第2章 矿井一采区水文地质条件研究

2 金源里井工矿一采区水文地质条件研究2.1 区域水文地质概况霍林河盆地位于大兴安岭脊部偏东侧，属于大兴安岭水文地质分区。

盆地及其周边发育的地层主要有古生界、中生界陆相碎屑岩和新生界松散沉积物。

因盆地煤层多赋存于浅部，主要采用露天开采，井工开采较少，因此，水文地质工作主要集中在浅部，就目前掌握的资料，前人依据地下水的赋存条件及水力性质，将区域内地下水含水层划分为第四系孔隙含水层、煤系风化带孔隙-裂隙含水层（带）及基岩裂隙含水层（带）三种类型，各含水层的主要特征为：(1) 第四系孔隙含水层第四系孔隙含水层因区域内发育地层的岩性差异，又进一步分为全新统-上更新统（Q3-4）含砾细砂含水层和中、下更新统（Q1+2）砂砾石含水层。

含砾细砂含水层主要分布在平原及沟谷地带，多为风积、冲洪积物，厚度2～20m，地下水位一般2～10m，为孔隙潜水，含水中等，钻孔单位涌水量一般在0.5L/s·m以下，水质类型为HCO3-Ca 或HCO3-Na-Ca型，矿化度小于0.5g/L，水温4-10℃。

砂砾石含水层主要分布在三个大泉以西，砾石成分主要为火山岩、变质岩砾，砾径为20～80mm，分选较差，磨圆较好，为冲洪积物，厚度变化较大，在0～25m之间，平均为15m左右，含水层埋藏较浅，为孔隙潜水，富水性较好。

(2) 煤系风化带孔隙-裂隙含水层（带）由霍林河组含煤地层风化裂隙及孔隙组成，岩性为煤层、泥岩及砂岩等，含孔隙、裂隙潜水，风化带底板深度一般为80～120 m。

含水带厚度为60～90 m。

水位埋深为10～46m，最深达65m；低洼地带1～5m具潜水性质，属中等富水性含水层（带），含水性变化较大，单位涌水量0.001～4.44L/s·m，水质类型为HCO3-Na·Ca，矿化度1.065g/L，水位埋深一般丘陵地带为10～40m。

煤系风化裂隙带分为强风化带和弱风化带，强风化带底板埋深为50～60m，弱风化带厚度约30 m。

(3) 基岩裂隙含水层（带）由侏罗系上统（J3）火山碎屑岩、花岗岩及石炭-二叠系（C-P）变质岩风化而成。

地下水赋存于岩石裂隙之中，钻孔单位涌水量0.46～5.14L/s.m，水质为HCO3-Ca型。

2.2 井田含水层划分虽然区域地下水含水层有第四系孔隙含水层、煤系风化带孔隙-裂隙含水层（带）和基岩裂隙含水层（带）三种类型，但是，三种类型含水层在金源里井田并不是全部发育：对于第四系孔隙含水层，由于金源里井田一采区第四系厚度为3.10～24.00m，平均为8.17m；而井田周边露天矿在2007年前进行疏干排水时，实测了1、4、6、16号疏干井的地下水埋藏深度，地下水的最小埋藏深度为23.50m（表2-1，图2-1）；2008年4月17日金源里井工矿主井延伸到65 m时，矿井开始涌水，依据斜井的坡角，计算出的垂深为24.35m；2008年4月25日实测9号疏干井地下水埋藏深度为24.7m。

以上事实说明金源里井田目前的地下水埋藏深度接近或超过第四系的厚度，地下水位在第四系与煤系风化裂隙带的分界面附近或之下，第四系已经不饱水。

因此，目前在金源里井田第四系孔隙含水层不发育。

表2-1 水文孔、疏干井抽水资料一览表对于基岩裂隙含水层（带），由于其主要发育于侏罗系上统（J3）火山碎屑岩、花岗岩及石炭-二叠系（C-P）变质岩中，而依据金源里井田的钻孔资料，井田内并没有上述岩石发育，第四系之下为白垩系霍林河组含煤地层。

因此，金源里井田基岩裂隙含水层（带）不发育。

基于上述分析，金源里井田的含水层主要有两种类型，在浅部为煤系风化带孔隙-裂隙含水层（带），在深部为煤系风化带承压含水层，其依据主要如下：(1) 由于区域内的第四系孔隙含水层，水质类型为HCO3-Ca 或HCO3-Na-Ca型，矿化度小于0.5 g/L，而08-11和补6钻孔取样实测的水质类型为HCO3-Na·Ca型，矿化度分别为1.06199g/L、1.06530.5g/L（据08-11和补6钻孔煤系抽水试验综合图）。

因此，从水质上看，08-11和补6钻孔所揭露的含水层与第四系孔隙含水层截然不同，应该为煤系风化带孔隙-裂隙含水层（带），或煤系风化带承压含水层。

图2-1 井田疏干井分布图(2) 金源里井工矿在2008年4月25日实测一采区的9号疏干井地下水埋深为24.7m，换算后的标高为875.3m；主井在2008年4月17日延伸到65m时，矿井开始涌水，依据斜井的坡角（22°），计算出见水垂深为24.35 m，换算成见水标高为875.65 m；井田周边露天矿在2007年前进行疏干排水时，实测了1、4、6、16号疏干井的地下水埋深，按地表的平均标高为900m，计算出的标高分别为：875.2m、874.6m、874.3m和876.5m，表明金源里井工矿一采区原地下水位在875m左右（埋深25m左右）。

然而，与一采区见水点距离约600m的补6钻孔，在07年7月14日实测地下水埋深为39.81m，依据孔口标高计算出的地下水位为875.91m，与一采区见水点的地下水位基本一致。

而依据金源里井田及周边地形（图2-2），金源里井田的地下水运移应该由补6钻孔向一采区运移，同时，由于该区地下水的水力坡度为1.0～0.5%（据958矿补充勘探报告），因此，补6钻孔处地下水位应该高出一采区地下水位3～6m ，这一水位显然存在明显异常，其异常可归结为补6钻孔东侧，距补6钻孔50m 的露天开采时，疏干排水造成补6钻孔处水位降深3～6m 。

但是依据08-11孔与观测孔水位降深（表2-2），如果补6钻孔处水位降深3～6m ，其东侧的露天矿坑水位降深应该在10余米，补6钻孔见水标高与露天矿坑底标高差应该大于8m ，然而，依据33勘探线水文地质、工程地质剖面，东侧的露天矿坑底标高（872.88m ），与补6钻孔处的水位相差仅3.03m 。

说明补6钻孔所揭露的含水层具有一定的承压性，不是煤系风化孔隙-裂隙含水层，推测为煤系风化带承压含水层。

图2-2 井田地下水运移趋势示意图(3) 关于补6钻孔水位出现明显异常，排除东侧露天矿开采疏干排水所致之后，其原因很可能是补6钻孔之上煤系风化裂隙带深度较小，风化裂隙带深度范围内已经不含重力水，造成补6钻孔所揭露的煤系风化带孔隙-裂隙带不饱水；同时，根据钻孔资料，补6钻孔在39.81m 处揭露的岩层岩性主要是泥岩，渗透率低，应为隔水层，可推测补6地形等高线断层分水岭井田边界地下水径流方向钻孔所揭露的地下水含水层为承压含水层。

同时，在对补6钻孔所取水样进行水质化验时，水样名被称为煤系承压含水层（据补6钻孔煤系抽水试验综合图）。

因此，通过以上分析，可以推断金源里井在浅部可发育煤系风化带孔隙-裂隙带含水层（带），但厚度不大，深部则发育煤系风化带承压含水层。

表2-2 08-11钻孔抽水试验水位降深统计表(4) 从金源里井工矿主副井掘进过程中，矿井涌水量变化规律可以看出（图2-3、图2-4、表2-3、表2-4），矿井涌水量在主副斜井掘进垂深为24.35m、32m、41m、52m、64m、79m处发生明显的变化，其变化规律为：24.35m开始见水，在24.35～32m之间涌水量与垂深变化呈线性关系增加，涌水量由0m3/h增加到30m3/h；在垂深为32～41m之间时，一直稳定在30m3/h；在垂深为41～52m之间时，涌水量由30m3/h缓慢增加到60m3/h；在垂深为52～64m之间时，涌水量由60m3/h急剧增加到390m3/h，尤其是在52～53m之间，增幅最大，仅1m的垂深变化，涌水量增加了140m3/h；在垂深为64～79m之间时，增幅缓慢，之后涌水量开始减小。

图2-3 主副井掘进进度、涌水量关系图图2-4 主副井筒掘进过程中垂深与涌水量关系曲线 表2-3 主副井掘进过程中涌水量统计表（据程工手抄本）3060 90120涌水量(m 3/h )垂深/m表2-4 金源里井工矿矿井涌水量统计表（据张部长）从矿井涌水量变化规律可以推断：金源里井工矿一采区煤系风化裂隙带的深度在主、副井筒附近为32m左右，32m以浅揭露的含水层为煤系风化带孔隙-裂隙含水层，32m 开始揭露隔水层，在41～52m之间，应该在51m左右（5-1煤顶面），主副斜井穿过隔水层，进入承压含水层；在80m左右穿过该承压含水层，直至井底未揭露含水层。

(5) 依据9号疏干井在2008年4月25日，实测地下水埋藏深度；2008年4月17日主井延伸到65m时，矿井开始涌水，所计算的地下水埋藏深度；1、4、6、16号疏干井在2007年前的地下水埋藏深度。

2008年金源里井工矿开始建井施工时，距6号疏干井不足100m的08-11钻孔，此时的地下水位应为875m左右，然而，在2008年8月10日完井并进行抽水试验时，其地下水埋藏深度为40.41m，地下水位为859.12m，同时，在北西距离其50m、150m的观测井1、2的水位均为861.20m（图2-5），均比推断的标高低15m左右。

造成08-11钻孔处地下水位下降的主要原因可能有两个：一是2008年金源里井工矿开始施工，矿井涌水导致井田一采区地下水位普遍下降；二是由于08-11钻孔东侧露天矿开采，造成地下水位下降。

然而，在距离08-11钻孔不足百米的风井在施工过程中，掘进到42.5m时，矿井突然涌水，并且涌水量较大，具有承压水的特点，掘进到80m左右时，涌水量减小。

通过以上分析，可以得出08-11钻孔和风井附近，煤系风化孔隙-裂隙水近于疏干状态，二者所揭露的含水层为煤系风化带承压含水层，承压含水层的顶界面埋藏深度为42.5m。

通过上述分析，可以得出：金源里井工矿一采区主要的含水层有两个：其一为煤系风化带孔隙-裂隙（带）含水层，含水层厚度不大，在主副井处为8m左右（垂深24.5～32m）；其二为煤系风化带承压含水层，在主副井处含水层厚度为30m左右(垂深52～80m)。

如图2-6所示。

2.3 井田煤系风化带承压含水层成因分析依据主、副、风井掘井和钻孔资料，金源里井田8煤之上的含煤地层岩性主要为泥岩、泥质砂岩、粉砂质泥岩和煤层。

从理论上分析，不具形成承压含水层的条件，然而在主、副、风井掘进过程中，当揭露风化带的煤层时，涌水量急剧增加，有时还有喷水现象，表明煤层成为含水层。

因此，有必要对煤层承压含水层的成因进行分析。

图2-6 矿井含水层划分（右侧为08-11钻孔柱状）整个霍林河地区煤系风化带深度可达80～120m，自上而下可分为强风化带和弱风化带，煤系风化裂隙的深度可达80～90m，即在风化裂隙带内，所有岩石均存在裂隙，并储水导水。

然而，由于在整个煤系中，煤层的顶底板均为泥岩和粉砂质泥岩，泥岩和粉砂质泥岩遇水崩解软化，使裂隙闭合，不具储水导水性，起到了隔水作用。