1 第五章 水文地质 第一节 井田水文地质、环境地质 一、区域水文地质概述 井田位于北天山东段依连哈比尔尕山北麓山前低中山地带，海拔高程1470—1575米，高差20—100米，相对高差10—45米。地层主要由侏罗系泥岩、泥质粉砂岩、砂岩、砾岩及煤组成，坡面多由第四系黄土覆盖，平均地形坡度5—27度，地形地貌对大气降水的垂直入渗补给不利。 井田区一带气候属大陆性中温带干旱气候，据八音沟喇嘛庙水文站资料，区内年平均气温3.4—4.3℃，6—8月为夏季，其中7、8间气温最高，最高气温32.4℃，11月至次年3月为冬季，年最低气温-29.1℃，6月和9月多雨，常雹、雨交加，引发山洪。 据1987年金沟河水文站的观测资料，年平均降水量272.4毫米，最大可达554.5毫米；年平均蒸发量为1411.91毫米，最大可达2178.4毫米。 井田东4千米的头道河子河是区内唯一的一条河流，此河发源于南部高山区，据八音沟喇嘛庙水文站1980—1987年资料，该河7、8月为丰水期，最大流量达143立方米/秒，每年3—5月及10、11月为枯水期，最小流量0—1.15立方米/秒，11月至次年3月为冰冻期，年径流量2.61—3.45亿立方米。 工作区位于乌拉斯台背斜的北翼，呈单斜产出，地层产状35°— 2
53°，无构造断裂。因此，构造对地下水的形成影响不大。 区域含（隔）水层的划分及水文地质特征、地下水的补径排条件等内容与井田水文地质条件相似，由于区域水文地质条件简单，在此不再赘述，相关内容见下文。 二、井田含（隔）水层（段）的划分 （一）划分依据及其说明 1、根据钻孔编录资料，侏罗系地层由泥岩、粉砂岩、中~粗粒砂岩、煤层以互层韵律形式组成，各种岩石的单层厚度可由数厘米变化到数米，乃至数十米。因此难以按单岩性岩层划分含、隔水层，只能以较大的岩性段来划分。 2、经生产矿坑、井的实际观察，泥岩、粉砂岩干燥而不含水，细砂岩潮湿，中粗粒砂岩渗水。说明仅中~粗砂岩能给出水来，因此，将泥岩等细颗粒岩石划分为相对隔水层，而将细砂岩、中粗砂岩等划分成含水层。 （二）含（隔）水层（段）的划分 根据上述划分依据与说明，井田共划分了五个含（隔）水层（段），即：第四系风积（Q3eol）、冲洪积（Q4apl）透水不含水层（Ⅰ）；三叠系中—上统小泉沟群（T2-3xq）弱含水层（Ⅱ）；中侏罗统西山窑组（J2x）弱含水层（Ⅲ）；下侏罗统三工河组（J1s）相对隔水层（Ⅳ）；下侏罗统八道湾组（J1b）弱含水层（V）。 三、井田含（隔）水层（段）特征 3
（一）第四系（Q3eol）、冲洪积（Q4apl）透水不含水层（Ⅰ） 由上更、全新统风成黄土、砂、土、砾石组成。风成黄土分布于井田北部山梁及低缓的山脊上，主要出露于山顶部及缓坡地段上。冲洪积物则分布在冲沟中，其厚度小于20米。这些松散堆积物因分布在较高的位臵上或较低的冲沟底部，透水性虽好，但不具储水条件，为透水不含水层。 （二）三叠系中—上统小泉沟群（J2-3xq）弱含水层（Ⅱ） 呈条带状出露于井田的东南，由一套灰褐色、灰黄色的砾岩、砂岩、页岩、泥岩等组成，局部含劣质煤。井田内出露厚度0—110.83米，据其岩性组合，划分为弱含水层，此层不是本次工作的重点，对井田的水文地质意义不大。 （三）中侏罗统西山窑组（J2x）弱含水层（Ⅲ） 出露于井田的北部边缘，其岩性由泥质粉砂岩、细砂岩、砂砾岩、泥岩及煤互层组成，地下水赋存在岩层的孔隙裂隙中。据岩性组合，此层为弱含水层。 （四）下侏罗统三工河组（J1s）相对隔水层（Ⅳ） 呈条带状分布于井田的中北部，由泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩组成，井田内控制厚度60.6—149.18米，由于它被夹于Ⅲ、Ⅴ含水层之间，阻隔了二者之间的水力联系，为良好的相对隔水层。 （五）下侏罗统八道湾组（J1b）弱含水层（V） 呈带状出露于井田中部，伏于第Ⅳ隔水层之下，岩性以泥岩、粉砂 4
岩夹中砂岩和煤层，此层为本次工作的重点。据《新疆乌苏市巴音沟农七师电力公司红山煤矿四井田详查报告》中ZK3—1孔抽水试验的结果：钻孔单位涌水量为0.0198升/秒〃米，渗透系数0.0265米/日，富水性弱，水化学类型属Cl〃SO4〃HCO3—Na型，pH值为7.90，溶解性总固体为3.53克/升。 四、地下水与地表水及各含水层之间的水力联系 井田内无常年流动的地表水流，地下水的补给主要依赖于大气降水及雪融水。位于井田东部的头道河子河，其河床水位标高为1200—1350米，井田内ZK202、ZK301孔的水位标高分别为1631.03米、1563.56米，均高于头道海子河床水位，在自然状态下地下水补给河水。 由于第Ⅳ相对隔水层的存在，它形似一堵挡水墙，使得原本富水的第Ⅲ与第V弱含水层失去了水力联系。从区域水文资料及本次工作的结果可说明这一点。因此，第Ⅲ和第V含水层之间无水力联系，而第Ⅱ含水层位于井田的东南，它对井田地下水的形成水文地质意义不大。 五、地下水化学特征 井田东部的头道河子河的水化学类型为HCO3〃SO4—Ca型，pH值8.12，溶解性总固体为191.6毫克/升，为淡水。 在井田立井中所采矿井水的水化学类型为Cl〃SO4〃HCO3—Na型，pH值为7.90，溶解性总固体为3533.0毫克/升，为咸水。 以上资料说明，地下水由西往东运移的过程中，水化学特征有一明显的变化过程。河水由于运移速度快，有利于离子交换，溶解性总固体 5
小于1克/升，水质好。而赋存于岩层中的地下水，岩石裂隙不甚发育，且泥质充填较多，地层渗透性相比前者差，径流条件不佳，溶解性总固体为3533.0毫克/升，其值大于1克/升，水质较差。 六、地下水补给、径流、排泄条件 通过对区域水文地质条件的了解和认识，结合井田水文地质条件，可知井田地下水的补给主要源为于大气降水及雪融水，它通过地表岩石的风化、构造裂隙顺层补给地下，形成井田内的孔隙裂隙微承压水。 本次工作设计的ZK202孔及ZK301钻孔的水位标高分别为1631.03米、1563.56米，据此可说明井田地下水的运移方向为由西向东。 地下水在运移过程中，受地层结构的影响，速度迟缓，几乎处于停滞状态，反应到水化学特征上，则表现为溶解性总固体(矿化度)偏高，多为咸水。 排泄是径流的延续，径流的过程也是不断排泄的过程。位于井田东部的头道河子河是井田地下水排泄的主要途径之一。另外，矿坑疏干排水亦将是井田地下水排泄的方式之一。 七、矿床充水条件分析 （一）矿床充水因素分析 根据矿床在井田内的分布情况、井田水文地质条件以及区域水文地质条件，确认影响井田矿床充水的主要因素为岩性、构造、降水及地表暂时性水流，现分述如下： 1、岩性 6
通过钻孔对本地区内深部控制的情况看，由于侏罗系地层由泥岩夹砂岩及煤组成，这种多韵律结构决定了地层岩性渗透性差，水交替缓慢，再加之井田内无常年流动的地表水流，无补给水源，因此，地层岩性不利于对矿床充水。 2、构造 井田内煤层位于背斜的北翼，无断层经过，因此，构造对井田地下水的形成影响甚微，即构造将不成为矿床开拓的充水因素。 3、降水 下侏罗统八道湾组（J1b）为一套含煤碎屑沉积岩。泥岩、粉砂岩柔软不透水，经风化后，地表坡度较大；砂岩坚硬且厚度较大，地表以陡坎状出露，接受降水面积甚微，降水易形成表流，因此对接受降水补给不利。 4、暂时性地表水流 暂时性地表水流具有时间短，流量大之特点，对矿床充水意义主要表现在冲毁矿山设施，直接灌入矿井，而对地层渗透补给意义不大。因此，在开发初期应加强观测，寻觅洪流周期与迳流途径，从而正确设计开发矿山设施的摆布，以及井、坑口位臵。 （二）矿床充水途径 1、当煤层开采时，岩层必然造成坍塌、陷落，致使单个含水层相互连通，形成一个直接充水的含水段。 2、在未来采煤过程中形成的大面积采空区、未来陷落、冒落范围内， 7
将有可能出现暂时性地表洪流直接灌入，因此，必须首选合适的井口位臵并采用最有效的开采方式，避免大面积陷落区的形成，或缩小陷落范围，防止洪流对塌陷区的灌入。 3．煤层火烧形成烧变岩之后，其裂隙发育，大气降水，雪融水易在此停留，形成烧变岩裂隙潜水，因此，烧变岩是矿床充水的另一途径。矿业权益人应特别注意开采井田东部的A4煤层时，应留足相应的防水煤柱，并做到“有疑必探，先探后采”。
第二节 矿坑涌水量预算 一、预算原则 （一）根据规范要求，矿坑涌水量预算范围为初期采区332资源量第一开拓水平以上的范围，即：Ⅱ、Ⅲ勘探线之间与A4煤层露头及A4
煤层1400米水平在地面的投影线之间的范围。
（二）井田地下水类型为微承压水，在未来矿井疏干过程中，承压水都将转化为无压水，所以计算时全部按承压转无压处理。 （三）由于气象、地形地貌、地层岩性及构造的因素，大气降水对地下水补给甚微，因此，预算时降水补给量可忽略不计。 二、预算方法 （一）大井法 1、计算方法 利用坑道系统的长度（a）与宽度（b）比值大小，来查表确定引用半径r0之后，再利用大井法预算矿井涌水量。初期采区东西长1145米， 8
南北宽Ⅱ线243米，Ⅲ线222米，平均233米，b与a的比值为0.20,可采用大井法进行预算。 2、计算公式的选择 选用承压转无压水的计算公式： Q=1.366K00lglg)2(rRMMH 式中： Q—拟建新井的涌水量（米3/日）； K—渗透系数（米/日）； H—承压水从井底算起的水头高度（米）； M—承压含水层厚度（米）； r0—引用半径（米）； R0—引用影响半径（米）。 3、计算参数的选用 （1）渗透系数（k） 采用ZK3—1孔抽水试验的渗透系数0.0265米/日，作为矿井涌水量预算的含水层渗透系数。 （2）承压水从井底算起的水头高度（H） ①水位标高值采用ZK202孔、ZK301孔的水位标高的平均值，其水位标高分别为1631.03米、1563.56米，平均1597.30米。 ②承压水从井底算起的水头高度（H），采用平均水位标高1597.30米与第一开采水平标高1400米之差，即197.30米。