1、1陕北侏罗纪煤田水文地质特征研究摘要：本文主要对陕北侏罗纪煤田的水文地质特征进行研究分析，提出了矿井开采过程中防治水建议，希望能够为矿区相关工作人员提供一定的借鉴和帮助。 关键词：陕北侏罗纪煤田；水文地质；含水层；隔水层；防治水 中图分类号：F407.1 文献标识码：A 陕北侏罗纪煤田水文地质概况 矿区地处陕北黄土高原北部、鄂尔多斯高原毛乌素沙漠的东南缘，地形西北高东南低，海拔一般 11001850 米，其地貌形态中部为黄土梁峁丘陵区，沟壑纵横，南部和北部为风沙地，沙丘连绵，地形波状起伏。矿区因地形地貌条件不同，其水文地质条件各地差异甚大，风沙区有许多大泉出露，梁茆区水泉小，水量小。矿区属典型
2、的半干旱、半沙漠的高原大陆性气候，冬季严寒干旱，夏季炎热多暴雨。雨季集中在 79 月份，年降雨量为 400mm 左右，多年平均降雨量 368.2m，蒸发量 1319mm，年均气温为 6.28.5，无霜期为 179 天。矿区内主要河流为乌兰木伦河，发源于东胜梁南侧的丘陵沟壑地区，全长 22.8km，全年均水流量4.5212.2m3/s，流量以 79 月较大，12 1 月较小。雨季时地下水集中补给河水，枯季河流补给地下水。地下水分为两大类，分别是新生界的松散型岩类中裂隙空隙间潜水和中生界的碎屑岩类中裂隙空隙间潜水、岩层间的承压水。 2地下水含水层和隔水层特征 （一）含水层 第四系全新统孔隙潜水含水
3、层第四系全新统风积沙层(Q4eol) 地表广泛分布，以固定沙丘和半固定沙丘的形式覆盖于其他地层之上。厚度不大，一般 0 2.70m，平均 2.40m。岩性以细、粉沙为主，孔隙度大，透水性好，有利于降水入渗，由于其分布零星，属透水不含水层组。 第四系全新统冲积层( Q4al) : 分布于北部活鸡兔沟、南部朱盖沟及其支沟纳林沟、石拉沟、苗家沟中的河漫滩及河谷阶地。上部为沙土层，中、下部为沙砾石层，厚度 022.00m，平均 10.00m。 2、侏罗系中统安定组裂隙承压水含水层组(J2a) 全区大部分布，出露于勘查区北部活鸡兔沟及南部纳林沟、石拉沟、苗家沟沟谷上游。钻孔揭露厚度 0 95.92m，平
4、均 43.26m，岩性上部以紫红色、紫杂色、暗紫色团块状泥岩、粉砂岩为主，中部和底部为浅红色、紫灰色巨厚层状粗粒、中粒、细粒长石石英砂岩及岩屑长石砂岩，发育大型交错层理。 安定组砂岩含水层厚度一般 20m40m。对 H703 号钻孔风化基岩带含水层段进行了抽水试验，涌水量 0.033L/s，单位涌水量0.00119L/sm，渗透系数 000482m/ d，水质为 HCO3CaMgNa 型水，属弱富水含水层。该含水层补给条件以区域侧向补给为主。地下水沿层面、节理、风化裂隙，由地势高区域向低区域运移，由于冲沟发育，基岩裸露，地下水流向具多向性。因裂隙发育程度弱，补给条件和渗流3条件较差。 3、侏罗
5、系中统直罗组裂隙承压水含水层组(J2z) 全区分布，出露于北部活鸡兔沟、南部朱盖沟及其支沟纳林沟、石拉沟、苗家沟谷下游。钻孔揭露厚度 12 86m 174 87m，平均 81 42m。岩性上部为一套灰绿色、蓝灰色为主，少量紫红色、紫杂色的粉砂质泥岩、粉砂岩，夹灰绿色、灰白色、暗紫色富云母细粒长石砂岩、岩屑长石砂岩，下部为灰白色中、粗粒长石砂岩、岩屑长石砂岩夹绿灰色泥岩、粉砂岩，底部为巨厚层状粗粒长石砂岩。 含水层为下部浅灰至灰白色中粒巨厚层状长石石英砂岩，一般 30m60m，为本区上部可采煤层的直接至间接充水含水层。对 H004 钻孔 12 上煤层以上正常基岩段进行了抽水试验，涌水量 0.03
6、3L/s，单位涌水量 0.00130L/ sm，渗透系数 0.01460m /d，水质为 HCO3ClSO4 CaMgNa 型水，属中等富水含水层。浅层风化基岩部分的补给、径流、排泄条件与安定组承压水含水层组相同。 4、侏罗系中统延安组裂隙承压水含水层组(J2y) 全区分布，为本区含煤地层，仅出露于区东南朱盖沟河道两壁，钻孔揭露厚度 182.38m245.93m，平均厚度 210.43m。22 煤以上岩性以灰白色至浅灰白色粗、中、细粒长石石英砂岩、岩屑长石砂岩及钙质砂岩为主，夹有灰色、深灰色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩层。 含水层岩性以灰色细粒砂岩及中粒砂岩为主。22 煤以上含水层厚度一般 50m1
7、00m，富水性弱至极弱，且极不均一，层位越深富水性越弱。对邻区升兴煤矿 H157 号钻孔 22 至 12 上煤含水层段进行抽4水试验，涌水量 0.190L/s，单位涌水量 0.00335 L/sm，渗透系数 0.000918m/d，属中等至弱含水层。基岩承压水除在露头区以接受降水补给为主外，部分接受潜水的垂向渗透和侧向径流补给，局部接受河或沟流的侧向补给。各主要煤层含水岩段补给区不一，具多层性。 受单斜构造影响，总趋势是由东南向西北流动，并在河谷切割处以泉的形式排泄。承压水总体沿发育微弱的网状裂隙顺岩层向深部运移，除排泄给地表水外，部分通过越流补给上部潜水。 （二）隔水层 1、第四系中更新统离
8、石组黄土相对隔水层组(Q2l) 全区大部分分布，主要位于沟谷与梁塬结合的斜坡地带，钻孔揭露厚度 0 37.52m，平均 18.78m，北部和南部厚度相对较大。岩性以灰黄色、浅棕黄色亚黏土、亚砂土为主，含有少量腐殖土，含大量分散状、大小不等的钙质结核，局部钙质结核成层分布。黄土层垂直节理发育，可视为相对隔水层。 2、新近系上新统保德组相对隔水层( N2b) 全区零星分布，厚度一般 055m，平均 33m。上部岩性主要为浅红色、棕红色黏土及亚黏土，红土一般结构致密，遇水柔韧，可塑性强，是上覆松散砂层良好的相对隔水层。 三、地下水径流、排泄和补给 （一）地下水和地表水的动态性变化 通过头道河观测显示
9、，每年 3 到 4 月、7 到 9 月是两个丰水时期，5到 6 月、11 到 2 月是两个枯水区。因河道水库多，被调节后河水较雨期5向后推迟了 5 到 10 天。根据本区钻孔水泉的流量和地下水的水位长期的动态观测显示，大气的降水和其动态同步变化的密切关系，这个关系特征是雨季地下水水位上升，枯水季节地下水水位下降。 （二）地下水补给、径流和排泄条件 1、孔隙潜水含水层 （1）补给条件 地层出露地表，可以直接接受大气降水补给，补给条件好。 （2）径流条件 呈带状分布在河谷内的砂砾石颗粒粗大，渗透性能强，地下水径流条件好，径流方向单一，与河谷走向相一致。粉细砂孔隙性小，具一定持水性。因而渗透性能小于
10、砂砾石，径流条件不如砂砾石地层畅通，径流方向在不同的部位有不同的变化。 （3）排泄条件 粉细砂地下水以泉水排泄为主，在乌兰木伦河、束会川东西两岸，常形成线状排泄的泉群，流量一般 510L/s，此外，在公捏尔沟、母花海、考考赖沟、大水沟等大的沟谷，则形成大流量泉水，集中排泄地下水。蒸发作用也是该区一个持久、经常的排泄方式。该区地下水径流条件好，补给、排泄、径流区互相混淆，地下水流程短。 2、碎屑岩孔隙裂隙含水层 （1）补给条件 潜水区补给条件:该区地下水补给来源一为大气降水，二为上覆粉细砂含水层的渗透补给。 6承压水区补给条件:该含水层地下水补给来源较为单一，主要为上游径流补给，上部的含水层由于
11、隔水顶板局部被破坏，可接受上层粉细砂含水层的下渗补给。受补给源的限制，补给条件不好。 （2）径流条件 岩层渗透性能较差 ，径流较为缓慢;局部地下水流向又受地形控制，径流方向较为复杂。 （3）排泄条件 有两种排泄方式，径流排泄和泉水直接排泄。区内气候干旱，蒸发排泄也是一个不可忽视的因素。 3、烧变岩含水层 （1）补给条件 该区地下水补给来源广泛，有降水直接渗入补给，有第四系孔隙水的补给，还有煤系地层地下水的补给。 （2）径流条件 火烧岩区裂隙、空洞十分发育，径流畅通。火烧岩裂隙水区局部地段有强径流带存在。 （3）排泄条件 火烧岩裂隙水排泄方式主要有两个，一是径流排泄，二是泉水排泄。对陕北侏罗纪煤
12、田的开采建议 1、陕北侏罗纪煤田煤层覆岩结构具有浅埋深、薄基岩、厚风积砂的特点。风积砂含水丰富，主要有大气降水、河流等补给。在开采薄基岩7煤层时，产生移动和破坏使开采煤层上方形成冒落带、裂隙带、弯曲带，当冒裂带达到第四系风积砂层时，水体对矿井生产构成威胁。轻者使井下开采工作面条件恶化，重者可使井下产生溃砂、溃水，造成淹井事故。在薄基岩区域或上覆砂砾石层含水层富水区域回采时，应在回采前提前施工探放水孔对砂砾石层水进行疏放，防止透水溃沙。 2、矿区内的开采煤层埋深浅，采动易影响到地表。建议定期开展地表地质及水文地质调查，对于采动造成地表裂缝及时填堵。在烧变岩区域开采时，由于富水性强，径流条件好，会造成短时间内矿井涌水量增大，加强基岩露头和火烧岩区域的管理。完善矿井防治水设施的建设，定期对防治水设备进行检查，保证矿井排水系统可靠，能够满足正常排水和短期涌水排水要求。 参考文献 1胡国庆.浅议煤层稳定性与煤矿开采J.中国高新技术企业，2010.18.2西北有色地质勘查局地质勘查院陕西省陕北侏罗纪煤田活鸡兔西勘查区煤炭详查地质报告R.西安: 西北有色地质勘查局地质勘查院，2013 3王双明，黄庆享，范立民，杨泽元，申涛.生态脆弱矿区含(隔)水层特征及保水开采分区研究J.煤炭学报，2010.35.
