中國煤田水文地質(zhì)基本特征及主要水文地質(zhì)問題

1、中國煤田水文地質(zhì)根本特征與主要水文地質(zhì)問題作者介紹：王夢玉，1932年11月30日生于某某某某，原籍某 某沁縣烏孫村，1955年7月畢業(yè)于某某大學(xué)地質(zhì)系本科，畢業(yè)后在 煤炭科學(xué)研究院地質(zhì)所工作，1965年至今在中煤科工集團(tuán)某某研究 院工作，從事礦井水文地質(zhì)研究工作 50余年，是我國礦山防治水工 作開拓者之一。教授級(jí)高級(jí)工程師，曾任煤炭工業(yè)部技術(shù)委員會(huì)，國 際水文地質(zhì)學(xué)會(huì)會(huì)員與礦山水協(xié)會(huì)委員，1932年起享受政府津貼。中國煤炭資源豐富，從寒武紀(jì)石煤至第四紀(jì)泥炭沉積，共有十個(gè) 聚煤期，其中，以石炭二疊紀(jì)和侏羅紀(jì)為主要的聚煤期。大地構(gòu)造控 制了煤田的分布、成煤時(shí)期、沉積環(huán)境、構(gòu)造特征，也形成了不同的

2、 水文地質(zhì)條件。天山一一陰山緯向構(gòu)造帶以北的東北和內(nèi)蒙東部沉積 早侏羅紀(jì)一一晚白堊紀(jì)含煤地層；以南至昆侖山一一祁連山緯向構(gòu)造 帶以北，賀蘭山經(jīng)向構(gòu)造帶以東的廣闊地區(qū)，沉積了海陸交互相的石 以一一二疊紀(jì)含煤地層；昆侖山一一祁連山緯向構(gòu)造帶以南， 康黔古 陸以東如此沉積了晚二疊紀(jì)含煤地層；西北地區(qū)如此在侏羅紀(jì)形成了 一些大型陸相煤盆地；止匕外，某某一一某某與某某地區(qū)在中生代和新 生代分別沉積了含煤地層。以上聚煤區(qū)的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件各不一 樣，在此根底上，結(jié)合礦井防治水的需要，可以將中國煤田劃分為六 個(gè)水文地質(zhì)類型區(qū)，即東北侏羅紀(jì)孔隙一一裂隙水類型區(qū)， 華北石炭 天疊紀(jì)孔隙一一巖溶水類型區(qū)，西北侏

3、羅紀(jì)裂隙水類型區(qū)，華南晚二 疊紀(jì)巖溶水類型區(qū)，某某一一某某中生代裂隙水類型區(qū)與某某第三紀(jì) 裂隙一一孔隙水類型區(qū)圖1。其中，以華北石炭二疊紀(jì)煤田和華南晚二疊紀(jì)煤田的水文地質(zhì)條 件最為復(fù)雜，礦井水害嚴(yán)重。主要的水文地質(zhì)問題有三個(gè)。即：華北 煤系底盤中奧陶統(tǒng)馬家溝灰?guī)r水害問題；黃淮平原新生界松散層水害 問題；華南煤系底盤下二疊統(tǒng)茅口灰?guī)r水害問題與頂板上二疊統(tǒng)長興 灰?guī)r水害問題。東北侏羅紀(jì)孔隙圖1圖中畫轆曲水如i握炭遒包曼便戰(zhàn)1分圖華北石炭一一二疊紀(jì)煤田主要可采煤層賦存于海陸交互相的某某統(tǒng)和陸相的某某統(tǒng)中，其底盤為中奧陶統(tǒng)馬家溝灰?guī)r。某某統(tǒng)中的夾層灰?guī)r在華北煤田有廣泛的分布圖2，總的趨勢是，由西北向東

4、南，海水逐漸加深，灰?guī)r層數(shù)由 23層，增加到 14層以上，灰?guī)r總厚度由5m以下，增加到60m以上，皖北可達(dá)70m 夾層灰?guī)r的富水性除與厚度、巖溶等因素有關(guān)外，主要決定于與中奧 陶統(tǒng)灰?guī)r的水力聯(lián)系程度，從單位涌水量q分布可以看出，峰峰至某 某這一條帶在20L/s.m以上，這是由于這兩個(gè)礦區(qū)的主要夾層灰?guī)r大 青灰?guī)r峰峰、L2灰?guī)r某某距中奧陶統(tǒng)灰?guī)r垂距僅 2540m,可 通過斷層側(cè)向補(bǔ)給或越流補(bǔ)給，兩者水力聯(lián)系密切所致。圖2華北石炭-二迭紀(jì)煤田夾層灰?guī)r分布圖中奧陶統(tǒng)灰?guī)r的厚度圖3由東而西逐漸變薄，由魯中的700 800m至太行某某麓與蘇北、魯南的600m晉中、京西、豫中的400m 某某、豫西的200

5、300m從區(qū)域沉積規(guī)律來看，在某某曲陽以北， 開灤、京西、軒崗等煤田，中奧陶統(tǒng)灰?guī)r最上部的峰峰組缺失，石炭 二疊紀(jì)煤系沉積在上馬家溝組灰?guī)r之上。太行山區(qū)、晉中、魯中、蘇 北、皖北的峰峰組，由北而南變薄，至太行山南麓的某某煤田缺失， 至豫西的登封以南，奧陶紀(jì)灰?guī)r已無沉積，某某、禹縣、臨汝等煤田 煤系地層直接沉積在寒武系地層之上。 海水入侵由東而西，在關(guān)中地 區(qū)形成一個(gè)走廊，海水退卻的比擬晚，沉積了上奧陶統(tǒng)灰?guī)r地層，4240383634208本40：i頭市5531456滄州市.642太原市0482500103560揚(yáng)州市鎮(zhèn)江市11816付12685216-.21300 .200宿州市2548840

6、0I 355400一 500_ 600 ；8.400300 淮南市4(3836400 41,淺海碳酸鹽巖（以鈣質(zhì)為主）組合2,淺海碳酸鹽3.石膏4,中奧陶統(tǒng)等厚線 5.峰峰組北界 6.巖相界線7.海進(jìn)方向8,古陸9,斷裂圖3華北石炭一二迭紀(jì)煤田中奧陶統(tǒng)灰?guī)r分布圖底部主采煤層距中奧陶統(tǒng)灰?guī)r頂面之間隔水層厚度小于50m的地區(qū)在一一西山一一某某一一某某一一某某一線以西，以太行某某、南麓與霍縣、韓城等礦區(qū)最薄。某某礦區(qū)最底部的煤層為局部可采，如以主要開采層大煤至中奧陶統(tǒng)灰?guī)r頂面計(jì)算， 如此隔水層在100m以上。因此，底板隔水層厚度小于20m的礦區(qū)，主要為峰峰、霍縣、韓城礦 區(qū)。對(duì)北方煤礦1207次底板

7、突水資料分析明確，以太行某某、南麓 各礦區(qū)突水情況最為嚴(yán)重，計(jì)870次，占統(tǒng)計(jì)次數(shù)的71.4%;其次, 為魯中、徐淮各礦區(qū)，計(jì) 295次，占17.5%。晉中、晉東南各礦區(qū) 突水次數(shù)最少，僅發(fā)生19次，占1.5%。最大突水量的分布情況與 突水頻率分布情況一致，亦主要分布在太行某某、南麓與開灤至魯中 各礦區(qū)，礦井一次最大突水量皆在 100nVmin以上。第三紀(jì)以來，黃淮地區(qū)急劇下降，形成了許多湖盆，其中沉積了 很厚的第三紀(jì)地層。第四紀(jì)晚期，黃河與其它河系把流經(jīng)太行山、燕 山、黃土高原與晉蒙山地的物質(zhì)攜帶至平原地區(qū)，在山系谷口形成了一系列洪積一一沖積扇。平原局部、主要為河流沖積物所覆蓋。搬運(yùn) 和沉積

8、的單元有黃河、海河、淮河等水系。黃淮平原曾屢次遭受海浸， 例如7400年前的海浸線，深入到了平原的西部邊緣。新生界的沉積厚度，主要受地殼運(yùn)動(dòng)所控制。本區(qū)位于新華夏第 二沉降帶，由于鄭廬斷裂以東的新華夏第一隆起帶向北運(yùn)動(dòng)，太行山斷裂以西的新華夏第二隆起帶向南運(yùn)動(dòng)，使黃淮平原第一序次的構(gòu)造 線呈NN晌，新生界沉積厚度的總趨勢與此一致。 某某一一交河一一 臨清一帶，厚度在2000m以上，往東、西逐漸變薄。某某一一某某一 帶，可能受緯向構(gòu)造的影響，沉積方向變?yōu)闁|西，厚度在4000m以上, 這種沉積方向的變化，在黃淮平原的南北兩端都有所顯現(xiàn)。圖4圖4黃淮平原新生界等厚線圖新生界的巖性組合，根據(jù)各地區(qū)的巖

9、性資料，歸納如表1?？梢钥闯?，第三紀(jì)始新世一一上新世的沉積是以陸相紅色地層為主。第四紀(jì)更新世一一全新世的沉積如此是河漫相、河床相、湖相、沼澤相、殘積相。各煤田的大致平均厚度如表 2。地區(qū)地層魯西冀西冀北蘇北某某某某50全新統(tǒng)亞粘土、亞沙 土、砂礫石亞沙土、粉砂黃灰色砂質(zhì) 粘土、粉砂、細(xì)砂粘土、亞粘 土、砂礫石更新統(tǒng)紅色亞粘土、 亞砂土、粉 砂、砂礫石粘土、砂質(zhì)粘 土夾砂礫石亞粘土、底部 加砂礫層紅土與砂礫 層砂礫石上新統(tǒng)幺武石粘土、砂、礫 石、泥灰?guī)r、 砂礫石幺武石玄武巖、紫紅 色砂礫層紫紅色砂礫 層中新統(tǒng)漸新統(tǒng)紅色砂礫層幺武石頁巖、砂質(zhì)頁 巖、細(xì)砂巖紫紅色砂礫 層紫紅色砂礫 層始新統(tǒng)煤 田平

10、均厚度仙煤 田平均厚度 mi煤 田平均厚度 mi黃某某100肥城65200兗州180官橋30滕縣80棗莊10200:沛縣200大屯150宿縣10070100200開灤20020020某某30第四系具有多旋回性，可以劃分為四個(gè)旋回。每個(gè)旋回的底部為 砂礫層或粘土層夾礫石層，向上沉積物變細(xì)。第四系中的砂層和礫石層的厚度，在各煤田約占第四系厚度的3555%,第四系的富水性，一般情況下，上部最強(qiáng)，下部次之，中部又次之。例如，兗州煤田上部 65m鉆孔單位涌水量為12升/秒.米，農(nóng)業(yè)用水主要來自本含水層組。中部 47米鉆孔單位用水量為0.0450.2升/秒.米。下部45米鉆孔單位涌水量為0.21.44升/

11、 秒.米。黃淮平原煤田在開發(fā)過程中，第四系流砂層水潰入井下的事例很 多。解放后，在水文地質(zhì)勘探和第四系含水層下采煤方面，進(jìn)展了大 量的工作，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。但隨著黃淮平原煤炭工業(yè)的大規(guī)模建 設(shè)，工農(nóng)業(yè)基地迅速開展的形勢下， 有兩個(gè)水文地質(zhì)問題必須進(jìn)一步 解決。一是如何保證礦井與礦工的安全；同時(shí)，減少頂板防水煤柱， 提高資源回收問題。二是如何解決礦井排水與工農(nóng)業(yè)用水之間的矛 盾，同時(shí)，為工農(nóng)業(yè)建設(shè)提供更多的水源問題。長江以南浙、閩、粵、湘、干、桂與蘇、鄂、皖南部以晚二疊世 煤系沉積為主，礦井充水的主要含水層是龍?zhí)睹合档装宓南露B統(tǒng)茅 口灰?guī)r和頂板的上二疊統(tǒng)長興灰?guī)r。煤系底板直接為茅口灰?guī)r的沉積

12、地區(qū)圖 1，大致在巢縣一一 某某一一某某一一某某一一湘鄉(xiāng)一一武崗一一嘉禾一一連陽一一羅 定一線以西。此線以東至某某一一寧都一一武平一線之間，浙西、贛 南、湘南等地，茅口灰?guī)r之上有孤峰頁巖的沉積；蘇南、皖東南一帶 可能由于相變關(guān)系，孤峰頁巖之下的茅口灰?guī)r不復(fù)存在。止匕外，湘、 贛地區(qū)的當(dāng)沖層或鳴山層的層位皆與孤峰層相當(dāng)； 不過巖性變化為硅 質(zhì)層。某某一一寧都一一武平一線以東，茅口灰?guī)r相變?yōu)槲墓P山頁巖圖 5。煤系底板直接為茅口灰?guī)r的沉積地區(qū)，主要可采煤層或煤系最下 部的可采煤層與茅口灰?guī)r之間的隔水層，一般超不過 10米，最薄的 地區(qū)如湘中煤田僅有0.10.3米的粘土，茅口灰?guī)r地下水害，主要圖5華南

13、晚二迭世煤田茅口灰?guī)r分布圖發(fā)生在這個(gè)地區(qū)。煤系之下有鳴山硅質(zhì)頁巖或文筆山頁巖沉積的地 區(qū)，隔水層厚達(dá)100400米，一般不會(huì)有茅口灰?guī)r的突水危險(xiǎn)。茅 口灰?guī)r相變?yōu)楣栀|(zhì)層的地區(qū)，由于富水性很弱，一般亦不會(huì)構(gòu)成對(duì)礦 井的威脅。茅口灰?guī)r為厚層純灰?guī)r，在鄂中地區(qū)厚約 200400米，鄂東南 地區(qū)厚約100120米，湘中地區(qū)厚約400600米，贛中地區(qū)厚度大 于130米，贛北地區(qū)厚約200米，桂中與桂某某區(qū)厚約150300米。 茅口灰?guī)r巖溶發(fā)育，富水性極強(qiáng)。各煤田皆有流量很大的茅口灰?guī)r泉 群出露。例如，恩口煤田的溫塘泉最大流量達(dá) 910米3/時(shí)；斗笠山煤 田泉水排多年平均流量達(dá)154米33/時(shí)；煤炭壩煤

14、礦5畝沖井1972年 2月突水量達(dá)6400米3/時(shí)；橋頭河煤礦青山井1971年6月突水量達(dá) 27000 米 3/時(shí)。煤系頂板直接為長興灰?guī)r地區(qū)圖 6，大致分布在宜興一一廣 德一一休寧一一德安一一某某一線以南， 某某一一大田一一將樂一一 某某一一某某一一湘鄉(xiāng)一一安化一一武崗一一連陽以北的地區(qū)。根據(jù)目前的資料，僅太湖流域、萍樂凹陷帶、湘贛邊區(qū)與某某大田四個(gè)地 區(qū)比擬標(biāo)準(zhǔn)，屬淺海相沉積，為深灰色較厚層灰?guī)r。其余地區(qū)，相當(dāng) 于該層位沉積了海相泥巖與硅質(zhì)巖的互層，即所謂大隆組。圖6華南晚二迭世煤田長興灰?guī)r分布圖在長興灰?guī)r沉積的地區(qū)，含水層下距煤系上部可采煤層之間的隔 水層，一般都很薄。例如，寧鄉(xiāng)一一株洲

15、地區(qū)約為1525米，萍樂 凹陷帶一般在10米以下，太某某部與東部約為15米，某某一一某某 地區(qū)與某某一帶，一般在 25米以下。這類地區(qū)的煤田在開采上部煤 層時(shí)，經(jīng)常發(fā)生長興灰?guī)r的水害事故。而煤系頂板為大隆組沉積的地 區(qū)，隔水層的厚度都在50米以上，或不存在強(qiáng)含水層；所以，一般 不會(huì)構(gòu)成對(duì)礦井的威脅。長興灰?guī)r的厚度，在太湖流域約為50100米，萍樂凹陷帶約為 50250米，湘中地區(qū)約為50100米，湘某某區(qū)約為50200米。長興灰?guī)r巖溶發(fā)育，水量豐沛。傷0口，煤炭壩煤田躍進(jìn)井-50米標(biāo)高，長340米的長興灰?guī)r巷道中，有95條溶蝕裂縫；1972年7 月五畝沖井長興灰?guī)r突水量達(dá) 2700米3/時(shí)。豐

16、城煤田鉆探時(shí)曾發(fā)現(xiàn) 高達(dá)121米的溶蝕裂縫；1974年7月云莊井-60米標(biāo)高長興灰?guī)r突 水量達(dá)10000米3/時(shí)以上。除以上討論的幾個(gè)主要水文地質(zhì)問題外， 還有西北干旱、半干旱 地區(qū)煤礦企業(yè)供水，煤炭開采與環(huán)境保護(hù)，東北與內(nèi)蒙地區(qū)露天煤礦 地面防水等問題。這些問題將在另文中作詳細(xì)討論。參考文獻(xiàn)：1 .王夢玉：中國巖溶型煤田水文地質(zhì)問題“煤炭科學(xué)與技術(shù)2 .王夢玉：煤層底板突水機(jī)理與預(yù)測方法探討“煤炭科學(xué)與技術(shù)3 .X剛峰、王夢玉：黃淮平原新生界水文地質(zhì)問題“煤田地質(zhì)與勘探4 .王夢玉：華南晚二疊紀(jì)煤田水文地質(zhì)特征和控制礦井涌水量問題“煤炭科學(xué)與技術(shù)5 . Wang mengyu:The elemental hydrogeological characteristics of coalfields in china & the problems of protecting against mine waterInternational mine water association,granda espana,19856 . Wang mengyu,Zhang zhijie: k