永夏煤田顺和煤矿水文地质特征分析

王 辉，叶书发

(永煤集团有限公司顺和煤矿，河南 永城 476600)

顺和矿井位于河南省永城市城关镇北20 km，属顺和镇管辖。本区呈近东西向的长条形，东西向长约10.7 km，南北宽2.2～5.0 km，面积约34 km2。井田北与薛湖矿井以薛沟断层为界，南与陈四楼矿井北翼采区毗邻，东为煤层露头，西为断层边界。矿井设计60 Mt/a，服务年限38.7 a，于2009年10月开工建设，计划2013年年底建成投产。

1 地质概况

1.1 地层

永夏煤田地层区划属华北地层区鲁西分区徐州小区。顺和井田为全掩盖区，新生界地层厚度达359.41～439.70 m，区内无基岩出露，全部地层均隐伏于新生界地层之下。区内由老到新依次保留的地层层序为奥陶系老虎山组，石炭系本溪组和太原组，二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组，新生界的新近系和第四系。

本区含煤地层为石炭—二叠系，其中石炭系太原组和二叠系上石盒子组中仅含薄煤层或煤线，赋存于二叠系下统山西组的二2煤层为本区的主要可采煤层，赋存于下石盒子组的三2和三4煤层为本区局部可采煤层。

1.2 构造

永夏煤田大地构造位置处于华北板块南缘，嵩箕构造区东部的永城断隆带。南部紧邻秦岭－大别板缘带，东部临近郯庐断裂带。

井田位于永城隐伏背斜西翼的后王庄背斜之西北翼。整体为走向为北东东，倾向北北西一单斜构造。区内断裂构造较为发育，主要有近东西向、北东向和北西向三组，主要为高角度的正断层。其中落差≥100 m断层3条;50～100 m的2条，15～50 m的8条;＜15 m的4条(图1)。

2 区域水文地质概况

2.1 地表水特征

永城矿区位于黄淮冲积平原东部，属于淮河水系，区内地表水系较发育，沟渠较多，多用于排灌的人工沟渠，呈北西－南东向展布，流向东南的沱河，具“雨增、旱枯”之特点，四季流量相差悬殊，水位一般低于地下水，形成地下水排泄通道，只有洪峰期对地下水有短暂补给。区内洼地较多，呈“碟状”分布，多为季节性积水。

图1 顺和矿井构造纲要图

2.2 地下水补给与排泄

浅层地下水一般从西北向东南缓慢运动，但以垂向运动为其主要特征，主要排泄途径也是垂直蒸发。

二叠系碎屑岩类裂隙含水层组富水性较弱，地下水以水平侧向渗透补给为主。石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组富水性较强，在矿区东北安徽肖县一带大面积出露，直接受大气降水补给，循环条件较好，交替强烈，径流方向自北东向西南。奥陶系碳酸盐岩类岩溶含水岩组，灰岩溶洞发育，但不均一，富水性强，富水性受构造、裂隙、溶洞发育程度控制。

地下水主要储存于裂隙溶洞之中，补给源为远方露头处，直接受大气降水补给，以水平渗透运移矿区，具有较大的补给范围和补给量，补给途径以溶洞断裂构造、裂隙为主，排泄方式以潜流形式向远方排泄。

3 井田水文地质条件

3.1 主要含水层特征

3.1.1 新生界孔隙含水层组(Ⅰ)

该含水层组由粗、中、细粉砂和粘土、亚粘土、亚砂土组成，总厚度359.41～439.09 m，平均395 m，该组自上而下四个含水层组成:第四系全新统孔隙潜水－I1含水层;第四系更新统松散孔隙承压水－I2含水层;新近系上新统孔隙承压水－I3含水层;新近系中新统孔隙承压水 －I4含水层(表1)。

3.1.2 下石盒子组三煤组顶板砂岩裂隙承压水－II含水层组

本含水层组以细粒砂岩为主，亦可见中、粗粒砂岩，其间为泥岩、砂质泥岩，砂岩一般2～5层，厚度变化大，平均厚21.5 m，水位标高 +30.32 ～ +30.73 m，单位涌水量为0.004 61 ～0.008 L/s·m，渗透系数0.028 3 ～0.053 7 m/d，水温26℃，水质类型为SO4HCO3－NaCaMg型，矿化度3.032 g/L。

3.1.3 山西组砂岩裂隙承压水－III含水层组

本含水层段以细砂岩为主，其间为泥岩、砂质泥岩，砂岩可见2－6层，岩性厚度变化大，层位不稳定，为二2煤直接充水含水层段。厚度为0.80～35.43 m，平均厚 21.5 m，井田内14－1孔抽水试验成果:水位标高+4.28 m，单位涌水量0.007 53 L/s·m，渗透系数 0.019 5 m/d，水温 18℃，水质类型为SO4Cl－NaCaMg型，矿化度0.511 g/L，属砂岩裂隙承压弱含水层。补给源以侧向渗入为主，径流运动迟缓，水交替条件极差，排泄以侧向水平渗出为主。

3.1.4 太原组灰岩岩溶裂隙承压水－IV含水层组

本含水层组主要含水层为灰岩，次为砂岩，其间夹有泥岩和砂质泥岩。灰岩有11层，厚度变化大，局部层位缺失。灰岩单层厚度0.50～21.54 m，全组各层灰岩总平均厚度51.47 m。该含水层组分为太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水层和太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水层。本组含水层溶洞裂隙发育，富水性相对增强。两层主要灰岩其间有泥岩、砂质泥岩相隔，在无断裂构造影响下，不会发生水力联系。

3.1.5 奥陶系岩溶裂隙含水层组(V)

该含水组为浅灰色、黄灰色白云岩及石灰岩，厚度大于400 m，富水性极不均一。地下水来源为远方大气降水沿裂隙层面水平侧向补给，径流条件好。根据井田钻孔抽水试验，水位标高 －4.31 m，单位涌水量 0.084 3 ～0.157 L/s·m，渗透系数 0.168 ～0.286 m/d，水温 28℃，水质类型为SO4Cl～NaCa型，矿化度4.843 g/L。为岩溶裂隙承压中等－强含水层。

3.1.6 岩浆岩裂隙接触带承压水－VI含水层组

燕山期岩浆岩活动频繁，岩体个数多，但规模不大，以岩基、岩株、岩床、岩脉等侵入于寒武系、奥陶系和石炭、二叠系煤系地层之中。井田内48个钻孔中，有34个穿见了岩浆岩，从基性岩到酸性岩类均有发现，侵入层位较多，以二叠系山西组及下石盒子组地层较为普遍，并常侵入三煤段煤层和二2煤层。岩浆岩多以大断裂构造为通道，沿“软弱层”侵入，由于岩浆的热力烘烤和动力挤压作用，改变了原有岩石的原始结构，侵入体形成了含水体或沟通邻近含水层的水力联系。

3.2 主要隔水层特征

3.2.1 基岩风化带

井田内基岩风化带厚度一般在20～35 m，局部可达50 m以上，上部强风化带裂隙发育，岩石破碎风化成砂土或粘土状;下部弱风化带随深度增加，裂隙发育程度逐渐减弱，风化裂隙多被上部松散物所充填，风化带对上部地下水的下渗起了阻滞作用。临区抽水试验证实，其单位涌水量0.001 9～0.000 39 L/s·m，渗透系数 0.019 1 ～0.001 88 m/d，表明该层风化带渗透性差、富水性微弱。

3.2.2 石炭系、二叠系各基岩含水层之间赋存四层隔水层

(1)上石盒子组底部K5砂岩至三煤组顶部，厚20～30 m，分布较为稳定，岩性为砂质泥岩、粉砂岩，裂隙不发育，渗透性差;(2)二2煤顶板砂岩以上至三煤组底板，由铝土泥岩、粉砂岩、薄层砂岩相间组成，厚40～70 m，隔水性能良好;(3)太原组顶部灰岩至二2煤底板由海相泥岩、细砂岩及粉砂岩互层组成，厚度变化较大，其间距为36.92～57.48 m，单位涌水量 0.008 41 L/s·m，渗透系数 0.042 3 m/d，可视为相对隔水层;(4)L8灰岩与L2灰岩之间厚60 m左右，主要由砂质泥岩、中粒砂岩、粉砂岩、薄层灰岩组成，赋存比较稳定，本次井田内作分层抽水时，各项水文地质特征均有所差别，太原组上下段灰岩之间一般情况下没有水力联系。

3.3 断层带及其富水性

矿井北、西、南三面基本上以正断层为界，形成“巨”字型的封闭隔水边界。东部二2煤层露头外石灰岩分布面积有限，区域灰岩地下水通过远方侧向水平渗透补给，将受到一定限制。

区内断裂构造较为发育，主要为高角度的正断层，属张性断层，断层破碎带多被砂、泥碎块充填，绝大多数不导水。断层破碎带及影响带石灰岩含水层岩溶裂隙较发育，局部富水较强，在采动影响下，有可能增强其导水性。

井田北部边界F8断层为一北升南降的正断层，探明落差100～430 m，落差自西向东逐渐变大，使得奥陶系灰岩与二2煤层直接接触，若开采时重视不够可能会造成突水淹井事故。

表1 各含水层水文地质特征及矿床充水预测评估表

4 矿井充水因素分析

通过对各主要含水层和隔水层特征分析，对矿床充水进行预测评估(表1)。二2煤层的充水水源主要为山西组砂岩裂隙承压水，含水层多以细 －中粒砂岩为主，厚度变化大。据附近生产矿井实践证明，该层含水层补给条件差，以消耗静储量为主。随着开拓面积的扩大，水量将增加，但到一定程度水量就不再增加。较大的断层和封闭质量较差的钻孔可造成各含水层间发生水力联系，使矿床充水量增大，在断层破碎带及影响带附近，静水压力破坏岩石原来结构，可能造成底板突水。

5 结论

1)顺和矿井落底水平－702 m，目前正在二期工程施工，二期井巷工程主要布置在二叠系下统三煤段含煤地层中，下石盒子组三煤组顶板砂岩裂隙承压水成为巷道主要补给水源，太原组灰岩岩溶裂隙承压水为间接充水水源，可通过断层及裂隙发育处向工作面充水，对工作面掘进有一定影响。

2)井田北部边界F8断层，落差较大，使得奥陶系灰岩与二2煤层直接接触，若重视不够，可能成为矿床的主要充水通道，导致突水淹井事故。

3)山西组砂岩裂隙承压水为矿井主采二2煤层的充水水源，该含水层补给条件差，以消耗静储量为主。较大的断层、封闭质量较差的钻孔、导水陷落柱等可造成各含水层间发生水力联系，使矿床充水量增大，可能造成底板突水。

［1］徐培武，谢溪林，刘福胜，等.河南省永城市陈四楼煤矿后备区煤炭勘探报告［R］.邯郸:中国煤炭地质总局一二九勘探队.2006.

［2］于水，高召奎，祝金锋，等.永煤集团股份有限公司顺和煤矿首采区三维地震勘探报告［R］.郑州:河南省煤田地质局物探测量队.2008.

［3］薛禹群.地下水动力学 (第 二版)［M］.北京 :地质出版社.1997.

［4］水文地质手册.编写委员会［M］.水文地质手册 (第一版).地质出版社.1985.

［5］房佩贤，等.专门水文地质学［M］.北京:地质出版社.2005.