扎赉诺尔煤矿床充水因素分析

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  一、概况
  
  扎赉诺尔矿区南西、西、北西三侧为低山丘陵地带.东部及东北部为宽广开阔的海拉尔河冲积平原。
  区内地形起伏不大。绝对标高一般在543-545米,最高568米。相-对高差20-30米,总体由南向北.由东向西逐渐降低,地形坡度约2/10000。
  矿区南部毗临达赉湖,水域面积2315km2雨季湖水位抬高时。湖水通过矿区边缘的人工河流人海拉尔河。
  海拉尔河自东南向西北流过,河平均流量44.9-249m3/s。最大1480m3/s,是矿区地下水的补给源之一。
  本区属亚寒带大陆性气候,年平均降水量340mm。季节风较多,气候干燥.年平均气温0.1-1.8℃,冻结深度2-3米,沿海拉尔河一带有岛状永久冻土零星分布,最大厚度13.10米。
  
  二、地层与构造
  
  矿区内地层主要由第四系、早白垩统扎赉诺尔群伊敏组和大磨拐河组(含煤地层)、上侏罗统兴安岭群组成。
  第四系(Q):全区分布。上部以粉细砂为主,下部以砂砾为主,局部夹薄层粘土层。一般厚度10-25米。河谷区30米以上。
  含煤地层:伊敏组的最大厚度约500米,大磨拐河组最大厚度为700米,总厚度约1200米。
  伊敏组:(Kly)由二个煤层群组成(即I、Ⅱ)。I层群岩性以灰一灰白色粉砂岩及灰白一灰绿色细、中砂岩为主.夹薄层泥岩和三个煤层。Ⅱ层群以灰、灰白色粉砂岩为主.夹三层煤层(其中有两个厚煤层)a
  大磨拐河组(Kld):由二个煤层群组成(即Ⅲ、Ⅳ),Ⅲ层群台煤五层,仅Ⅲ1可采。主要由浅灰-灰白色细、中砂岩,灰黑色泥岩及灰色粉砂岩组成。Ⅳ层群主要以浅灰色粉砂岩及灰白色中细砂岩为主,其次为中粗砂岩夹薄层泥岩及细砂岩。含三个可采煤层及数个局部可采煤层。
  煤系地层为一不对称的平缓向斜构造。向斜轴呈北东一南西方向展布。地层倾角一般为2-6°。向斜轴以西比向斜轴以东为陡。未发现次一级褶皱、断裂和火成岩活动,构造比较简单。西部各煤层露头清楚,东部露头不详。
  
  三、含水层与隔水层
  
  依据岩石性质、层位及其富水性。矿区内可划分若干个单独含水层:即①第四系砂、砂砾石孔隙含水层;②各煤群间砂岩孔隙含水层;③煤层裂隙含水层。其中煤层是最主要含水层,它的单位涌水量比第四系砂砾含水层大几倍,比砂岩孔隙裂隙含水层要大几倍至十几倍。(见表一)
  第四系孔隙含水层:由粉细砂、砂砾等组成,厚度14-18.5米,上部褐黄色粉细砂以石英为主,颗粒均匀,厚度7.5-10.35米。单位涌水量0.030-0.700升/秒·米。导水系数57米2/日,为潜水。水位标高540.84-543.06米。中间夹有一层0.80-5.0米厚的粘土。下部砂砾含水层厚度变化较大,一般为1.20-3.20米,最大厚度7.13米。由于部分地带覆盖有粘土隔水层,故地下水类型为半承压一承压水。水位540.90-544.02米,单位涌水量0.220-1.064升/秒·米。导水系数49.8-55.5米2/日。
  砂岩孔隙含水层:各煤群间的砂岩含水层的岩性,绝大部分为粉细砂岩.其次为中砂岩,粗砂岩含量很少。由于本区沉积岩成岩作用低。胶结程度差,砂岩一般呈孔隙充水。据岩石鉴定与描述,各种砂岩裂隙均不发育。砂岩含水层的富水性较小,一般单位涌水量为0.6-0.025升/秒·米,导水系数米101-152/日,深度q值则小于O.0l升/秒。因各含水层均有隔水顶板-泥岩,故为承压水。Ⅲ层群砂岩含水层上覆大厚层泥岩。水头压力大.水位529-543米,承压自流水,536-574.4米,深部含水层水位高于地表+29.37米。q值0.1-0.005升/秒·米。含水层厚度变化大。一般为17-29米,最厚达60米以上。
  煤层裂隙含水层:本区煤层性脆,裂隙比较发育,故富水性、导水性强。Ⅱ2、Ⅱ3煤层水的q值为1.402-4.06升/秒·米,平均为2.551升/秒·米,导水系数734.93-3366.84米2/日,平均为1527.12米2/日。水位529.13-541.91,属承压水。Ⅱ层群矿井涌水量一般为69-200米3/时,Ⅲ层群46-68米3/时,Ⅳ层群25-67米3/时,矿井涌水量与降水关系不大,与含水层厚度有关,煤层厚度大则涌水量增加。从表中明显反映出。含水层具有垂直分带性,随深度的延深,单位涌水量、导水系数值显著减小。
  隔水层:第四系上部粉细砂与下部的砂砾层间有粘土层.部分地段起到一定的隔水作用。
  本区泥岩、砂质泥岩占的比例较大,除Ⅰ层群上部外,其他层群之间都有较厚的隔水层一泥岩存在。尤其是Ⅱ2Ⅲ1煤层间.有一层全区普遍发育的厚达110-210米的泥岩分布。各层群间的泥岩赋存情况见下表:
  从上表可以看出,Ⅰ层群含水层与上覆第四系含水层有密切水力联系外,其它各含水层间均有泥岩隔水层存在,故水力联系不密切,从而大大简化了本区的水文地质条件。
  
  四、地下水的补排条件
  
  本区为大陆性气候,干旱少雨,而蒸发量大于降水量约5-6倍。经统计,多年平均降水量在300.40毫米,所以大气降水对地下水的补给量不大。故矿区地下水的主要来源为:
  1.地表水的补给。本区由于地形低洼,地表坡度小,迳流条件差。易积水不易排泄,形成了木得那亚河旧河道的天然聚水条件,矿区三面环水,集水面积大。上层地下水与地面水的水力联系很密切。另外还有东部的海拉尔河在汛期河水漫延.上游形成一片汪洋。铁北区及其它地形低洼处呈现季节性小湖泊(即水泡子),缓慢补给地下水。矿区临近的人工河常年流水,河水流量增加。水位升高,河水则产生较大的水压,不断向第四纪地层渗透,补给井田地下水。
  2.分布广泛、厚度较大和第四纪冲积含水层.直接覆盖于煤系地层之上,直接补给煤系地层孔隙裂隙水。对Ⅰ层群的补给量是比较大的。但由于Ⅰ层群底部以下的多含水层间存在厚层泥岩隔水层,垂直渗透补给量小,这些层问水主要是依靠近露头处接受冲积层水的渗透补给。说明下部含水层没有与上层地下水形成直接补给的条件。
  由于各岩层以孔隙为主,且孔隙率较低,透水性能差。地层倾角平缓并有隔水底板;地下水的坡度小于1/1000,故地下迳流缓慢,特别是在矿区内尚有隔水断层纵横分布的情况下,煤系基岩地下水处于相对停滞封存状态。
  矿区地下水主要受地表水和冲积层水的补给,依靠矿井(斜井、露天)降低水位及未封闭钻孔所排泄,一部分流向含水层深处。
  矿区西部大面积煤层已被露天和斜井开采,灵泉露天已开采垂深近百米,其他一些斜井也采至风化带深度以下。由于长期疏干排水,静储量不断消耗,目前地下水已形成大范围下降漏斗,阻截了西部一部分补给水位,减少了一些地下水的补给量。
  
  五、地下水类型
  
  由于本区地下水迳流排泄不良,除第四系含水层以外其他各含水层顶部(板)都有隔水层存在,部分地段则补隔水断层所阻,故地下水均称承压型。而且水头压力大,上下含水层补厚层泥岩所隔相互无水力联系或水力联系不密切,所以水位相差也较大,一般为2-10米。
  56-2、56-1两钻孔在揭露Ⅲ层群顶底板,穿过砂岩含水层时,形成自流井,水头(水位)分别高于地表20.42、29.37米,高于其它含水层水位30余米。
  
  六、对矿床(井)充水因素的分析
  
  从抽水试验和生产矿井水文资料分析,归纳有以下特点:
  1、除第四系含水层和I层群无厚层隔水层外,其余各层群均有较厚的泥岩隔水层,各含水层水头差值较大,说明各含水层间无水力联系或水力联系不密切。
  2、浅部风化孔隙一裂隙水,有较多的静储量,是矿井的主要充水来源,但一部分水已被露天和斜并降深、疏干所截流,减少对井区的补给量。
  3、在基岩中,煤层是主要含水层,砂岩是次要含水层,泥岩是极弱含水层(隔水层),断层带为隔水层(带)。
  4、各含水层的富水性与透水性具有随深度的增加.q、T值减小的规律,这是与岩石孔隙率与裂隙发育程度有关。
  5、Ⅱ层群矿井涌水量一般为69200mS/h。Ⅲ层群矿井涌水量一般为46-68m3/h。
  6、由于岩石的导水系数自上而下逐渐减小,所以矿井涌水量随采深的增加,水位降深的加大而逐步减少。
  7、矿井涌水量与季节关系不大。
  8、矿区地下水以静储量为主,补给条件不良,停止抽水后水位上升速度非常缓慢也证实了这一点。
  9、按《煤炭资源地质勘探规范》衡量和矿区水文地质特征分析。本区是属于孔隙和裂隙综合型的含水矿床。
  10、矿(煤)层位于地下水位以下,以地表水、大气降水和冲积层水为主要充水水源,直接充水含水层的单位涌水量一般在0.3-2升/秒·米之间,矿井涌水量一般为40-100米3/时,补给条件较差。基岩含水层之间水力联系不密切,并隔水性能良好,但水头压力较高,断层带导水性弱,故本区属第一类第二型-水文地质条件中等的矿床。
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