平顶山矿区地质与水文地质条件

Question

如题所述

Answer 1

一、气象水文

平顶山矿区气温属南温带季风区半干旱性气候，多年平均降水量736.7mm，年最大降水量为1323.6mm，年最小降水量373.9mm，雨季多集中在6～8月份，占全年64.6%。年平均气温 14.9℃，年最高气温 42.6℃，年最低气温-18.8℃。多年平均蒸发量为2097mm，年最高蒸发量2742.4mm。

矿区南北两侧有沙河、汝河围绕，沙河、汝河发源于伏牛山东侧，自西向东流经矿区的南部和北部边缘，并在矿区东部马湾附近汇合。沙河在矿区标高+75～+106m，最大流量5270m³/s；汝河标高+75～+80m，最大流量3040m³/s。湛河位于沙河北，在七星公司附近与北干渠连通，在张庄附近汇入沙河。韩梁矿区内仅有一条自北向南流向、横贯全区的石龙河，在段店附近流出矿区汇入沙河，流量为0.01～33.13m³/s。

白龟山水库是矿区内最大的地表水体，位于矿区西南缘，总库容6.49×10⁸m³，水位+107.0m，除拦河坝具有7孔排泄闸外，在水库北侧人工开挖的北干渠及西干渠与湛河沟通，用以调用水量，调节库容3.91×10⁸m³，洪水期及农田灌溉季节开闸放水分洪与灌溉，北干渠历年最大流量167.0m³/s，年径流量0.512～2.15×10⁸m³。西干渠历年水最大流量4.11m³/s，年径流量0.0965～0.344×10⁸m³。

二、地层构造

1.地层

平顶山矿区地层自下而上有太古宇太华群、新元古界震旦系、下古生界寒武系、上古生界石炭系、二叠系，中生界三叠系及新生界第三系、第四系，区内缺失奥陶系、中下石炭统等地层。较老地层分布在矿区西南部，含煤地层位于红石山—焦赞山以南及北部的九宫山一带。本区的中部是覆于煤系地层之上的上二叠统石千峰组和下三叠统刘家沟组，它们广泛出露并形成本区东西向的低山丘陵地形。

（1）太华群（A_rTh）：零星出露于白龟山水库北侧。岩性主要为石英岩、含铁质云母片岩和绢云母、角闪石石英片岩等。

（2）震旦系（Z）：出露于白龟水库北侧。主要由白云岩、白云质灰岩、石英砂岩和安山玢岩组成。

（3）寒武系（

）：出露于白龟山水库北侧和香山矿至七星公司南部。自下而上主要由灰黄色泥质灰岩、灰岩、砂质泥岩，灰色及深灰色鲕状、豆状灰岩、白云质灰岩等岩石组成，该地层构成煤系地层的基底。

（4）石炭系上石炭统太原组（C₃t）：与下伏地层（

）呈假整合接触，为一套海陆交互相的含煤建造。厚56～102.01m，平均67.92m，主要由砂岩、砂质泥岩、砂泥质灰岩、燧石团块灰岩及生物碎屑灰岩和煤（庚煤组）组成。底部为鲕状铝土质泥岩及星散状铁矿。

（5）二叠系（P）：由4个组组成。

下二叠统山西组（

）：由深灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩、砂岩、紫红色斑块泥岩及己煤组组成，含煤一组2～5 层，为本井田主要含煤地层，厚34～131.00m，平均94.00m。下二叠统下石盒子组（

）：整合于山西组之上，由浅灰色、灰白色、灰绿色砂岩，深灰色、灰黑色砂岩、砂质泥岩，紫红色斑块泥岩及煤层组成，含煤三组（丙、丁、戊煤组）及不稳定薄煤层1～3 层，厚305.80～409.00m，平均厚322.00m。上二叠统上石盒子组（

）：本组整合于下石盒子组之上，主要由灰色、深灰色砂质泥岩、泥岩，灰色、灰绿、肉红色及紫红色砂岩，紫红色斑块泥岩和煤层组成，本组不含可采煤层，含煤9～17层（甲、乙两煤组），平均厚度为255.00m。上二叠统石千峰组（

）：本组下部为平顶山砂岩段，为一套陆相碎屑沉积的灰白色厚—巨厚层状中粗粒长石石英砂岩，下部为巨粒夹含砾砂岩，厚65～154m，平均厚121.12m；平顶山砂岩段之上为一套陆相碎屑沉积的紫红色、暗红色长石石英砂岩、砂质泥岩，中夹薄层或透镜状砾岩，井田内平均厚21.00m。

（6）三叠系（T）：三叠系广泛分布于香山寺、艾山等丘陵最高峰，东西呈条带状展布，厚170m左右。主要由褐红色、砖红色砂岩、粉砂岩、砾屑灰岩和钙质泥岩组成。

（7）第三系（R）：本系岩性主要为不连续透镜状灰白色泥质灰岩，不整合沉积于各系之上。岩溶裂隙较为发育，为内陆湖相沉积。井田内厚0～6.93m，常见厚度3.50m，分布于井田南部。

（8）第四系（Q）：井田内主要为杂色粘土、黄土、亚砂土夹卵石及钙质结核，厚度随地而异，最厚达80.50m，平均33m。

2.构造

平顶山矿区位于华北平原南缘，伏牛山以北，箕山以南。矿区内有中部的平顶山矿区和西部的韩梁矿区。该矿区处于豫西断隆、华北断拗和北秦岭褶皱带的衔接部位，先后受到中岳、怀远、加里东、印支、燕山和喜马拉雅六期构造运动影响。中岳运动的北东—南西向的挤压应力，使前震旦系形成了轴向北西—南东向的褶皱基底，成为本期构造运动的主要格架。怀远运动和加里东运动使本区两次抬升，导致区内缺失奥陶系至中石炭统。在加里东运动至印支运动相对稳定期间，形成本区晚古生代含煤地层。印支运动再次抬升，导致侏罗系与白垩系遭剥蚀而缺失。燕山运动使古老基底发生隆起和坳陷盖层产生北西—南东向的褶皱和断裂，并伴有岩浆侵入与喷出。喜马拉雅运动使凹陷进一步发展，接受厚度达千米以上的新生代沉积，形成目前煤田构造。

矿区突出的地质特征为区内断块隆起，四周凹陷，形成了以郏县正断层、襄郏正断层、叶鲁正断层为界的叶鲁凹陷带、宝郏凹陷带和襄郏凹陷带。上述断层除郏县断层走向北东、落差较小外，其余两条均为走向北西、落差在千米以上的大断层。矿区位于伏牛山东端与黄淮平原西南缘过渡的低山丘陵地带，区内受构造控制形成一个以李口集向斜为中心的箕形向斜煤盆构造。平顶山砂岩及石千峰组红色砂岩，围绕煤盆边缘组成低山，南部由震旦系、寒武系组成剥蚀残丘，煤系地层隐伏在低山与残丘之间的坡、洪积层组成槽形谷地。地形西北高，东南低，标高+70～+506m。韩梁矿区西部的青草岭为震旦系、寒武系组成的低山，东部为第三系火山岩系，北部和南部为寒武系组成的丘陵，中部为坡、洪积层组成谷地，标高+200m左右。

区内主体构造为一宽缓复式向斜——李口向斜，轴向北西50°，北西向倾伏，向斜两翼倾角5°～15°，由轴部向两翼倾角逐渐变大。次一级褶皱有位于李口向斜轴以南的郝堂向斜，诸葛庙背斜、牛庄向斜和郭庄背斜；位于向斜轴以北的白石沟背斜、灵武向斜和襄郏背斜。次级褶皱的明显特征是向斜宽缓，背斜窄陡。西部还有石灰窑大营背斜及韩梁弧向斜构造。除韩梁弧向斜构造外，上述次一级褶曲其轴向大致与李口向斜轴向一致。这些构造，向斜浅部收敛，深部倾伏放开，背斜浅部翘起、深部倾没，其轴部受引张作用产生断层及裂隙，往往是喀斯特发育地段也是地下水富集地带。目前有一、二、四、五、六、八、十、十一、十二和本矿等11对生产矿井和三环、七星、香山3个公司分布在李口向斜轴以南浅部；十三矿和正在建设中的首山一矿位于李口向斜北翼。

三、水文地质特征

1.区域水文地质特征

平顶山矿区是以李口向斜为主体的含煤盆地，其北西、南东、北东和南部边界分别被断距为1000m左右的郏县断层、洛岗断层、襄郏断层和鲁叶断层所切割，形成地垒构造。由于矿区老地层与边界外第四系松散层接触，使得矿区难以从外围接受地下水补给，从而形成相对独立的水文地质单元。

李口向斜东部仰起，西部倾伏。在地表，平顶山砂岩和石千峰砂岩出露，组成一系列近北西—南东走向的低山，形成向北西方向开口的箕形地貌单元。李口向斜轴南翼，以红石山、龙山擂鼓台、落凫山、平顶山、马棚山、焦赞寨等低山组成地表分水岭，标高300～500m。分水岭南北分别为沙河和汝河水系。矿区内大的地表水体为汝河、沙河、湛河、乌江河及与白龟山水库相连的北干渠。汝河、北干渠、乌江河流经灰岩地层露头附近，对矿区地下水影响较大。

2.主要含水层及富水性

依据地层岩性、含水层充水空间和地下水类型，将平顶山矿区含水层（组）归并为5大含水岩组，即变质岩类裂隙含水岩组、碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组、碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组、碎屑岩类裂隙含水岩组、松散岩类孔隙含水岩组。

本区主要含水层有中、上寒武统灰岩喀斯特裂隙承压含水层组，上石炭统太原组灰岩喀斯特裂隙承压含水层组，煤系地层中砂岩裂隙承压含水层组和第三系及第四系泥灰岩、砂砾层无压及承压含水层组等。

（1）变质岩类风化裂隙含水岩组：由震旦系及其以前的古老变质岩系组成，以石英片岩、冰碛砂砾岩及石英岩为主，风化带一般厚30～100m，为裂隙潜水，局部为裂隙承压水，富水性弱。

（2）中、上寒武统灰岩含水层：寒武系以中部及中、下部毛庄组、馒头组页岩、砂质页岩为隔水层分为上下两个含水段。上段崮山组、张夏组岩溶较发育，以岩溶裂隙为主；在32-11孔见溶洞最大高度8.0m，在-250m以浅及构造破碎带附近，岩溶裂隙发育，相对富水性较强；单位涌水量为 0.00106～0.894L/s·m，渗透系数 0.000402～q0.726m/d，水质类型

及

水，矿化度0.2878～0.655g/L。下段辛集组岩溶发育不及上段，富水性稍差，为弱至中等富水的含水岩组。

（3）上石炭统太原组灰岩含水层：上石炭统太原组，厚32.50～119.00m，平均厚60m，由泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩、薄层石灰岩夹煤层组成，薄层灰岩一般7层，自上而下分为L₁至L₇，灰岩总厚16.81～48m，其中L₂和L₇灰岩比较稳定；浅部岩溶裂隙发育，富水性好，单位涌水量0.00535～18.00L/s·m，渗透系数0.0251～64.8m/d，矿化度0.26～0.59g/L，水质类型

，

；L₂灰岩是己组煤层底板直接充水含水层，L₇灰岩是开采庚20煤层的底板直接充水含水层。L_6-7灰岩含水层上距山西组己17煤层48～88m，一般60m，下距寒武系灰岩1～15m，一般3～6m，灰岩厚2.99～28.47m，一般厚10～15m，灰岩喀斯特发育，由上、下两层灰岩组成。溶洞高度可达5.96m（42-4孔）至16.66m（42-9孔），由于接近寒武系灰岩，易受寒灰水补给，其富水性仅次于寒武系灰岩，是对生产威胁较大的含水层。L₂灰岩含水层上距己17煤层3～47.8m，一般10m左右，灰岩厚1.5～22.8m，一般厚10～15m，灰岩喀斯特发育，多为小溶洞，42-4孔见溶洞高度可达1.42m，三矿井下遇溶洞高达8m，其富水性仅次于L_6-7灰岩。太原组灰岩含水层组混合抽水单位涌水量0.0005～65.8m³/h·m。二矿井下揭露L₂灰岩涌水量达420m³/h，揭露L_6-7灰岩溶洞时最大涌水量达1800m³/h。

（4）碎屑岩类裂隙含水岩组：包括二叠系平顶山砂岩及各煤层顶板砂岩含水层。平顶山砂岩在矿区中部分水岭出露，直接接受大气降水的补给，岩性为中粗粒石英砂岩，硅质胶结，厚110～130m，节理裂隙发育，富水性好，单位涌水量0.1568～1.0964L/s·m，渗透系数0.096～1.459m/d，水质类型

、

及

，矿化度0.300～0.412g/L。二叠系中、下部各煤层之间均有厚度较小的砂岩含水层，多为煤层顶板直接或间接充水含水层。各含水层之间都有泥岩、砂质泥岩相隔，一般无明显的水力联系。含水层以细、中、粗粒砂岩为主，单位涌水量0.00039～0.202L/s·m，渗透系数0.000047～0.952m/d，水质类型

、

，为弱含水的裂隙承压含水层。

（5）第三系含水层组：下部主要为河相沉积，其上部为河床、河漫滩及湖泊相，西部宝丰洼陷发育厚度达数百米，岩性为砂岩、砾岩及淡水灰岩，钻孔单位涌水量1～2m³/h·m。上部为湖相沉积，岩性为灰色泥质灰岩及淡水灰岩，厚0～28m，分布在平顶山矿区西南缘及湛河两侧，即基岩风化带古地形低洼处，呈条带状分布，在五、七矿范围最厚，泥灰岩局部喀斯特发育，富水性强，钻孔单位涌水量0.036～164.18m³/h·m，平均为19.026m³/h·m。第三系泥灰岩厚0～22m，分布于七至十一矿浅部煤层隐伏露头附近，含水性、导水性强，超覆于煤系地层之上，沟通了各灰岩含水层之间的水力联系，是造成七、五、十一矿水文地质条件复杂的主要因素之一，单位涌水量0.244～45.0 L/s·m，渗透系数0.487～2.90m/d，矿化度0.3g/L，水质类型

，

-Ca²⁺·Mg²⁺型。

（6）第四系砂砾含水层：指第四系松散层中的含水层，主要分布于沙河、汝河两岸和东部及东北部广大平坦地区，厚0～450m，自西向东厚度逐渐增大。岩性多为褐黄色、灰黄色含钙质结核的粉质粘土、粘土、细砂及卵砾石组成。主要含水层为上部冲洪积成因的细砂、砂砾石层和下部砾石层及底部砾石夹粘土层。含水层之间多被不稳定的薄层状的砂质粘土、粘土隔开。总体富水性较弱。沙河、汝河两边的冲积沙层富水，可作为供水水源，接受降水渗入补给及地表水季节性补给，径流受地形地貌条件影响，集中于河流排泄。钻孔单位涌水量为0.0007～16.2L/s·m，渗透系数为0.0021～193.35m/d，水质类型

，矿化度＜0.5g/L，水温16～18℃，水位标高+74.99～98.29m。

四、地下水运动特征

1.地下水的补给、径流与排泄特征

地下水的补给主要是大气降水和矿区西南缘寒武系灰岩露头及白龟山水库北干渠与西干渠等地表水体渗透补给，经过灰岩及第三系泥灰岩补给煤系地层。地下水接受了大气降水和地表水体的渗入补给以后，由浅入深自西向东径流，经由矿井排泄排水地下水形成一个与流向一致的西起十一矿、东到八矿的狭长漏斗，又因各矿排水影响造成了一个个小的狭长漏斗，包含在大漏斗之中，并相互干扰，促进了大漏斗往补给边界扩展，加快了地下水储量的消耗。

2.地下水运动特点

（1）地下水水位逐年下降：矿区受边界地质构造条件的控制，地下水与区域含水层水力联系被切割，区内含水层出露面积较小，补给来源有限，地下水以静储量为主，雨季或干渠放水期间地下水补给量增加，当补给量大于灰岩排泄量时地下水位在矿区西部大幅度回升，矿井涌水量增加，反之亦然。加之矿井大幅度排水，地下水位逐年下降，某些主要含水层易于疏干。

（2）恶性突水威胁逐渐增大：由于喀斯特浅部发育，隔水层也多被风化破碎，开采初期水压高易突水，突水时来势猛、威胁大，如八矿东风井1971年发生突水，水量4200m³/h，给生产造成威胁。但随着开采水平的延伸，平顶山矿区也具有高水压、高地温和高地应力的特点。例如二矿和禹州新锋一矿在2005年均发生恶性寒灰突水事故，经济损失很大。

（3）基底寒灰水补给量较大：在矿区开采过程中，深部出水点袭夺浅部出水点，大出水点袭夺小出水点，如二矿和八矿，说明灰岩含水层喀斯特裂隙发育，水力联系密切。总结矿区煤层底板突水规律，可以看出，石炭系薄层灰岩突水有时水量较大，很可能受通过断裂构造由寒灰水补给，再者寒灰水直接突水经常发生。

五、地下水害现状

随着矿区二水平相继开发，己、庚组煤的产量逐年增加，其下伏灰岩水患日益突出，矿井喀斯特水量也随之增加。1987年全局14对矿井总排水量5215.12×10⁴m³，其中灰岩水就有4598.5×10⁴m³，占排水量88.17%。上述含水层地下水均以突水形式涌入井巷中，自20世纪60年代以来，大于360m³/h的突水事故22次，其中来自灰岩的19次，占突水次数的79.16%；其中造成淹井3次，淹风井两次，其他均为局部被淹造成停采停掘。历年最大突水点出水量4390m³/h，采面最大涌水量420m³/h。

2005年7月二矿在掘进探水巷时，遇断层发生寒灰突水，最大水量3000m³/h，稳定水量1000m³/h，由于二矿和一矿相通，无防水煤柱，把一矿的一个水平淹没。2005年10月，禹州新锋一矿在大巷修理时，由于寒灰水顺小构造导升，修理打破了岩体应力平衡，发生滞后突水，最大水量38000m³/h，将矿井淹没。

根据上述情况，矿区主要水害是开采己、庚组煤层时，煤层底板灰岩喀斯特裂隙水以突水方式充入矿井，目前多数矿井还处在高水压、带压开采状态，不同程度地受到底板喀斯特裂隙水的威胁，全区受水威胁的煤炭储量达48925×10⁴t。