金鸡滩井田保水采煤条件分析.pdf

第6 卷第2 期 V O L ．6N 0 ．2 西北煤炭 N o r t h w e s t C o a l 2 0 0 8 年6 月 J u n ．2 0 0 8 金鸡滩井田保水采煤条件分析 范立民魏捐鹏z 蒋泽泉z 1 ．陕西省煤炭地质测量技术中心，陕西西安7 1 0 0 0 l ；2 ．陕西省煤田地质局一八五队，陕西榆林7 1 9 0 0 0 摘’要萨拉乌苏组是金鸡滩井田最主要的含水层．是维系矿区生态环境的主要水源．2 五煤层顶板 基岩厚度较大，而且上部普遍发布由红土隔水层，其开采一般情况下不会引起萨拉乌苏组地下水的 渗漏．是有利于保水采煤的区域。 关键词水文地质条件萨拉乌苏组保水采煤榆神矿区 中图分类号P 6 4 1文献标识码B文章编号1 6 7 2 3 8 8 0 2 0 0 8 0 2 一0 0 3 8 - 0 3 1 前言 采煤对矿区地下水的影响是必然的，也是不可避 免的，生态环境脆弱地区，如何做到采煤对地下水的 影响程度最小．是陕北地区煤炭基地建设的重大课 题。2 0 0 5 年国家公布建设1 3 个大型煤炭基地，其中 陕西省境内3 个。分别是神东、陕北和黄陇煤炭基地。 陕北煤炭基地建设榆神矿区和榆横矿区。目前榆神 矿区正在建设的有榆树湾、锦界、凉水井煤矿，正在 加紧前期工作的有西湾露天、金鸡滩、大保当和曹家 滩煤矿。金鸡滩煤矿规划建设能力为初期3 0 0 万池， 后期8 0 0 万t ／a 。井田面积1 0 8 ．5 3 k m 2 ，煤炭资源量达 2 0 ．8 5 亿t ，其中最上部的2 ‘2 煤资源量1 0 ．8 0 亿t 【l 】，占 总量的5 1 ．7 9 ％，是本井田内最主要的可采煤层，煤厚 1 1 ．1 6 。1 2 ．4 9 m 。平均1 1 ．8 0 m ，煤层稳定，适合机械化开 采【2 一。 l 临近的神府矿区煤炭开采，引起了第四系萨拉 乌苏组地下水的严重渗漏。并导致一系列的环境地 质问题。危及生态安全闱，保水采煤成为陕北侏罗纪 煤田浅层煤炭资源开采的重大课题，也是关系到陕 北煤炭工业可持续发展的重大科技问题旧，必须高度 重视。金鸡滩井田作为即将建设的大型煤矿，采煤是 否会引起第四系萨拉乌苏组地下水的渗漏，应引起 足够重视。 2 水文地质条件 井田地形平坦，地表高程1 1 8 0 ．0 0 ～1 2 7 6 ．0 0m ，最 大高差9 6 m 。大部分被风积沙覆盖，为典型的风成沙 丘及滩地地貌．风积沙以固定沙为主，局部为半固定 收稿日期2 0 0 8 一0 3 一0 5 沙，植被覆盖较好。地势平坦开阔。有利于降水入渗 补给地下水。滩地多以封闭型不规则形状不连续分 布，面积大小不等，水位埋深较浅，一般2 ．0 m 左右。 在马圈圾、元瓦滩南部、井田南部及万家梁一带有小 片黄土出露，基岩仅在万家小滩附近小块出露。 本区属于黄河二级支流榆溪河流域．西距榆溪 河约2 0 k m 。井田内地表水系主要有二道河及三道 河。均为长年性河流。据长观资料，6 ～9 月份二道河平 均流量为5 1 4 6 ．8 5 m 3 ／d 。三道河在枯水季节平均流量 为4 7 6 8 ．4 2 m 3 ／d ，在丰水期平均流量为5 4 1 3 ．4 0 m 3 ／d ， 在大雨时其洪流量平均为5 2 6 7 6 ．7 0 m 3 ／d 。其动态较为 稳定。并分别由井田西南部于后高家伙场及马家圪 堵北部汇入榆溪河。井田地形平坦、开阔，二道河及 三道河在井田内切割较浅．地下水从东北向西南迳 流。于河谷出露处排泄，因区内地势平缓，水力坡度 较小，两河在井田内流程短．因此两河之间无明显的 分水岭存在。 萨拉乌苏组含水层全区分布．岩性多以细砂、 中砂夹有粉砂及泥质条带透镜体为主。据钻孔揭露， 风积沙与萨拉乌苏组累计厚度一般1 0 。3 0 m ，最大厚 度5 5 ．4 0 m ，先期地段内大部地段含水层厚度1 0 2 0 m ，局部无沙层含水层，井田西北部因无资料含水 层厚度不详 图1 。其结构松散、地形地貌极易接受 大气降水补给。井田内水位埋深0 ．4 3 ～6 ．1 8 m ，含水层 厚度受下伏地层顶面形态的制约，其厚度变化大，为 0 ～7 1 ．5 5 m 。钻孔抽水试验。单位涌水量0 ．4 3 4 4 一1 ．1 1 7 5 l ／s m ．渗透系数1 ．2 7 ～8 ．3 4 I I l ／d 表1 ，富水性相对较 强．弱富水区主要分布于万家梁及马圈圾土层出露 万方数据 第2 期范立民魏捐鹏蒋泽泉金鸡滩井田保水采煤条件分析3 9 图l沙层含水层等厚线图 表1 萨拉乌苏组含水层抽水试验成果表 ＼＼分项试段 孔粤＼时代 水位含水层平均单位统降统径平均渗 埋深，厚度涌水量单位涌水透系数 m m 1 ，s m 量 Ⅳs m “d 2 ．0 63 1 ．8 5 0 ．7 7 8 0 O ．2 8 7 2 ．7 2 9 2 0 ．9 01 5 ．5 01 ．1 1 7 5O ．2 6 l8 ．3 4 0 l 0 ．8 02 9 ．5 0O ．7 0 8 50 ．3 7 52 ．1 0 4 0 O ．5 l7 1 ．5 50 ．4 3 4 40 ．2 6 71 ．2 7 0 0 O ．4 33 9 ．4 40 ．8 1 3 3O ．2 0 82 ．6 6 7 0 平均影 响半径 m J 1 4 ％ D 2 Q 茑 Y 3 5 Q 置 C 5 3 Q 蔓 c 5 4 ‰ 1 5 3 ．8 2 1 5 1 ．2 1 1 2 2 ．8 5 2 4 1 ．2 9 2 1 7 ．2 5 外围部分。 风化基岩含水层厚度一般2 5 m 左右．结构较松 散，裂隙较发育，其富水性受地形地貌、上覆含水层 特征、风化程度及基岩岩性制约。井田内风化带之上 普遍有红土隔水层分布，故其富水性较差．据C 5 3 号 孔抽水资料降深3 6 ．6 2 m ，涌水量0 ．5 3 7 Ⅳs 。渗透系数 0 ．0 3 6 8 Ⅱ们。统径统降单位涌水量O ．0 1 0 3 8 l ／s m 。富水 性极弱。需要说明的是在土层缺失地段，基岩风化裂 隙地下水则与上覆的萨拉乌苏组含水层有一定的水 力联系，有可能构成统一的含水体．这样会导致风化 裂隙地下水水量增大。 直罗组 J 2 z 含水层全区连续分布，厚度最大为 1 9 0 ．0 5 m ，全区厚度大于8 0 m ，岩性为中粗粒砂岩、局 部夹粉细砂岩。据C 5 3 号孔抽水试验，降深6 1 ．0 4 m 。 涌水量O ．9 0 5 l ／s ，单位涌水量0 ．0 1 4 8 l ／s m ，渗透系数 0 ．0 3 6 8 一d ，富水性极弱。 延安组 J 2 y 含水层岩性为中细粒砂岩，局部粗 粒砂岩，泥质胶结或钙质胶结，结构致密，裂隙主要 为水平或波状层理面及稀少的岩体节理。裂隙密闭 或被方解石充填。据野外调查该岩组节理为1 2 条， m ，裂隙及节理透水性差。煤系抽水试验表明富水性 极弱。 32 之煤层开采对萨拉乌苏组地下水的影响 3 ．12 之煤层顶板有厚度较大隔水层 经计算本区2 之煤层冒落带最大高度2 4 ．0 4 ～ 4 9 ．9 6 m 。导水裂隙带最大高度6 2 ．8 9 ～1 2 5 ．2 0 m ，2 ’2 煤 上覆基岩厚度1 4 0 ．1 5 ～2 6 4 ．5 l m ，2 ’2 煤层上覆基岩厚 度在全井田范围内均远大于导水裂隙带发育高度． 理论上冒裂带高度不能沟通松散砂层潜水。对矿井 生产不会构成危害 图2 。同时，井田内还广泛发育 有红土隔水层，第三系红土 N 2 b 隔水层，除Y 3 5 号 孔周围无土层、因井田西部无资料其厚度不详外，其 余地段土层厚度多为2 0 m 以上。最厚处D 4 号孔为 6 5 ．9 5 m 。其岩性为粘土和亚粘土，含钙质结核层，结构 较致密，具柱状节理。据邻区C 2 7 号孔抽水资料降 图22 z 煤层上覆基岩等厚线图 万方数据 4 0 西北煤炭 第2 期 深2 3 ．9 5 m ，涌水量0 ．0 6 6 3 l ／s m 。渗透系数O ．0 6 4 4 H 删， 富水性差。据J 1 4 号孔测试成果，液限2 4 ．8 ～2 8 ．6 ，塑 限1 5 ．4 一1 7 ．1 ，塑性指数9 ．4 1 0 ．4 ．液性指数0 ．4 3 ～ 0 ．9 6 ，硬塑状态，为良好的相对隔水层。 由于本区基岩以细粒砂岩、粉砂岩为主。次为中 粒砂岩及泥岩。呈互层结构。砂岩多为泥质胶结。部 分层段为钙质胶结。砂岩岩样饱和极限抗压强度平 均值为3 0 ．3 5 M P a 。考虑到岩体结构面以层面为主。基 岩上部有平均约2 5 ．5 0 m 的风化带．之上又有一定厚 度的土层，所以采用矿区水文地质工程地质勘探规 范 G B l 2 7 1 9 9 1 中的中硬岩类冒落带、导水裂隙带 最大高度经验计算公式经计算2 { 、3 一、5 之各煤层冒 落带高度及导水裂隙带高度结果见表2 。 表2 冒落带高度及导水裂隙带高度计算结果统计表 用同样方法计算3 - - 煤层冒裂带最大高度 1 8 ．0 6 3 7 ．6 4 m ，5 。2 煤层冒裂带最大高度2 1 ．3 0 3 8 ．2 0 m ，局部地段大于煤层间距。和上覆煤层顶板导 水裂隙相沟通，导致上覆地下水、矿坑水进入下部矿 坑．因此冒裂裂隙是全区各煤层矿坑主要的充水通 道。据矿井生产实际情况，重复采动将会导致上覆煤 层冒裂带高度加大，应引起注意。 3 ．2 采煤对地下水的影响 根据以上分析，金鸡滩井田2 之煤开采后，冒落 带、导水裂隙带均发育不到第四系萨拉乌苏组底部． 对萨拉乌苏组地下水的影响很微弱。但随着开采深 度的增加，整体变形带的连续下沉．可能导致萨拉乌 苏组整体下沉，从而影响其含水结构，导致萨拉乌苏 组地下水渗漏。因此，开采下层煤时，应密切关注萨 拉乌苏组地下水动态变化，及时采取适当措施。保护 萨拉乌苏组地下水和沙漠植被与生态。 4 结论 金鸡滩井田2 之煤层埋藏深度相对较大．埋深 2 1 0 ～3 1 0 m ，煤层上覆基岩厚度1 4 0 ．1 5 ．2 6 4 ．5 l m ．且上 部普遍发育有红土隔水层，据经验公式计算，2 一z 煤层 开采的导水裂隙带发育不到萨拉乌苏组含水层底 部。是采煤对第四系地下水影响微弱的地区．只要采 取适当的措施，可以达到采煤、保水和保护生态环境 的协调统一。因此，将金鸡滩井田规划为一期建设的 煤炭开发项目，是科学合理的，建议及早开发，促进 陕北大型煤炭基地建设。 参考文献 ⋯陕西省煤田地质局一八五队．陕北侏罗纪煤田榆神矿区金鸡滩井 田勘探地质报笥R 】．2 0 0 3 【2 】王双明．鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价【M ] ．北京煤炭工 业出版社．1 9 9 6 【3 1 苗霖田，夏玉成，姚建明．金鸡滩井田开采地质条件的模糊综合评 判【J 】．煤田地质与勘探，2 0 0 7 ，3 5 5 1 6 1 9 [ 4 场泽元，王文科，黄金廷，段磊．陕北风沙滩地区生态安全地下水位 埋深研究【J 】．西北农林科技大学学报 自然科学版 ，2 0 0 6 ，2 8 8 7 3 8 0 【5 1 王双明．煤田地质与可持续发展研究【M 】．西安陕西科学技术出版 社．2 0 0 3 作者简介 范立民 1 9 6 5 一 ，教授级高级工程师，1 9 8 8 年毕业 于中国地质大学 武汉 煤田地质与勘探专业，现在陕西省煤炭地质测 量技术中心从事煤地质勘查、煤田水文环境地质及技术管理工作。 A n a l y s i so fC o a lM i I l i n gU n d e rW a t e r c o n t a i n i n gC o n d i t i o ni nJ i n j i t a nM i n e ，h ￡i m i 昭 1 ．C o a l m i n eG e o l o 西c a lS u n ，e yT e c h n o l o g yC e n t e r ，7 1 0 0 0 l ，S i a n ，S h a r l x j ； 2 ．N o ．1 8 5 ’r e 啪o fC o a J 沁o l o 百c a lB u r e a u ，7 1 9 0 0 0 ，Y u l i n ，S h a n x i 责任编辑杨惠民 万方数据