攸县桃水矿区东部水文地质特征分析

李万平， 李常辉

(湖南省煤田地质局第六勘探队，湖南 湘潭 411100)

攸县桃水矿区东部属桃水复式向斜的东翼，基本上被白垩系红层所覆盖。本区含煤地层为龙潭组上段(P2l2)，含煤8层，其中主要可采煤层2层。2010年至2013年湖南省两权价款地质勘查项目先后在该区进行了普查、详查工作，是湖南省在红层下找煤的重大发现。

1 自然地理概况

矿区属丘陵地形，地势西高东低，最高海拔标高178.8 m，最低海拔标高约80 m，地形高差约100 m。区内一般标高85～95 m，地形坡度为10°～30°，相对高差较小，地形条件较简单。

该区属中亚热带季风性湿润气候，气候温暖，四季分明，雨量充沛，夏冬两季长，春秋两季短，属中亚热带湿热型气候，年平均气温为17.8 ℃，历年最高气温在40 ℃，最低气温为-11.9 ℃，1月份最冷，平均气温2.4 ℃，七月份最热，平均气温29.8 ℃。年平均蒸发量为1 358.2 mm，年平均降雨量为1 410 mm，最大降雨强度为85.5 mm/h，最大日降雨量达269.4 mm。

区内地表水主要为勘查区西边的桃水河，从北到南北流经勘查区，流量2～5 m3/s，水质为HCO3-Ca型，pH值7.37，其他有零星分布的山塘。

2 矿区地层

区内由新至老地表出露的地层有第四系(Q)、白垩系(K)。红层下隐伏地层，经钻孔揭露为三叠系下统大冶组(T1d)、二叠系上统大隆组(P2d)、二叠系上统龙潭组(P2l)，二叠系上统龙潭组(P2l)为本区含煤地层。

3 矿区构造

桃水矿区大致为一近南北向的复式向斜构造，向斜东翼为白垩系红层覆盖，次一级褶皱发育，从西往东包括四个较大的褶曲构造，依次编为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ向斜，名为龙家冲向斜(I向斜)、泉塘冲向斜(Ⅱ向斜)、桃水向斜(Ⅲ向斜)和伟田向斜(Ⅳ向斜)。特点是四者紧密相连，向斜两翼不对称，一般西翼较陡，倾角30°～70°，局部倒转，东翼较平缓，倾角30°～50°，规模由西向东扩大，向南北两端收敛。

4 水文地质特征

4.1 含水层

(1)第四系孔隙含水层(Q)：以砾石、砂、砂土及粘土组成，厚度0～13.34 m，残坡积层一般不含水，冲、洪积层分布于沟谷及溪流两岸，岩性松散，透水性较好，泉水流量一般为0.04～0.07 L/s，泉水季节性变化明显，居民压水井大都是取自本层，水质为HCO3-Ca型，pH值7.52～7.59，总矿化度268.2～577.9 mg/L，为弱富水性的孔隙含水层。如图1，图2。

(2)白垩系裂隙含水层(K)：上部主要由紫红色粉砂岩组成，下部由砾岩组成，砾石成分主要为灰岩、白云质灰岩、次为硅质岩、石英砂岩组成，钙泥质胶结，含裂隙水。地下泉水流量为0.50～2.00 L/s，据抽水试验资料：908孔个抽水试验孔抽水40 min就没有水返出，后观测恢复水位，708孔只抽1 min，孔内无水可抽，根据恢复水位计算渗透系数：908孔K=5.84×10-5m/d，708孔K=3.89×10-6m/d，粗略计算单位涌水量为q=0.000143～0.00059 L/(m·s)，水位标高16.67～73.32 m，水质为HCO3-Ca型，pH值7.37～7.59，为弱富水性的裂隙含水层[1]。

图1 桃水矿区东部水文地质图

图2 9线水文地质剖面图

(3)三叠系下统大冶组裂隙含水层(T1d)：主要由泥质灰岩、含泥灰岩组成，层厚0～270 m，平均95 m。地表及浅部岩溶裂隙较发育，施工钻孔中一般未发现漏水现象，地下泉水流量为0.20～1.00 L/s，为弱的岩溶裂隙含水层，水质为HCO3-Ca型水，为弱富水性的裂隙含水层[1]。

(4)二叠系上统大隆组裂隙含水层(P2d)：由硅质灰岩、硅质泥岩和硅质岩组成，层厚4.78～270 m，平均95 m。节理裂隙发育，岩层破碎，采取率较低，节理发育，浅部风化带、裂隙及小溶隙(洞)发育，局部有石英脉和方解石脉充填，908孔个抽水试验孔抽水13 min就没有水返出，后观测恢复水位，708孔只抽5 min，孔内无水可抽，根据恢复水位计算渗透系数：908孔K=1.554×10-3m/d，708孔K=2.39×10-4m/d，粗略计算单位涌水量为q=0.00123～0.00128 L/(m·s)，水位标高19.59～72.22 m，水质为HCO3-Ca型，pH值7.51，总矿化度253.7 mg/L，为弱富水性的裂隙承压含水层[1]。

(5)二叠系龙潭组上段砂岩裂隙含水层(P2l2)：主要由中～细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及煤层组成。层厚83～228 m，含水层平均 厚度105 m，据钻孔资料，砂岩中裂隙较发育，钻孔穿层间砂岩含水层时，岩芯有时较破碎，孔内有少量漏水或涌水现象，未出现较严重漏水现象。据908孔和708孔，抽水试验，利用恢复水位计算单位涌水量为0.000203～0.00032 L/(m·s)，渗透系数0.0000125～0.0000138 m/d，为富水性较弱的裂隙含水层，是矿坑直接充水含水层[1]。

(6)二叠系下统当冲组上段裂隙含水层(P1d)：以硅质岩为主，间夹硅质灰岩，含燧石结核，具铁锰质条带，地表风化节理裂隙发育，井泉出露极少，为弱的裂隙含水层[1]。

4.2 隔水层(相对隔水层)

(1)二叠系上统大隆组(P2d)底部：主要为钙质泥岩，厚度4.5～26.00 m，平均厚约17.20 m，遇水膨胀，隔水性好，为中上部硅质灰岩与下伏龙潭组之间的隔水层。

(2)二叠系上统龙潭组下段(P2l)：由细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、组成，平均厚度大于200 m，富水性极弱，透水性差，可视为隔水层。

4.3 断层裂隙带的导水性

本区构造为中等类型，部分地层倒转，详查区发育的F7、F15、F16断层，在挤压应力作用下，其断裂带多为闭合性质，透水性、导水性均差。F16为正断层，钻孔穿过该断层时，未发现涌、漏水现象，说明透水性、导水性均差。

区内虽然由于断层切割致使地层发生重复、变薄或断失现象，断裂带未出露地表，各断层上、下盘岩层均系富水性弱的含水层或隔水层，且含水层之间均有较为完整、稳定的隔水层，故断层水一般对矿井充水关系较小，对煤层开采影响不大，有利于进一步工作[1]。

4.4 生产井水文地质特征

矿区内没有生产矿井，矿区外围西部有5个生产矿井。其中以桃水煤矿泉塘冲井规模最大，开采矿种为煤，开采方式为地下开采，生产规模为21万t/a，据调查：矿井主要充水因素为老窑水和顶板砂岩裂隙水，现开采水平在-350 m，雨季涌水量为550 t/h，一般涌水量为250 t/h。矿井排水随降雨量和开采范围增加而增加[1]。

4.5 地下水的补给，迳流和排泄条件

大气降雨是区内地下水的主要补给来源。矿区含水层补给途径：

(1)大气降雨直接下渗补给第四系孔隙潜水及基岩地下水；(2)地表水(包括河溪和水塘)直接补给第四系孔隙潜水，亦能通过透水性相对较好和厚度较小的风化残积层间接补给强一弱风化岩层和断裂破碎带地下水[2]。

在自然条件下，矿区地下水自高处向低处潜流，小部分地下水经过短小流径在河谷切割处或地形低注处，以下降泉形式排泄，泉水流量小于1.0 L/s。

4.6 矿井充水因素分析

本区矿坑充水因素为龙潭组层间砂岩裂隙水、老窑水及断层水。

(1)龙潭组层间砂岩裂隙水。龙潭组层间含水层平均累厚105 m，与煤层及砂质泥岩、粉砂岩相间，一般未形成统一体含水层，富水性弱。为本区矿坑水主要充水因素，

(2)老窑水。本区煤矿开采历史悠久，老窑密布，且难于查清，一般都积水，严重地威胁深部矿井的开采。

(3)本次钻孔揭露时无漏水或涌水现象，在详查区外的生产井浅部有揭露断层时，有滴水或少量淋水现象，断层带富水性弱，导水性差。

4.7 矿井涌水量预算

(1)地下水动力学法[3]:通过本次详查资料分析，根据矿床水文地质条件及其矿坑充水因素分析，选择地下水动力学法之大井法，预算前期开采-300 m水平末期涌水量(见表1)。

表1 地下水动力学法计算参数表

(2)比拟法[3]。详查区与相邻的桃水煤矿泉塘冲井的矿坑充水条件相似，采用比拟法预算前期开采-300 m水平末期涌水量。

式中,Q泉为泉塘冲煤矿现-350 m水平矿坑正常涌水量,为250 m3/h；Q为预测矿区-300 m水平以上矿坑涌水量，m3/h；F泉为泉塘冲煤矿-350 m水平已开采面积，为1 352 000 m2；F为预测矿区-300 m水平总面积,为7 262 000 m2；S泉为泉塘冲煤矿-350 m水平水位降深，龙潭组砂岩平均水位+38 m，为+388 m；S为预测矿区-300 m水平水位降深，S为338 m。

将以上参数分别代入计算公式，计算得详查区-300 m水平一般涌水量为570 m3/h。

由上述两种计算方法预算详查区-300 m水平的正常涌水基本接近，最大涌水量为正常涌水量的2～2.5倍，矿区最大涌水量为1 230 m3/h。

以上预算的涌水量均不包括老窑、断层等突水时的瞬间溃入量。

5 结语

矿区为一个较完整的被红层掩盖的向斜水文地质单元组成。区内地表水系较发育，桃水河为地表水及地下水排泄的主要通道。矿区相邻的小煤矿水文地质条件揭露较充分，其矿坑涌水量较小，涌水量一般为2～54 m3/h，规模较大的桃水煤矿泉塘井开采水平在-350 m，雨季涌水量为550 m3/h，一般涌水量为250 m3/h，矿坑充水的主要因素为龙潭组砂岩裂隙水、老窑水及断层水，地表水对矿床充水影响较小。故本矿区水文地质条件简单。

矿区内没有含水丰富的含水层，调查的泉水流量小，不能满足今后矿山开采的生产生活用水，桃水河已被矿坑水轻度的污染，经处理后基本上可做为生产用水，生产用水 要从矿区外围的茅口灰岩含水层中打井供水。