丰城煤矿区东部地区二叠系晚期岩溶发育规律及富水性分析

丰城煤矿区东部地区二叠系晚期岩溶发育规律及富水性分析

丰城煤矿区位于江西省中部的山区。这是一个倾斜的构造。东江曲井的部分区域发育着初级褶皱。褶皱的整体趋势是非常一致的。主要为北东方，东为北东方，呈拱形条纹状，层北陡南松。向斜南翼多为第三系红层所覆盖,地形平缓,向斜北翼北部以大牛山～松石山～仙姑岭(由龙潭组地层组成)构成分水岭;南部以黄金山～徐家山～乌龟山～火炉岗～对门山～钟山(由三叠系大冶组灰岩和侏罗系门口山组砂岩组成)构成次级分水岭。长兴灰岩分布于矿区中部,出露于分水岭和次级分水岭之间,岩性为浅灰色略带肉红色厚层状细晶质石灰岩,下部含大量燧石结核,层厚约220m,灰岩易被溶蚀,在露头部位由于溶蚀形成的岩溶洼地,最深处可达100余米,且多被细砂、砾石所充填。该层富含岩溶裂隙水,为区内龙潭组C煤组的直接充水含水层及B煤组的间接充水含水层,现该区的C煤组多未开采,水患严重是主要原因之一,因此,研究其岩溶发育规律和富水性,对今后C煤组煤层的开采具有一定的理论和实际意义。1溶解发育特征1.1岩溶分布及发育程度次级分水岭之间为半裸露岩溶区。形成南北高中间低的蓄水构造。地表水由南北两侧汇集于矿区中部,增加了地下水的补给量。再之,这一带长兴灰岩直接被第四系覆盖,第四系水与长兴灰岩岩溶水有明显的水力联系。地下水流向由南西流向北东。在仙姑岭井田东部以泉群形式溢出地表。由于水交替活跃,水量充沛,致使-100m水平以上岩溶非常发育。溶洞最大高度为24.17m,最大单位涌水量为22.98l/s.m,最大岩溶率达84.8%,机缘率为70.86%。往南为覆盖型岩溶区,其岩溶发育程度大大逊色于前者,该区长兴灰岩被三叠系大冶组及侏罗系碎屑岩、第三系地层覆盖,岩溶发育程度取决于盖层厚度,岩性组合及构造的破坏程度。一般单层覆盖优于多层覆盖,并随盖层厚度的加大而减弱(表1、表2)。1.2隔水及国土流失在排除构造、盖层厚度等影响因素后,长兴灰岩岩性具有分层性,岩溶沿易溶层顺层发育。在半裸露区,长兴灰岩与龙潭煤系王潘里段交界地带,常常形成长兴灰岩底界岩溶顺层发育的特征,并且往往形成由浅到深的喇叭口形状的岩溶条带。这一特征的形成,一是由于煤系地层具有相对隔水的阻水作用,聚集长兴灰岩岩溶水沿长兴灰岩底界运动,从而促进了岩溶的形成。二是两地层交界面处,王潘里层间承压裂隙水与长兴灰岩岩溶水混合后,前者的水质出现“三高”,即PH值增高(7.1～8.2),HCO3毫克当量百分比增高(56.17～92.83),K+Na毫克当量百分比增高(24.62～59.80),在侏罗系与王潘里段不整合面处K+Na毫克当量百分比竟高达97.777%。由于岩溶水中含Ca的成分多,因此,Ca与HCO3形成弱溶解盐,促进岩溶的发育。PH值在碳酸平衡过程中使水的活性增高,当PH值大于8时,使HCO3的浓度增高。Na和K两种离子都具有很高的溶解性和迁移能力,会增进地下水的活力,促进岩溶形成的进程。“活动空间”是地下水岩溶进程的决定性因素。由于长兴灰岩的裂隙随深度减弱,岩溶喇叭口朝上,即上大下小,大约延深到-50～-100m就基本消失了。1.3充填区初始发育(1)在半裸露区,由于大气降水直接补给地下水,水交替强烈,与第四系孔隙水及地表水有水力联系,所以-100m以上岩溶极为发育。(2)-100～-200m,钻孔揭露最大溶洞高度为23.00m,钻孔见洞率为6.8%。(3)-200～-400m,钻孔揭露最大溶洞高度为12.00m,钻孔见洞率为6.4%。(4)-400m以下,钻孔揭露最大溶洞高度为7.23m,钻孔见洞率为3.2%。显然,长兴灰岩岩溶随埋藏深度加深而逐渐减弱的发育规律是非常明显的(图1,2)。(5)岩溶发育最低标高-718.78m(1101孔、不漏水),据观察,矿区内在-450m以下所见的溶洞,全部被充填。2溶解水的特点1-4孔管裂隙通道不同地段水文地质参数及钻孔简易水文地质情况差异明显。如曲江井田4-4孔见裂隙漏水,抽水结果,q=18.53l/s.m,K=99.25m/d;而距其仅140m的4-2孔未见裂隙亦无漏水现象,其抽水结果为q=0.0079L/s.m,K=0.0025m/d。2浅部巷道干酵母粉质量分数表2即坞社里、梅仙岭-100m水平以上,仙姑岭、曲江-200m以上富水性较强,以下则较弱;从长兴组地层钻进时的冲洗液消耗量随深度变化的规律可知,浅部钻孔揭露灰岩溶洞或溶隙时严重漏水,而-200m以下则消耗量比较正常,-650m以下基本不消耗。由长兴灰岩钻孔抽水试验资料可知,浅部岩溶强发育区,单位涌水量q=1.118～58.475l/s.m、K=4.829～68.873m/d,而深部岩溶不发育区,q=0.00029～0.034168l/s.m,K=0.000074～0.0951m/d,说明其富水性极不均一。3第四系水地下水在长兴灰岩隐伏区,第四系地层直接覆盖在长兴灰岩溶蚀洼地之上,厚度最大达186m,大气降水一部分以地表迳流形式流入地表河流(杨坑河),而后由西向东迳流,入罗湖直至赣江,另一部分渗入地下补给第四系水及长兴灰岩水。杨坑河基本是沿隐伏于第四系下的长兴灰岩向东流动,中、下游为长兴灰岩的排泄区,年平均排泄量达102.4l/s,且随季节性变化,旱季灰岩水补给河水和第四系水,雨季河水对其进行反补给(图3)。长兴灰岩水地下迳流通畅,迳流方向以由西向东流为主。在向斜北翼隐伏露头区以泉、沼泽湿地的形式排泄。局部地段由于开采或断层影响可对龙潭组王潘里段砂岩水进行补给。4溶剂发育的顺层性1)长兴灰岩的岩溶发育具有明显的水平分区性和垂直分带性,矿区北翼中部的岩溶发育深度