重庆观音峡背斜新店子井田水文地质条件分析

秦 雷

重庆观音峡背斜新店子井田水文地质条件分析

秦 雷

（四川省煤田地质局一三五队，四川 泸州 646000）

通过访问生产煤矿，开展地面调查，采用15个施工钻孔数据资料对重庆观音峡背斜新店子井田水文地质条件进行了分析。新店子井田面积27.64km2，以侵蚀、剥蚀、溶蚀低山丘陵岩溶地貌为主，区内溶蚀类型主要以溶蚀裂隙为主。富水性中、强含水层，水文地质勘探类型划为三类二型，即岩溶裂隙充水矿床；水文地质条件中等；矿井的充水因素主要有顶、底板，断层充水等，预测矿井一般涌水量22388m3/d，丰水期涌水量为67164m3/d。

含水层；隔水层；涌水量

1 概况

新店子井田位于重庆市沙坪坝区。地理坐标：东经106°23′38″～106°25′42″，北纬29°37′04″～29°43′09″。走向长11km，东西平均宽2.5km，面积27.64km2（见图1）。

图1 井田交通位置图

本区属亚热带潮湿气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温16.5～18.7℃，最高气温42.30℃，最低气温-0.30℃；降雨量：年平均1140.80mm，最大1389.70mm，最小875.50mm；常集中于6～9月以暴雨居多；年水面蒸发量775.6 ～946.0mm；大气压986.8 ～987.8hpa；年平均相对湿度82%～87%；以北风为主，东风和西南风次之，年平均风速1.05m/s。

2 井田水文地质

2.1 井田地形地貌

井田地处观音峡背斜褶皱山系。轴部三叠系下统飞仙关组地层构成背斜山地，标高为503.4～643.6m，呈陡缓叠置的串珠状谷坡；两翼沿嘉陵江组灰岩走向露头呈狭长溶蚀槽，展布标高490～581.1m，槽谷一般宽400～500m，散布零星溶蚀残山，溶洞、溶斗等岩溶景观；三叠系上统须家河组砂岩呈陡峭的单斜山岭呈现于背斜两翼，标高307.4～702.0m，与背斜山脊遥遥相望平行分布，并构成“三山两槽”的地貌特征。井田内最高标高702m；最低标高425m，为井田的最低侵蚀基准面。井田总体北高南低，地形相对高差277m，为侵蚀、剥蚀、溶蚀低山丘陵岩溶地貌。

2.2 井田岩溶发育及规律特征

井田内嘉陵江组及飞仙关组第四段灰岩厚度大，出露广。长兴组虽没出露，但岩溶发育，是主要含水层，对矿床充水影响较大。其岩溶裂隙发育，含水丰富，赋水特征复杂，地下水补、迳、排关系复杂。

井田内石灰岩中方解石含量比例大，白云石极少，甚至不含白云石。区内石灰岩中方解石含量一般超过70%，可溶性强。裸露于地表的石灰岩，在以溶蚀为主的地质营力作用下，发育溶沟、溶槽、溶水洞等初型岩溶。地下水溶蚀作用，使水中侵蚀性二氧化碳对石灰岩溶蚀，长期地下水垂直、水平循环运动，形成垂直、水平溶蚀裂隙、管道系统。

区内石灰岩含水层与隔水层或相对隔水层相间产出，这种岩性组合，在地形地貌上隔水层为含水层提供了地表水的补给条件，大量地表水由隔水层的坡、岭汇水至石灰岩地层，加剧了石灰岩的溶蚀和岩溶管道流的发育。

图2 暗河发育位置和岩溶位置关系图

区内断层较多、裂隙倾角一般70°～85°、近似于垂直岩层。使岩溶和管道流的发育: 暗河大致是南西向发育，与地表断层发育方向大基本一致。地表岩溶呈南西向串珠状展布，证实岩溶发育方向受构造裂隙影响。暗河和溶洞发育情况见图2。

2.3 地表、地下水的补给、径流、排泄

地表水主要补给源于大气降水，径流受分水岭控制。分水岭以西，地表水大多沿季节性溪沟由南向北汇入嘉陵江。分水岭以东沿地表溪沟径流汇入长江。

地下水的运动还受地质构造的控制；地表、地下水存在着相互补给关系。地表水通过飞仙关组，嘉陵江组、雷口坡组等地层的落水洞或溶隙补给地下水，沿岩溶管道及裂隙径流，于地形低凹处出露地表补给地表水；除向最低侵蚀基准面排泄外还向深部迳流，储积于含水层中。

2.4 含、隔水层特征及对煤层开采的影响

2.4.1 第四系（Q）砂砾石孔隙含水层

主要为坡麓的坡、残积物、滑坡堆积物以及河岸附近的冲积物，分布在岩溶槽谷。出露面积5.34km2。坡、残积物由砂砾石、砂土、粘土组成，厚0～50m，结构松散，透水性强。

2.4.2 三叠系上统须家河组（T3xj）砂岩裂隙含水层

厚度为330～680m，为褐黄色、浅灰色厚层状细～中粒长石石英砂岩夹深灰色砂质泥岩、泥岩、粉砂岩，局部可见炭质泥岩和煤线裂隙含水层。出露于背斜两翼，分布标高400～550m。井田内调查泉点2个，流量0.2182L/s～0.3208L/s，泉点分布标高为455～470m，为富水性弱的裂隙含水层。

2.4.3 三叠系中统雷口坡组（T2l）岩溶裂隙中等含水层

厚35.00～70.00m，平均厚度42.00m。为灰色灰岩，中部为灰色白云岩、白云质灰岩，底部有一层厚1m灰绿色或绿灰色水云母粘土岩（“绿豆岩”）岩溶裂隙中等含水层。出露于井田东西两翼，面积1.44km2，分布标高550～580m。其水质为HCO3-.SO42--Ca2+-Mg，矿化度为550.85 mg/L。因为该地层在井田内补给面积较小，总体上该含水层富水性为中等含水层。

2.4.4 三叠系下统嘉陵江组（T1j）岩溶裂隙中等含水层

厚492.00。出露于背斜两翼，岩性为浅灰色灰岩、白云岩、白云质灰岩，夹泥岩及盐溶角砾岩。按岩性组合特征分为四段：一、三段以灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩为主，二、四段以白云岩、白云质灰岩、盐溶角砾岩为主。矿权内出露面积6.89 km2，本次调查泉点4个，流量为0.1383L/s～1.34 L/s，出露标高550～510m，为富水性中等岩溶裂隙含水层。该层溶蚀发育强烈，发育溶洞，落水洞等。调查发现2个干溶洞，6个落水洞，5个有水溶洞。分布标高496～559m。水质类型为HCO3-.SO42--Ca2+-Mg，矿化度433mg/L。有水溶洞的水位埋深为0.40～13m。发现暗河三条，暗河标高为549～476.90m，流量为10～90 L/s。

施工5个钻孔揭露浅部层位，该层局部有水位和消耗量变化较大。ZK12-2号钻孔井深108.23m（孔口标高433.673m），消耗量由0.24 m3/h增加至2.02 m3/h，水位变化较大。岩芯显示，溶蚀严重，有水锈痕迹，泥质充填。ZK10-2号钻孔井深43.23m（孔口标高514.268），消耗量和水位变化较大，消耗量1.45 m3/h，岩芯显示，溶蚀严重，裂隙面有水锈，有地下水活动痕迹。其他3个钻孔钻进均有不同程度漏失，岩心也有不同程度溶蚀现象。富水性为中等，为岩溶裂隙充水中等含水层。

2.4.5 三叠系下统飞仙关组（T1f）

厚471.96～773.73m，平均厚度526.70m。可分为五段，井田仅出露T1f5～T1f3，呈条带状分布于中部，面积6.86 km2。

一、三、五段主要岩性为薄层状钙质泥岩、泥岩等砂质泥岩的相对隔水层。

井田内调查有1个泉点出露，标高550m。地层中共发现裂隙29条，溶蚀孔洞7个，溶蚀裂隙发育标高在200~400m，占总数89％。据钻孔简易水文观测资料，冲洗液消耗量和回次水位变化不大，消耗量一般0.03～0.2 6 m3/h。为相对隔水层。

二、四段主要岩性为石灰岩、泥灰岩等，为岩溶类型中等含水层。

第四段赋存裂隙水，调查发现3个泉，流量0.0039～23.43L/s，分布标高为520～549m。在该段施工钻孔15个，ZK8-1号钻孔井深207.32m（孔口标高364.677m）消耗量由0.43 m3/h增大至2.34m3/h，岩芯显示溶蚀裂隙发育，裂隙表面有水锈痕迹。ZK10-1号钻孔在井深115.34m（孔口标高481.98m）消耗量十分大，为1.23 m3/h；其余施工钻孔均有不同程度漏失现象。

井田内飞仙关第四段q=0.000179～0.0921L/s·m，地下水位标高423.55～473.74m。该层位裂隙总计31条，溶蚀孔洞7个。以溶蚀裂隙为主，裂隙发育的标高主要在200~400m，占81％。溶蚀孔洞7个，发育标高为200~400m，占23％。飞仙关第四段的水质类型为HCO3-.SO42--Ca2+-Mg，矿化度为556.34 mg/L。综上所述，飞仙关第四段溶蚀现象及裂隙较发育，泉水流量较大，富水性较大，为岩溶裂隙中等含水层。

2.4.6 二叠系上统长兴组（P3c）岩溶裂隙中等～强含水层

地层厚89.91~126.41m，平均厚度100.49m。灰、深灰色石灰岩，中至厚层状，细晶结构，含燧石结核，具缝合线构造。据施工钻孔简易水文观测资料显示，冲洗液消耗量和回次水位变化比较大。如ZK10-1号钻孔在675m（孔口标高-77.968m）井深消耗量消耗比较大，消耗量为2.24 m3/h。ZK12-2号钻孔在664m（孔口标高-122.097m）井深消耗量较大，为2.56 m3/h。多数钻孔在该层位都遇到溶蚀、漏失现象。本次抽水试验结果为q=0.03166～0.04636L/s·m，K=0.01869m/d，R=58.73m。统计裂隙477条，溶蚀裂隙466条，占98％，分布标高-105～-305占97％，以溶蚀裂隙为主的富水性中等～强的含水层。

2.4.7 二叠系上统龙潭组（P3l）

一、三、五段主要岩性为薄层状钙质泥岩、泥岩等，为砂质泥岩的隔水层。据钻孔资料，钻进至此层位时水位和消耗量变化都不大。

第四、二段为深灰色细晶灰岩，为相对弱含水层。

P3l层抽水实验，K=0.00167.60m/d，R=19.60m，q=0.00415l/s.m。局部会有漏失的情况，消耗量和水位变化都不大，为富水性较弱的相对弱含水层。

2.4.8 二叠系中统茅口组（P2m）岩溶裂隙中等含水层

厚度>166m，浅棕灰色石灰岩，方解石脉发育，呈不规则囊状，具缝合线构造。井田地表未出露，茅口组地层抽水实验：K=0.0027m/d，R=70.44m，q=0.00131L/s.m，Q=0.17712L/s。钻至该层消耗量局部增大，为富水性中等含水层。

2.5 水文地质类型

对煤层开采有直接充水影响的主要含水层为二叠系中统茅口组（P2m）灰岩、龙潭组二、四段（P3l2、P3l4）岩溶裂隙含水层和长兴组（P3c）岩溶裂隙含水层。由于埋藏深，接受大气降水补给条件较差，含水层主要受区域地下水的补给，在有断层与导水裂隙导通的情况下与地表水体水力联系较强。

茅口组（P2m）为K2煤层直接充水底板。龙潭组四段（P3l4）为K8煤层直接充水含水层，K8煤层导水裂隙带最大高度达到龙潭组四段含水层（P3l4），该含水层可对未来矿井有直接充水危险。

综上所述，井田水文地质勘探类型划为三类二型，即岩溶裂隙充水矿床，水文地质条件中等。

3 未开矿井充水因素分析

3.1 顶板充水水源

井田内最顶部的可采煤层有K8煤层，按照《矿区水文地质工程地质勘探规范》GB12719-91（以下简称《水、工规范》）计算冒落带最大高度（Hc）和导水裂隙带最大高度（Ht）

Hc=4M

式中：Hc —冒落带最大高度（m）；Ht —导水裂隙带最大高度（m）；M —煤层累计采厚（m）；n —煤层分层层数。

井田内K8煤层距直接充水顶板龙潭组四段（P3l4）的距离24.32m～75.25m，平均40.91m。该煤层倾角为16°～50°，平均35°；煤层最大厚度1.75m，累积采厚2.2m。顶板岩性为泥质砂岩、泥岩等，抗压强度为24Mpa，顶板采用全陷落法管理方法。

计算结果：K8煤层的冒落带最大高度8.8m，导水裂隙带最大高度29.75m。K8煤层导水裂隙最大高度已经达到直接充水顶板龙潭组四段（P3l4），该含水层矿井充水影响较大，可见龙潭组第四段裂隙弱含水层受冒落带影响，龙潭组第四段裂隙弱含水层相对隔水作用下降。

3.2 底板充水水源

茅口组（P2m）距K2煤层的距离为9.60～12.86m，距K1煤层距离为0.20～3.70m。茅口组为中等含水层，导水断层或者导水裂隙联通含水层的情况下可对矿井造成直接充水。其“古岩溶”系统存在，加剧了充水影响程度。

3.3 断层的富水性及导水性

井田地表出露断层10条，隐伏断层18条。在F1断层附近发现有岩溶两处，分别为R9，R11，而R11为一有水溶洞；F3断层地表出露Q6泉点，该泉点流量为0.5061L/S，两条为富水性中等-强的断层。其他8条断层在钻进中未发现涌漏现象，断层导水性较弱。

优良的社会管理环境，安定团结的政治局面是开展一切社会管理活动的前提，因为“没有稳定的环境，什么都搞不成，已经取得的成果也会失掉”［1］284。

钻孔简易水文观测其余隐伏断层，钻孔钻进隐伏断层附近消耗量和水位变化不大。对深部煤层造成较大破坏，这些隐伏断层存在井田充水隐患。

表1 井田矿井涌水量计算参数及预测结果

3.4 大气降水

井田6～10月为洪水期。长观测动态变化，丰水期是枯水期涌水量1.80～3倍。开采浅部煤层时，浅部风化裂隙较为发育，大气降水可通过裂隙进入矿井，大气降水是未来矿井主要充水水源之一，应注意裂隙的导水。

3.5 第四系含水层水

多分布在嘉陵江组地层溶蚀槽谷中，含水层水可通过风化裂隙和暗河及导水断层进入矿井，未来矿井巷道在接近该部位时，应特别注意该层地下水及其堆积物的不良影响。

3.6 地表水体对井田充水的影响

井田内分布普照寺水库为最大，修筑于1958年，水库面积3.5km2、水深15m左右，库容107万m3，2000年起为土主镇供水水源。未来矿井开采可能造成地表拉裂缝和塌陷等地质灾害，水库水源可能对矿井造成充水影响。建议矿井严格按有关规范、规程和设计开采，留足保安煤柱，防止地表水体溃入矿井，对矿井造成严重危害。

3.7 含水层的越流补给

本井田容易越流补给的含水层主要为二叠系上统长兴组（P3c）岩溶裂隙中等-强含水层，三叠系下统嘉陵江组（T1j）岩溶裂隙中等含水层，三叠系中统雷口坡组（T2l）岩溶裂隙含水中等含水层。这些含水层本身含水性强，出露面积大，井田断层、导水裂隙发育，容易沟通上部含水层造成井田充水。含水层的越流补给也是井田的重要的充水水源之一。

4 涌水量计算

根据矿井开拓方案、所获资料，预测开采第一水平标高为-800m，预测P3c、P3l及P2m进入矿井涌水量。

4.1 计算范围及边界条件

上界至地下水位平均标高P3c为523.332m、P3l为522.858m，P2m为491.13m。下界至第一水平标高-800m；东以井田（资源量）边界以及首采-800m标高与K2煤层顶板交线为界圈闭范围，西以西翼井田（资源量）边界以及首采水平-800m与K2煤层顶板交线为界圈闭范围，北部井田边界为界、南部以井田边界为界，四周按无限补给边界考虑。

4.2 计算方法

4.2.1 大井法（承压转无压）

雨季涌水量：Q雨=λQ旱

2）式中符号代表意义：Q旱为预测旱季矿坑涌水量（m3/d）；Q雨为预测雨季矿坑涌水量（m3/d）；K为含水层渗透系数（m/d）；H为水头高度，即第一水平至地下水位平均高度（m）；M为含水组的有效厚度（m）；h0为水柱高度（m），设为0；λ为涌水量变化系数；r0为大井引用半经（m）；R0－大井引用影响半经（m）。

4.2.2 水文地质比拟法—单位面积涌水量法

1）比拟矿井—磨心坡煤矿

2）可比性

比拟矿井为磨心坡煤矿，主要含、隔水层岩性、厚度、出露条件、含水特征、主采煤层及矿井主要充水因素一致，水文地质条件相同。

3）计算公式

4）式中符号代表意义：Q0—已知比拟矿井涌水量（m3/d）；F—未来矿井开采面积（m2）；F0—已知比拟矿井巷道控制总面积（m2）；S—未来矿井第一水平水位降低值（m）；S0—已知比拟矿井地下水位降低值（m）。

5）涌水量计算结果及参数值

4.3 涌水量预算结果评述

1）采用大井法预测未来矿井涌水量时，采用的地下水位为分层稳定水位和抽水试验钻孔静止水位标高，代表地下水水位。根据参数选取，矿井涌水量是P3c、P3l和P2m含水层自然状态下充水量，代表开采初期矿坑涌水量，未包括其他充水因素，较未来矿井实际涌水量偏小，一般涌水量18 169.01 m3/d，最大涌水量54 507.03m3/d。

2）“水文地质比拟法”比拟的矿井为井田以北的磨心坡煤矿，为生产多年矿井，有完善水文地质观测资料和勘探报告。采用数据为磨心坡煤矿长期观测的水文资料，资料真实可靠。

3）“水文地质比拟法”预测预测矿井涌水量：正常涌水量Q旱=22 388m3/d，丰水期涌水量是正常涌水量的3倍，即Q雨=67 164m3/d，不包括老窑突水和地表水进入矿井涌水量。

5 结论

1、矿井直接充水水源为龙潭组四段与龙潭组二段以及茅口组底板充水。间接充水为长兴组地层的越界补给以及浅部嘉陵江地层及雷口坡组地层补给，特别是长兴组地层，区域地下水补给较大，在导水断层及导水裂隙的引导下会对矿井造成较大影响。

2、F1、F3断层富水性中等-强，建议加强监测，防止断层导通地表水、地下水造成突水事故。

3）井田水文地质勘探类型划为三类二型，即岩溶裂隙充水矿床，水文地质条件中等。

4）生产中应做好综合水害防治措施研究和实施，保证矿井的生产安全。

[1] 重庆地质矿产研究院．重庆观音峡背斜新店子井田详查报告. [R]，重庆：重庆地质矿产研究院，2014．

[2] 重庆地质矿产研究院．重庆市北碚区天府矿区磨心坡煤矿接替资源勘查地质报告[R]，重庆：重庆地质矿产研究院，2010．

[3] 四川省煤田地质局一三五队．镇雄县开元煤矿勘探报告[R]，泸州：2011．

[4] 赵铁锤，等．煤矿防治水规定释义[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2009．

[5] 沈继芳，高云福，等．地下水与环境[M]．武汉：中国地质大学出版社，1995．

[6] 王大纯，张人权，等．水文地质学基础[M]．北京：地质出版社，1995．

[7] 李亚美，陈国埙，等．地质学基础[M]．北京：地质出版社，1994．

Analysis f Hydrogeological Conditions in the Xindianzi Well Field, Guanyinxia Anticline, Chongqing

QIN Lei

(No. 135 Geological Team, Sichuan Bureau of Coal Geology, Luzhou, Sichuan 646000)

The Guanyinxia anticline is characterized by karst landform. Area of the Xindianzi well field is 27.64 km2. Site investigation and data from 15 drilling holes indicate that its hydrogeological exploration types should belong to the 3rd type of the 2nd class which is characterized by filling water in karst fissure with moderate hydrogeological conditions. The main factors of mine water-filling are roof, floor, fault water-filling, etc. The general inflow of mine water is estimated at 22 388 m3/d with 67 164 m3/d in flood season.

hydrogeological condition; filling water in karst fissure; inflow of mine water; Xindianzi well field

2019-11-15

秦雷（1986-），男，四川泸州人，水工环工程师，主要从事地质矿产勘查、水工环地质相关工作

P641.72

A

1006-0995（2020）04-0632-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.022