李萬平， 李常輝

(湖南省煤田地質(zhì)局第六勘探隊(duì)，湖南 湘潭 411100)

攸縣桃水礦區(qū)東部屬桃水復(fù)式向斜的東翼，基本上被白堊系紅層所覆蓋。本區(qū)含煤地層為龍?zhí)督M上段(P2l2)，含煤8層，其中主要可采煤層2層。2010年至2013年湖南省兩權(quán)價款地質(zhì)勘查項(xiàng)目先后在該區(qū)進(jìn)行了普查、詳查工作，是湖南省在紅層下找煤的重大發(fā)現(xiàn)。

1 自然地理概況

礦區(qū)屬丘陵地形，地勢西高東低，最高海拔標(biāo)高178.8 m，最低海拔標(biāo)高約80 m，地形高差約100 m。區(qū)內(nèi)一般標(biāo)高85～95 m，地形坡度為10°～30°，相對高差較小，地形條件較簡單。

該區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，氣候溫暖，四季分明，雨量充沛，夏冬兩季長，春秋兩季短，屬中亞熱帶濕熱型氣候，年平均氣溫為17.8 ℃，歷年最高氣溫在40 ℃，最低氣溫為-11.9 ℃，1月份最冷，平均氣溫2.4 ℃，七月份最熱，平均氣溫29.8 ℃。年平均蒸發(fā)量為1 358.2 mm，年平均降雨量為1 410 mm，最大降雨強(qiáng)度為85.5 mm/h，最大日降雨量達(dá)269.4 mm。

區(qū)內(nèi)地表水主要為勘查區(qū)西邊的桃水河，從北到南北流經(jīng)勘查區(qū)，流量2～5 m3/s，水質(zhì)為HCO3-Ca型，pH值7.37，其他有零星分布的山塘。

2 礦區(qū)地層

區(qū)內(nèi)由新至老地表出露的地層有第四系(Q)、白堊系(K)。紅層下隱伏地層，經(jīng)鉆孔揭露為三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)、二疊系上統(tǒng)大隆組(P2d)、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)，二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)為本區(qū)含煤地層。

3 礦區(qū)構(gòu)造

桃水礦區(qū)大致為一近南北向的復(fù)式向斜構(gòu)造，向斜東翼為白堊系紅層覆蓋，次一級褶皺發(fā)育，從西往東包括四個較大的褶曲構(gòu)造，依次編為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ向斜，名為龍家沖向斜(I向斜)、泉塘沖向斜(Ⅱ向斜)、桃水向斜(Ⅲ向斜)和偉田向斜(Ⅳ向斜)。特點(diǎn)是四者緊密相連，向斜兩翼不對稱，一般西翼較陡，傾角30°～70°，局部倒轉(zhuǎn)，東翼較平緩，傾角30°～50°，規(guī)模由西向東擴(kuò)大，向南北兩端收斂。

4 水文地質(zhì)特征

4.1 含水層

(1)第四系孔隙含水層(Q)：以礫石、砂、砂土及粘土組成，厚度0～13.34 m，殘坡積層一般不含水，沖、洪積層分布于溝谷及溪流兩岸，巖性松散，透水性較好，泉水流量一般為0.04～0.07 L/s，泉水季節(jié)性變化明顯，居民壓水井大都是取自本層，水質(zhì)為HCO3-Ca型，pH值7.52～7.59，總礦化度268.2～577.9 mg/L，為弱富水性的孔隙含水層。如圖1，圖2。

(2)白堊系裂隙含水層(K)：上部主要由紫紅色粉砂巖組成，下部由礫巖組成，礫石成分主要為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、次為硅質(zhì)巖、石英砂巖組成，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，含裂隙水。地下泉水流量為0.50～2.00 L/s，據(jù)抽水試驗(yàn)資料：908孔個抽水試驗(yàn)孔抽水40 min就沒有水返出，后觀測恢復(fù)水位，708孔只抽1 min，孔內(nèi)無水可抽，根據(jù)恢復(fù)水位計(jì)算滲透系數(shù)：908孔K=5.84×10-5m/d，708孔K=3.89×10-6m/d，粗略計(jì)算單位涌水量為q=0.000143～0.00059 L/(m·s)，水位標(biāo)高16.67～73.32 m，水質(zhì)為HCO3-Ca型，pH值7.37～7.59，為弱富水性的裂隙含水層[1]。

圖1 桃水礦區(qū)東部水文地質(zhì)圖

圖2 9線水文地質(zhì)剖面圖

(3)三疊系下統(tǒng)大冶組裂隙含水層(T1d)：主要由泥質(zhì)灰?guī)r、含泥灰?guī)r組成，層厚0～270 m，平均95 m。地表及淺部巖溶裂隙較發(fā)育，施工鉆孔中一般未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，地下泉水流量為0.20～1.00 L/s，為弱的巖溶裂隙含水層，水質(zhì)為HCO3-Ca型水，為弱富水性的裂隙含水層[1]。

(4)二疊系上統(tǒng)大隆組裂隙含水層(P2d)：由硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖和硅質(zhì)巖組成，層厚4.78～270 m，平均95 m。節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層破碎，采取率較低，節(jié)理發(fā)育，淺部風(fēng)化帶、裂隙及小溶隙(洞)發(fā)育，局部有石英脈和方解石脈充填，908孔個抽水試驗(yàn)孔抽水13 min就沒有水返出，后觀測恢復(fù)水位，708孔只抽5 min，孔內(nèi)無水可抽，根據(jù)恢復(fù)水位計(jì)算滲透系數(shù)：908孔K=1.554×10-3m/d，708孔K=2.39×10-4m/d，粗略計(jì)算單位涌水量為q=0.00123～0.00128 L/(m·s)，水位標(biāo)高19.59～72.22 m，水質(zhì)為HCO3-Ca型，pH值7.51，總礦化度253.7 mg/L，為弱富水性的裂隙承壓含水層[1]。

(5)二疊系龍?zhí)督M上段砂巖裂隙含水層(P2l2)：主要由中～細(xì)粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及煤層組成。層厚83～228 m，含水層平均 厚度105 m，據(jù)鉆孔資料，砂巖中裂隙較發(fā)育，鉆孔穿層間砂巖含水層時，巖芯有時較破碎，孔內(nèi)有少量漏水或涌水現(xiàn)象，未出現(xiàn)較嚴(yán)重漏水現(xiàn)象。據(jù)908孔和708孔，抽水試驗(yàn)，利用恢復(fù)水位計(jì)算單位涌水量為0.000203～0.00032 L/(m·s)，滲透系數(shù)0.0000125～0.0000138 m/d，為富水性較弱的裂隙含水層，是礦坑直接充水含水層[1]。

(6)二疊系下統(tǒng)當(dāng)沖組上段裂隙含水層(P1d)：以硅質(zhì)巖為主，間夾硅質(zhì)灰?guī)r，含燧石結(jié)核，具鐵錳質(zhì)條帶，地表風(fēng)化節(jié)理裂隙發(fā)育，井泉出露極少，為弱的裂隙含水層[1]。

4.2 隔水層(相對隔水層)

(1)二疊系上統(tǒng)大隆組(P2d)底部：主要為鈣質(zhì)泥巖，厚度4.5～26.00 m，平均厚約17.20 m，遇水膨脹，隔水性好，為中上部硅質(zhì)灰?guī)r與下伏龍?zhí)督M之間的隔水層。

(2)二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M下段(P2l)：由細(xì)粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、組成，平均厚度大于200 m，富水性極弱，透水性差，可視為隔水層。

4.3 斷層裂隙帶的導(dǎo)水性

本區(qū)構(gòu)造為中等類型，部分地層倒轉(zhuǎn)，詳查區(qū)發(fā)育的F7、F15、F16斷層，在擠壓應(yīng)力作用下，其斷裂帶多為閉合性質(zhì)，透水性、導(dǎo)水性均差。F16為正斷層，鉆孔穿過該斷層時，未發(fā)現(xiàn)涌、漏水現(xiàn)象，說明透水性、導(dǎo)水性均差。

區(qū)內(nèi)雖然由于斷層切割致使地層發(fā)生重復(fù)、變薄或斷失現(xiàn)象，斷裂帶未出露地表，各斷層上、下盤巖層均系富水性弱的含水層或隔水層，且含水層之間均有較為完整、穩(wěn)定的隔水層，故斷層水一般對礦井充水關(guān)系較小，對煤層開采影響不大，有利于進(jìn)一步工作[1]。

4.4 生產(chǎn)井水文地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)沒有生產(chǎn)礦井，礦區(qū)外圍西部有5個生產(chǎn)礦井。其中以桃水煤礦泉塘沖井規(guī)模最大，開采礦種為煤，開采方式為地下開采，生產(chǎn)規(guī)模為21萬t/a，據(jù)調(diào)查：礦井主要充水因素為老窯水和頂板砂巖裂隙水，現(xiàn)開采水平在-350 m，雨季涌水量為550 t/h，一般涌水量為250 t/h。礦井排水隨降雨量和開采范圍增加而增加[1]。

4.5 地下水的補(bǔ)給，逕流和排泄條件

大氣降雨是區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來源。礦區(qū)含水層補(bǔ)給途徑：

(1)大氣降雨直接下滲補(bǔ)給第四系孔隙潛水及基巖地下水；(2)地表水(包括河溪和水塘)直接補(bǔ)給第四系孔隙潛水，亦能通過透水性相對較好和厚度較小的風(fēng)化殘積層間接補(bǔ)給強(qiáng)一弱風(fēng)化巖層和斷裂破碎帶地下水[2]。

在自然條件下，礦區(qū)地下水自高處向低處潛流，小部分地下水經(jīng)過短小流徑在河谷切割處或地形低注處，以下降泉形式排泄，泉水流量小于1.0 L/s。

4.6 礦井充水因素分析

本區(qū)礦坑充水因素為龍?zhí)督M層間砂巖裂隙水、老窯水及斷層水。

(1)龍?zhí)督M層間砂巖裂隙水。龍?zhí)督M層間含水層平均累厚105 m，與煤層及砂質(zhì)泥巖、粉砂巖相間，一般未形成統(tǒng)一體含水層，富水性弱。為本區(qū)礦坑水主要充水因素，

(2)老窯水。本區(qū)煤礦開采歷史悠久，老窯密布，且難于查清，一般都積水，嚴(yán)重地威脅深部礦井的開采。

(3)本次鉆孔揭露時無漏水或涌水現(xiàn)象，在詳查區(qū)外的生產(chǎn)井淺部有揭露斷層時，有滴水或少量淋水現(xiàn)象，斷層帶富水性弱，導(dǎo)水性差。

4.7 礦井涌水量預(yù)算

(1)地下水動力學(xué)法[3]:通過本次詳查資料分析，根據(jù)礦床水文地質(zhì)條件及其礦坑充水因素分析，選擇地下水動力學(xué)法之大井法，預(yù)算前期開采-300 m水平末期涌水量(見表1)。

表1 地下水動力學(xué)法計(jì)算參數(shù)表

(2)比擬法[3]。詳查區(qū)與相鄰的桃水煤礦泉塘沖井的礦坑充水條件相似，采用比擬法預(yù)算前期開采-300 m水平末期涌水量。

式中,Q泉為泉塘沖煤礦現(xiàn)-350 m水平礦坑正常涌水量,為250 m3/h；Q為預(yù)測礦區(qū)-300 m水平以上礦坑涌水量，m3/h；F泉為泉塘沖煤礦-350 m水平已開采面積，為1 352 000 m2；F為預(yù)測礦區(qū)-300 m水平總面積,為7 262 000 m2；S泉為泉塘沖煤礦-350 m水平水位降深，龍?zhí)督M砂巖平均水位+38 m，為+388 m；S為預(yù)測礦區(qū)-300 m水平水位降深，S為338 m。

將以上參數(shù)分別代入計(jì)算公式，計(jì)算得詳查區(qū)-300 m水平一般涌水量為570 m3/h。

由上述兩種計(jì)算方法預(yù)算詳查區(qū)-300 m水平的正常涌水基本接近，最大涌水量為正常涌水量的2～2.5倍，礦區(qū)最大涌水量為1 230 m3/h。

以上預(yù)算的涌水量均不包括老窯、斷層等突水時的瞬間潰入量。

5 結(jié)語

礦區(qū)為一個較完整的被紅層掩蓋的向斜水文地質(zhì)單元組成。區(qū)內(nèi)地表水系較發(fā)育，桃水河為地表水及地下水排泄的主要通道。礦區(qū)相鄰的小煤礦水文地質(zhì)條件揭露較充分，其礦坑涌水量較小，涌水量一般為2～54 m3/h，規(guī)模較大的桃水煤礦泉塘井開采水平在-350 m，雨季涌水量為550 m3/h，一般涌水量為250 m3/h，礦坑充水的主要因素為龍?zhí)督M砂巖裂隙水、老窯水及斷層水，地表水對礦床充水影響較小。故本礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單。

礦區(qū)內(nèi)沒有含水豐富的含水層，調(diào)查的泉水流量小，不能滿足今后礦山開采的生產(chǎn)生活用水，桃水河已被礦坑水輕度的污染，經(jīng)處理后基本上可做為生產(chǎn)用水，生產(chǎn)用水 要從礦區(qū)外圍的茅口灰?guī)r含水層中打井供水。