广西合山煤田洛山矿区含隔水层水文地质特征及矿井充水来源分析

广西合山煤田洛山矿区含隔水层水文地质特征及矿井充水来源分析

董淑琳

广西壮族自治区第六地质队537100

【摘要】笔者于2013年～2014年全程参与了洛山矿区水文地质详细勘查工作。通过钻探、钻孔注水、压水、抽水试验等多种手段，初步查明了矿区的水文地质特征，分析预测了矿井可能的涌水水源，为估算井下疏干排水影响范围和矿坑涌水量创造了条件。董淑琳

【关键词】地下水、水文地质、矿井涌水

洛山矿区位于合山煤田东部边缘、合山向斜东翼北段，矿区分布地层的地层：第四系溶余堆积红粘土；三叠系下统北泗组中~厚层细晶灰岩；罗楼组上段薄层灰岩夹泥岩、钙质泥岩、泥灰岩，下薄层细晶泥质灰岩、泥岩互层段；二叠系上统合山组上段含燧石结核细晶灰岩夹煤层，下段含燧石结核细晶灰岩；二叠系下统茅口组中厚层状细晶灰岩；栖霞组薄～厚层状泥晶灰岩，含泥质条带、硅质条带和结核。桂林至来宾区域性大断裂带从矿区通过，区内共分布有17条断裂，其中压行断裂9条、平推断裂2条、张性断裂6条。

一、含、隔水层水文地质特征

根据含水岩组及富水性划分，矿区范围分布有：纯碳酸岩中等富水含水层、碳酸岩夹碎屑岩弱富水含水层、碎屑岩夹不纯碳酸岩弱含水～隔水层等3套含（隔）层。

1、纯碳酸岩中等富水含水层

含水岩组为茅口阶上段～合山组下段中厚层状细晶灰岩、细晶含燧石结核灰岩，厚40～320m，含裂隙溶洞水，地下水主要以潜水的形式赋存和运移于含水岩组的溶洞及岩溶裂隙中，其补给来源主要为大气降雨及矿区东侧外围地下水的侧向补给。由于该含水层产状陡直，东、西两侧有弱含水～隔水层阻隔，因而不利于岩溶发育，钻孔遇洞率25%、平均线岩溶率0.28%，溶洞弱～中等发育，钻孔单位涌水量在0.0024～0.032L/（s.m）之间，渗透系数在0.0296～5.2m/d之间，属弱～中等富水含水层。该含水层分布于矿区东部，位于设计开采煤层之下，矿山开采未采动到该含水层，该含水层对矿山开采无直接影响，但有可能通过导水断裂带间接对矿井充水。

2、碳酸岩夹碎屑岩弱富水含水层

含水岩组有：二叠系下统栖霞组的含泥质条带、硅质条带和结核泥晶灰岩、砂、页岩；合山组上段的含煤层燧石结核灰岩；罗楼组上段的灰岩夹泥岩、钙质泥岩、泥灰岩；北泗组的细晶灰岩夹泥岩，厚60～180m，含溶洞裂隙水，地下水主要以潜水的形式赋存和运移于含水岩组的岩溶裂隙及溶洞中，受南北走向的层间泥岩、煤层等相对隔水层的影响，其补给来源主要为大气降雨及南、北两侧外围地下水的侧向补给。由于矿区范围该含水层产状陡直，有泥岩、煤层等弱含水～隔水层的阻隔，其岩溶弱发育。矿区范围施工于该含水层的钻孔均未遇到溶洞，钻孔单位涌水量在0.0035～0.010L/（s.m）之间，渗透系数在0.0023～0.0057m/d之间，属弱富水含水层。

3、碎屑岩夹不纯碳酸岩弱含水～隔水层

由罗楼组下段细晶泥质灰岩与泥岩互层、大隆组凝灰岩夹灰岩的组成，厚20～60m，呈带状出露于洛山矿区中部。浅部30～50m风化和构造裂隙较发育，但多呈闭合状，少部分张裂隙多为泥质全充填，因而导水、含水性差，渗透系数在0.001～0.0015m/d之间；50m深度以下裂隙发育微弱，且为闭合状，透水性差，压水试验表明，其渗透系数约0.0007m/d，属于相对隔水层。该弱含水～相对隔水层的存在将洛山井设计开采煤层所在含水层与顶板上的北泗组岩溶含水层隔离，两个岩溶含水系统无明显的水力联系，从而造就了洛山矿区无大规模岩溶发育的特点。

二、断裂带水文地质特征

洛山矿区位于桂林～来宾区域性深断裂带上，区内共分布有17条大、小断裂，虽然南北走向的断层规模大，但都为压性断层，断裂带内挤压作用强烈，挤压破碎带宽1～10m不等，主要由钙、泥质胶结碎裂岩构成，带内角砾岩胶结良好、结构致密，裂隙多呈闭合状，其间还夹有断层泥，不利于地下水的赋存和运移，因而导水性弱～中等、富水性弱。此外矿区存在10多条近东～西向小断裂，由于这些断裂仅0.5～1.4km长，断距小、与区外中等富水含水层及山塘水库等地表水体不连通，且带内断层角砾岩钙质或泥质胶结较好、连通性较差，因而断层的富水性和导水性弱～中等，矿山开采预留足够宽度的安全煤柱的情况下，区域性深断裂带对矿床充水影响小。

三、矿区地下水的补给条件

受地形地貌、地层岩性及地质构造的控制，矿区基本上处于一个相对独立的水文地质单元中，该水文地质单元西部边界为三叠系下统罗楼组下段泥晶灰岩与泥岩互层；东部边界为矿区外侧边缘的二叠系下统栖霞组底部的砂页岩；南部及北部边界则与地表分水岭重叠。区内地势高，无发源于区外的河流、溪沟、灌渠流入，因此矿区一带地下水的补给来源有大气降雨、水库水、农田灌溉水的补给。由于矿区范围地表岩溶洼地、溶洞、漏斗等不发育，且东、西两侧山峰陡峭，坡脚谷地坡残积层松散层以粘性土为主，透水性差，因而降雨形成的地表面流滞留渗透时间较短，不利于入渗补给地下水，降雨下渗补给地下水条件较差，坡残积层降雨入渗系数在0.15～0.2间。

区内的洛山水库区原为农田，库底存在2～3m厚的粘土、淤泥，数十年来都未发现有明显的绕坝渗漏和库底渗漏现象；矿区内的农田面积小，仅在每年5～7月份耕种1季水稻，灌溉水源为大气降雨为主（洛山水库水主要供矿区西侧以外的区域），因此灌溉水、洛山水库水补给矿区地下水的量较小。另外，根据野外调查，矿区东部及北东部边缘的山坡局部存在数个以外小煤窑竖井采煤形成的塌陷坑，雨季坡面雨水通过塌陷坑汇入地下补给地下水，这是洛山矿井下涌水雨季大增的主要补给来源。

四、矿区地下水的迳流特征

由于矿区东、西两侧隔水边界的阻隔，坡面雨水渗入土层后，沿土岩接触面及岩溶裂隙向坡脚谷地迳流，迳流方向与地形倾斜方向一致，经短暂迳流，大部分于谷底低洼处出露地表汇入溪沟流出矿区，其余的则沿基岩裂隙继续下渗补给潜水含水层，潜水接受补给后，贮存和运移于岩层的风化裂隙、岩溶裂隙、构造裂隙、溶洞中。由于矿区岩层倾角大，深部中、微风化岩层（埋深30～60m）结构致密、岩溶裂隙、溶洞发育程度低且不连续，不利于地下水的迳流，因而区内地下水的流程较短，各含水层间的水力联系差，同一含水层的不同地段水位标高差异较大。总体上看，自然条件下，灵台村～洛山村谷地区的地下水往南迳流、灵台村～洛山井矿部一带地下水往北迳流，两个流向的地下水在灵台村附近出露地表汇入瀑布水溪以北区域的地下水往南迳流。随着煤矿开采的深入，区内地下水将向井下疏干区迳流。

五、地下水的排泄条件

自然条件下，矿区地下接受大气降雨、农灌、水库水等的入渗补给后，赋存和运移于岩溶裂隙、溶洞及碎屑岩浅部的风化、构造裂隙间，沿地形倾斜方向往坡脚谷地迳流，并于谷底低洼处出露地表排泄入瀑布水溪，然后沿瀑布水溪往西径流，并最终汇入红水河。

目前，井下疏干排水改变了矿区南部一带的地下水排泄条件，矿区南部一带的地下水以人工排泄为主，井下抽排的地下水沿小溪沟汇入河里河，然后沿河里河汇入怀集水库。随着矿山开采的深入，设计开采区南翼及附近的地下水将向南翼井下疏干范围迳流，由人工排泄出地表，然后沿小溪沟汇入河里河，再沿河里河汇入怀集水库；设计开采区北翼及附近的地下水也将向北翼井下疏干范围迳流，由人工排泄出地表，然后沿瀑布水溪径流出矿区最终汇入红水河。

六、地下水的动态特征

矿区一带地下水补给来源为大气降水，其动态变化与大气降雨关系十分密切。根据水位及矿坑涌水量长观资料，区内地下水位、矿坑涌水量动态具有随着降雨量的变化而变化的特点。矿区一带地下水补给来源为大气降水，水位动态变化与降雨量关系十分密切，浅部地下水动态具有随着降雨量的变化而变化的特点，受岩、土层透水性较弱的影响，地势高处水位变动快、变幅较大，坡脚地带水位变动滞后期稍长、变幅较小。地下水自然水位埋深在0.5～6.5m之间，年变幅在0.5～3.0m之间，一般大雨次日水位即上升到高位，雨后水位缓慢下降，3～5天即恢复到正常水平。

七、矿井充水的主要来源及形式分析

洛山矿区位于1个相对独立的水文地质单元内，该水文地质单元地下水的补给来源主要为大气降雨及灌溉水、水库水的入渗补给。矿区内存在以往民采老窿及塌陷坑。根据矿井开采条件及地质环境条件分析，矿井充水来源及方式有：雨水、山塘水库水通过采空区地面塌陷坑及导水裂隙带涌入；岩溶含水层通过岩溶裂隙、溶洞、断层破碎带涌入；老窿积水涌入等3种形式，其中岩溶水、地表雨水是本矿井的主要充水水源。

参考文献：

[1]1/20万上林幅《区域水文地质普查报告》（广西水文地质工程地质队，1980年）；

[2]《广西来宾合山煤田洛山探区详细普查地质报告》（广西第九地质队，1974年）；

[3]《广西合山矿务局河里洛山矿煤炭资源储量核实地质报告》（合山矿务局，2004年）；

[4]《广西合山煤田岩溶发育规模及机制研究》（毛邦燕、许模、白爱忠、黄润英，2006年）；

[5]《广西合山煤业有限责任公司河里洛山井矿山地质环境保护与恢复治理方案水文地质详查报告》（广西壮族自治区地质环境监测总站，2014年）