145.39 m。本孔该含水层抽水试验，该含水层水位埋深32.68 m，含水层厚度61.37 m，当水位降深49.77 m时，涌水量2.172 L/s，单位涌水量0.043 6 L/s·m，渗透系数为0.074 4 m/d，富水性弱。水质分析结果显示，水化学类型为SO4-Na型，矿化度6 870.4 mg/L，总硬度1 066.0 mg/L。根据测井资料解释，本孔延安组含水层厚度45.41 m。泥岩、粉砂岩等起隔水作用的岩层间隔分布于砂岩之中，使砂岩分布相对较薄，主要涌水段落在496.80～560.00 m之间。表5为侏罗系延安组含水层段抽水资料统计表。

表5 侏罗系延安组含水层段抽水资料统计表

1.2 隔水层

井筒位置的隔水层，主要为分布于侏罗系安定组较为稳定的中厚层泥岩类，它们是井筒区内上覆洛河组砂岩主要含水层与下伏直罗组、延安组含水层之间较好的隔水层。

直罗组及延安组是由中粗粒砂岩含水岩层与泥岩、粉砂岩不等厚互层。其泥岩、粉砂岩分布较为连续，厚度较为稳定，一般为3～15 m，它们是各承压含水岩组之间的相对隔水层。

2 地下水补给、径流、排泄条件及充水因素

2.1 地下水补给、径流、排泄条件

第四系砂层潜水的补给、径流、排泄条件主要受区域地形地貌、岩性、气象和水文等因素的控制[3-6]。补给强度与地貌部位、岩性、潜水位埋深、降雨量大小及降水持续时间有密切关系[7-8]。本区砂层潜水以大气降水为主要补给来源，地形地貌十分有利降水入渗且补给面积广。井筒区及工业广场地势较高，砂层覆盖薄，降水入渗条件好，但储水条件差。砂层潜水除受大气降水垂渗补给外，还有凝结水等。

洛河砂岩在区内分布稳定，厚度较大。故该层除在基岩裸露处得到大气降水的直接补给外，其余地段多为外围同一含水层的侧向补给。该潜水与松散层潜水间具有密切水力联系的统一含水体，故其补给、径流、排泄与松散层潜水基本一致。

承压水主要接受区域侧向补给和上部地下水越流渗透补给，井田外基岩裸露区直接受大气降水和地表水沿裂隙向岩层渗透补给。井田承压水无统一的补给区，各煤层及煤层顶底板多为泥岩、粉砂岩，可作为相对隔水层顶板或底板，其水头也没有区域性变化规律，因沉积层序的粒级不同，粒度横向上有交替变化性。承压水含水岩体在横向上具有不连续性，垂向上具有分段性。储水空间相对封闭，水量小、水质差、排泄条件差。径流方向基本顺岩层倾向由东向西南方向运移。

2.2 充水因素

充水水源：①大气降水—据榆阳区气象局资料显示，本区多年平均降水量434.1 mm，且降水多集中在7～9月，占全年降水量的66%左右，年最大降水量819.1 mm。大气降水为第四系含水层的直接补给来源，白垩系洛河组含水层与上下含水层水力联系密切。大气降水作为地下水的主要补给来源，一般对井筒充水影响主要反映在雨季，尤其是多年不遇的暴雨会产生地面汇流，所以井筒筒口标高要高于周围。除此之外一般大气降水对井筒的充水影响较小;②地下水—区内无矿井老窑，地表水系，因此地下水是井筒主要的充水水源。井筒至上而下穿越多个含水层组，随着井筒开挖面增大，深度不断加深，地下水渗流面增大，水压增高，涌水量也增大。各含水层的富水性、导水性不同，涌水强度不一。根据井筒各含水层的富水性，其主要充水层位为白垩系洛河组砂岩段含水层。充水强度取决于裂隙的发育密集条件和井筒揭露含水层范围、厚度。其它含水层虽有较高的水头压力，但充水以细小节理、层间隐蔽裂隙为主，水源补给条件差，透水性差，充水量及强度很小。井筒揭露的泥岩、砂质泥岩易风化，在节理、裂隙发育处充水量会略有增大。

充水途径及方式：井筒的主要充水途径为地下水顺井筒围岩渗流和射流。岩层中发育的裂隙及节理裂隙和粗颗粒岩层的孔隙，是围岩涌水的主要通道。各充水层以水平透水、垂直涌水为特征，随着井筒的垂直向下延伸，水位(水头)压力也不断增大，井筒围岩渗水面压力也增大，引起软岩段充水通道松弛，导水裂隙易张裂掉块，发生充水相对集中状况。