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两淮矿区水文地质条件分析对比研究

本科毕业论文

两淮矿区水文地质条件分析对比研究

LIANGHUAIMINEANALYSISANDCOMPARISION

OFHYDROGEOLOGICALCONDITIONS

学院（部）：

地球科学与工程学院

专业班级：

地质工程

学生姓名：

陈晨

指导教师：

刘向红老师

2011年1月5日

两淮矿区水文地质条件分析对比研究

摘要

两淮矿区是我国13个大型煤炭基地之一，是我国重要的煤炭和精煤生产基地。

矿区突水事故频繁发生，造成经济和人力资源损失，体现了研究矿区水文地质的重要性。

本文通过对亳州和淮南潘谢矿的水文地质条件分析，总结对比两地矿区水文地质条件的异同之处。

亳州地区浅层孔隙水组由第四系全新统大墩组（Q4d）及上更新统茆塘组（Q3m）组成，含水层岩性为粉土、粉砂、粉细砂。

淮南潘谢矿浅层孔隙水组由第四系上更新统、全新统地层组成，岩性以粉细砂为主。

两区浅层孔隙水补给来源主要都是降水入渗，排泄方式主要为蒸发、侧向径流、人工开采和向深层越流及向河流排泄。

关键词：

两淮矿区水文地质浅层孔隙水

LIANGHUAIMINEANALYSISANDCOMPARISION

OFHYDROGEOLOGICALCONDITIONS

ABSTRACT

Lianghuaimineisoneof13largecoalbasesinChina，andit’sanimportantproductionbaseofcoalandcleancoal.Minewaterinrushoccurredfrequently,resultinginlossofeconomicandhumanresources,reflectstheimportanceofminehydrogeology.BasedonanalysisthehydrogeologicalconditionsofBozhouandthePanxiemining,comparisonthehydrogeologicalconditionsandfoundthesimilaritiesanddifferencesbetweenthem.TheshallowporewaterofBozhougroupconsistsofQuaternaryHoloceneDadungroup（Q4d）andUpperPleistoceneMaoTongGroup（Q3m）,andaquiferlithologyissilt,silt,finesand.TheshallowporewaterofpanxieinHuannanisformedbyQuaternaryUpperPleistocene,Holocenestrata,andthelithologyismainlyfinesand.Theirshallowporewatersupplysourcesaremainlyrainfallinfiltration.Themainexcretionmethodsisevaporation,lateralflow,humanexploitation,leakytodeepandexcretiontotheriver.

KEYWORDS：

Lianghuai；mine；hydrogeology；shallowporewater

目录

摘要I

1绪论-1-

1.1研究意义-1-

1.2研究现状-1-

1.3研究内容-2-

2淮北矿区水文地质条件-3-

2.1地理位置-3-

2.2地质概况-3-

2.3水文概况-4-

2.4亳州水文地质条件-4-

3淮南矿区水文地质条件-7-

3.1地理位置-7-

3.2地质概况-7-

3.3水文概况-8-

3.4潘谢矿水文地质条件-8-

4分析对比-11-

结语-11-

参考文献-12-

谢辞-13-

1绪论

1.1研究意义

两淮矿区是我国13个大型煤炭基地之一，涉及淮南、淮北、宿州、阜阳、亳州、蚌埠6市所辖的10区7县。

其中淮北矿区煤炭保有储量85亿吨，有焦煤、1/3焦煤、气煤、肥煤、贫煤、瘦煤、无烟煤和天然焦等主要煤种，煤质优良，属低硫、低灰、特低磷、高发热量、粘结性强、结焦性好的“绿色环保型”煤炭。

淮北矿区储量丰富、煤种齐全、煤质优良、分布广泛、矿床规模较大、综合效益凸现，已成为我国重要的煤炭和精煤生产基地。

淮南为全国亿吨煤基地、华东火电基地和煤化工基地的“三大基地”，华东地区的工业“心脏”。

经济以重工业为主，煤工业为支柱产业，目前已探明的煤炭储量为444亿吨。

到2010年煤炭产量将达到１亿吨左右。

是全国13个亿吨煤炭煤炭基地之一。

地下水一方面可作为矿山的生活和工业供水水源，在水力采煤的矿井中可以利用地下水进行水采、水运、水选；另一方面，地下水又是流入矿井的主要水源，增加了矿井的排水费用，有些矿井由于充水条件复杂，充水性很强，影响到已查明的矿产不能早日进行开采。

对于一些生产矿井，由于地下水的涌入，轻者影响采掘效率，重则造成淹采区、矿井，迫使生产停顿。

因此，研究矿区水文地质条件，分析造成矿坑水害的各种因素，对防治水害，保证矿井安全生产具有重大意义。

1.2研究现状

矿坑涌水是矿产资源开发过程中的一种常见现象，轻则影响生产、增加采煤成本，重则淹没矿井并造成人身伤亡事故和重大财产损失。

掌握煤矿水文地质规律，对矿区地下水进行综合调控是煤矿水文地质学的基本任务，近年来，围绕着这一任务，取得了如下主要研究进展。

（1）保水采煤技术：

保水采煤是针对陕北侏罗纪煤田开发过程中第四系萨拉乌苏组地下水向矿井充水及生态环境不断恶化的问题提出来的。

（2）华北型煤田煤矿防治水技术体系：

华北型煤田是我国主要的煤炭生产基地，石炭-二叠系含煤地层直接不整合于奥陶纪灰岩之上，属典型的岩溶充水煤矿床，水文地质条件十分复杂，解决好这一地区的煤矿水害问题对于我国煤炭工业的可持续发展具有重要意义。

（3）陷落柱发育规律及其治理技术：

自从1984年6月2日开滦范各庄2171工作面发生岩溶陷落柱特大突水事故以来，陷落柱对煤矿安全生产的危害已经引起广泛关注。

陷落柱成因、分布规律、导水性等问题的研究成为热点和难点问题。

近年来，针对华北型煤田特殊的水文地质环境，我国学者从围岩结构力学、岩体水力学条件等方面对陷落柱的导水、阻水机理进行了系统地研究。

1.3研究内容

两淮矿区是我国13个大型煤炭基地之一，对我国工业生产和经济发展有推动作用。

本文作者依据现有的资料，简要的介绍淮南、淮北的地质情况，并分别对两地矿区的水文地质条件进行分析对比，总结其异同之处。

2淮北矿区水文地质条件

2.1地理位置

淮北矿区位于安徽省北部,东为宿东向斜，西至豫皖省界，南起板桥断裂，北至苏皖交界（图2-1-1），总面积9600平方公里，其中含煤面积6912平方公里，包括濉肖、宿县、临涣、涡阳四大矿区。

全矿区煤炭保有储量85亿吨，有焦煤、1/3焦煤、气煤、肥煤、贫煤、瘦煤、无烟煤和天然焦等主要煤种，煤质优良，属低硫、低灰、特低磷、高发热量、粘结性强、结焦性好的“绿色环保型”煤炭。

图2-1-1淮北地理位置图

2.2地质概况

淮北地区位于华北板块东南缘，主体属于鲁西—徐淮隆起区中南部的徐宿凹陷，夹持于近东西向的丰沛隆起和蚌埠隆起之间，向西与河淮沉降区相接，东部以郯庐断裂带为界（图2-2-1）。

构造格架受南、东两侧板缘活动带控制，表现为受郯庐断裂控制的近SN向（略偏NNE）的褶皱断裂，叠加并切割早期EW向构造，形成菱形断块式的隆坳构造系统，并在此基础上发展形成了以线性紧闭褶皱和逆冲叠瓦断层为主要特征的徐—宿弧形双冲—叠瓦扇逆冲断层系统。

图2-2-1安徽北部构造图

淮北地区地层自下而上包括太古界，上元古界青白口系、震旦系，古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界三叠系、侏罗系和白垩系，新生界古近系、新近系和第四系。

2.3水文概况

区内局部为构造剥蚀低山残丘，出露震旦、寒武、奥陶和石炭系地层，绝大部分被新生界松散层所覆盖，低山海拔180～408m，平原地面标高20～50m，地势西北高东南低。

区内河流属淮河水系，主要有闸河、濉河、沱河、浍河及涡河等，属季节性河流，年平均流量3.52～2.10m3/s，年平均水位为14.73～26.5m。

2.4亳州水文地质条件

按含水介质、空隙类型和地下水的赋存条件，区内地下水类型可划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水和基岩裂隙水三种类型。

1、松散岩类孔隙水

根据含水层的埋藏条件，从上至下可划分为浅层孔隙含水层组（50m以浅）、深层第一孔隙含水层组（50—165m）、深层第二孔隙含水层组（165—660m）、深层第三孔隙含水层组（660—900m）。

（1）浅层孔隙含水层组（50m以浅）

由第四系全新统大墩组（Q4d）及上更新统茆塘组（Q3m）组成，含水层岩性为粉土、粉砂、粉细砂。

一般具上细下粗的“二元结构”或粗细相间的“多元结构”。

发育1—3层厚度较大、分选性较好的粉细砂层，累计厚度5.0—25.0m，砂层间无稳定的粘性土相隔，各含水层间水力联系密切，属潜水或半承压水。

水位埋深一般1.0—2.5m，沿涡河两岸水位埋深达2.0－4.0m。

根据钻孔抽水试验结果，涡河以北单井涌水量＞1000m3/d；涡河以南单井涌水量500—1000m3/d。

水质类型为HCO3—Ca或HCO3—Ca·Mg型，矿化度＜1.0g/l，PH值7.3。

该层为农村居民生活用水及农灌的主要水源。

浅层地下水埋藏浅，直接接受降水补给，雨后水位上升快，呈现降水入渗—蒸发型动态特征，其水位年际变化不大，年内水位高峰出现在7—9月汛期，1—4月水位较稳定，5—6月水位下降，10月份以后水位又开始回落。

水位年变幅2.0—4.0m。

浅层孔隙水补给来源：

降水入渗、地表水补给和灌溉回渗，其中降水入渗是浅层孔隙水补给的主要来源。

排泄方式主要为蒸发、侧向径流、人工开采和向深层越流及向河流排泄。

（2）深层第一孔隙含水层组（50—165m）

由第四系中更新统潘集组（Q2p）、下更新统蒙城组（Q1m）组成，含水层岩性以粉砂、粉细砂、细砂为主，局部为含砾中粗砂，具“多元结构”，发育2—3层含水砂层，单层厚度2.0—15.0m、累计厚度10.0—40.0m。

地下水具承压性质，水位埋深1.5—8.5m，年变幅0.2—2.5m。

根据钻孔抽水试验结果，单井涌水量1000—2000m3/d。

水质类型为HCO3—Na或HCO3·SO4—Na型，矿化度1.0—1.5g/l，PH值7.5。

该层为城镇供水的主要开采层。

深层第一孔隙水补给来源主要为含水层的侧向补给和少量的垂向越流补给，地下水径流较缓慢。

排泄方式主要为人工开采和侧向径流。

（3）深层第二孔隙含水层组（165—660m）

由第三系上新统明化镇组（N2m）组成，含水层岩性为粉砂、细砂、中砂，局部半胶结，发育2层含水砂层，厚度10.0—40.0m。

地下水具承压性质，水位埋深7.5—22.5m，年变幅0.4—1.5m。

根据钻孔抽水试验结果，单井涌水量1000—2000m3/d。

水质类型为HCO3—Na或HCO3·Cl—Na型，矿化度0.5—1.5g/l，PH值7.3。

该层地下水为天然矿泉水资源。

深层第二孔隙水补给来源主要为含水层的侧向补给，地下水径流较缓慢。

排泄方式主要为人工开采和侧向径流。

（4）深层第三孔隙含水层组（660—900m）

由第三系中新统馆陶组（N1g）组成，含水层岩性为松散—半胶结的粉砂岩、细砂岩，局部为含砾粗砂岩。

地下水具承压性质，水位埋深38.0—44.5m，年变幅1.5—2.5m。

根据钻孔抽水试验结果，单井涌水量500—1000m3/d。

水质类型为HCO3—Na或HCO3·Cl—Na型，矿化度0.5—1.5g/l，PH值7.4。

该层地下水富含锶、偏硅酸等多种对人体有益的矿物元素，水温25—50℃，为天然地热矿泉水资源。

深层第三孔隙水补给来源主要为含水层的侧向补给，地下水径流缓慢。

排泄方式主要为侧向径流。

2、碳酸盐岩类裂隙溶洞水

分布于区内西北部的碳酸盐岩基本埋藏于350m厚的松散层之下；分布于涡阳县北东部及蒙城北西部的碳酸盐岩浅埋于100m左右厚的松散层之下，局部出露于地表。

含水层岩性为石炭系上统（C2）、奥陶系下统—中统（O1-2）、寒武系下统—上统（∈1-3）、震旦系上统（Z2）的灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥灰岩等，溶蚀裂隙、溶洞弱发育，局部较发育。

据《蒙城县第二自来水厂初步设计说明书》，在县城北东部梁土山地区勘察中，查明100余米深处隐伏岩溶中有一相当规模的岩溶水水源地，单井涌水量达2000m3/d。

水质类型为HCO3－Ca·Mg型，矿化度＜1.0g/l，静止水位埋深在5.0m左右。

碳酸盐岩裂隙溶洞水补给来源主要是获取侧向径流及上覆松散岩类孔隙水的越流补给。

排泄方式以人工开采及侧向径流为主，目前主要在蒙城县水源地进行开采，其它地区尚未进行岩溶水开采。

3、基岩裂隙水

隐伏分布于谯城区十河镇、谯东镇大寺、涡阳县义门镇、闸北镇、城东镇、西阳镇、蒙城县小涧镇及利辛县展沟镇、阚疃镇、新张集乡等地，含水层岩性为三叠系下统（T1）、二叠系下统—上统（P1-2）、青白口系八公山群（Qnbg）、震旦系下统魏集组—四十里长山组（Z1w—Z1ss）及上太古界五河群（Ar2wh）的页岩、泥岩、粉砂岩、砂砾岩、石英砂岩、黑云母斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩等，裂隙不发育，单井涌水量10—100m3/d，目前区内尚未开采。

3淮南矿区水文地质条件

3.1地理位置

淮南煤田地处安徽省淮北平原南部，淮河中游两岸，淮南矿区是我过重要的煤炭生产基地之一，含煤32～40层，煤层厚度达42m，为煤层群开采。

矿区东西走向长100km，南北倾斜宽20～25km，面积3000km。

-1000m以上现已探明煤炭地质储量为17.5Gt。

按1999年底统计，现有生产矿井开采储量为1.463Gt。

矿井分布及交通位置如图3-1-1。

图3-1-1矿井分布及交通位置图

3.2地质概况

淮南矿区位于华北板块的南缘，郯庐断裂的西侧。

煤田为一复向斜构造，东接郑（城）～庐（江）断裂，西接周口凹陷，北毗蚌埠隆起，南邻合肥凹陷。

构造形式为近东西向的对冲构造盆地，南北两侧均为推覆冲断构造构成的叠瓦扇，内部则为一复式向斜构造。

区内构造以北西西向构造占主导地位，受后期强烈改造，但总体形态变化不大。

地层除中生界侏罗系和古生界志留系、泥盆系缺失外，其余地层均有不同程度发育。

前第四纪地层除上太古界霍邱群、青白口系、震旦系、寒武系、奥陶系、白垩系局部出露地表外，其余均被第四系覆盖。

3.3水文概况

淮河是流经淮南市的最大河道，自西部边缘横切寒武系石灰岩后，分南北两支流进入淮南市区，而后在新庄孜矿东北面汇合。

除淮河以外，还有淮河的二级支流（如泥河、窑河）、旁侧湖泊（如高塘湖、十涧湖、瓦埠湖、钱家湖、湖大涧等）、采矿塌陷湖，以及大大小小的水库（如老龙眼水库、乳山水库等）。

3.4潘谢矿水文地质条件

根据地下水贮水介质的特性，含水孔隙的类型，潘谢矿的地下水主要为松散岩层孔隙含水层岩组、碎屑岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水三种类型，图3-4-1为研究区内水文地质剖面图。

以埋藏深度、岩性组合和水力性质等进一步划分为不同的亚类，其中松散岩层孔隙水又可分为浅层孔隙水、中深层孔隙水及深层孔隙水。

由于本次研究的主要对象为浅层孔隙水，因此，报告仅分析了浅层孔隙水的水文地质条件。

浅层孔隙水为一开放的地下水含水系统，赋存于新生界松散岩类地层中，由第四系上更新统、全新统地层组成，岩性以粉细砂为主，从图3-4-1可以看出，区域内含水岩组在水平方向上，厚度比较均匀。

含水层顶板埋深5.0-15.0m，底板埋深25.0-50.0m，砂层累计厚度5-15m；古河间地带，含水砂层发育相对较弱，含水砂层厚度一般小于10m；古河道地带，含水砂层相对发育，含水砂层厚度一般大于10m。

地下水水力性质为潜水-微承压水，渗透系数1.2-2.5m/d。

天然状态下地下水位埋深1.0-2.0m。

浅层地下水富水性分区界线与古河道的古河床交互发育带、古河漫滩相带及河间地块分布的界线基本一致，古河道展布方向与现代河流流向大致相同。

浅层地下水按照富水性分为强富水区、中等富水区及弱富水区。

强富水区主要分布于古河道一带，单井涌水量40～60m3/h；中等富水区主要分布于古河道边缘～河漫滩相及古湖口一带，单井涌水量25～40m3/h；古河间地块，古湖盆中部为弱富水区，单井涌水量10～25m3/h。

天然状态下，浅层孔隙水的补给、径流与排泄条件主要取决于气象、水文、地层岩性、构造和地形地貌等因素，这些因素各自独立而又互相联系。

浅层孔隙水主要通过包气带接受大气降水入渗补给，其次为农田灌溉、地表水入渗补给，其中大气降水入渗补给量占据主导，约占浅层地下水总补给量的86%以上，引提地表水灌溉渗漏补给量占6%～8%，地表水体入渗补给量占3%左右。

图3-4-1潘谢矿水文地质剖面图

浅层孔隙水径流方向与地面倾向一致，总体趋势由西北向东南径流，水力梯度约为1/10000—2/10000。

潜水蒸发是浅层孔隙水的主要排泄途径，其次为垂直向下部中深层孔隙水越流排泄、枯水期向河流排泄和人工开采排泄。

在人工开采程度日益提高的情况下，本区浅层地下水动态由原来天然条件下的降水—入渗—蒸发型逐渐转化为降水—入渗—潜水蒸发、人工开采型和降水—入渗—人工开采、蒸发型方向发展。

地下水水化学变化主要受控于水文地质条件以及降水补给、径流等条件。

研究区内地下水化学类型以HCO3-Ca、HCO3-Ca—Na型和HCO3—Ca·Mg型为主，水温16.5—19℃，溶解性总固体0.3—0.8g/l。

浅层孔隙水的动态变化受地形、地貌、包气带岩性、降水及蒸发多种因素的影响，天然状态下主要受控于气象条件，表现出降水入渗－蒸发型的动态特征。

根据对研究区内谢桥地下水位长期观测孔资料成果分析（1975-2007年），区内地下水水位变化具明显的季节性变化特征，呈现降水入渗—蒸发型动态，图3-4-2为浅层孔隙水水位与降水量多年月平均动态变化过程图，1-5月份水位较枯，2月份水位最低，多年平均水位为24.17m，埋深为2.03m，5-7月份水位随着雨季的到来，水位开始回升，7月份达到最大值，水位为25.33m，埋深不到1m。

8月份过后地下水位开始下降，至次年2月达到最低值。

在灌溉期，地下水受到人类活动的影响，水位有所下降。

多年平均地下水位为24.68m，多年水位均值变化幅度为1.16m。

图3-4-2浅层孔隙水位与降水量多年月平均动态变化过程图

4分析对比

（1）亳州地区浅层孔隙含水层组（50m以浅）由第四系全新统大墩组（Q4d）及上更新统茆塘组（Q3m）组成，含水层岩性为粉土、粉砂、粉细砂。

淮南地区浅层孔隙含水层组赋存于新生界松散岩类地层中，由第四系上更新统、全新统地层组成，岩性以粉细砂为主。

（2）亳州地区浅层孔隙含水水质类型为HCO3—Ca或HCO3—Ca·Mg型，矿化度＜1.0g/l，PH值7.3。

淮南地区浅层孔隙含水以HCO3-Ca、HCO3-Ca—Na型和HCO3—Ca·Mg型为主，水温16.5—19℃，溶解性总固体0.3—0.8g/l。

（3）两地区浅层孔隙水补给来源均为降水入渗、地表水补给和灌溉回渗，其中降水入渗是浅层孔隙水补给的主要来源。

排泄方式主要为蒸发、侧向径流、人工开采和向深层越流及向河流排泄。

（4）地下水动态特征均为降水入渗—蒸发型，但在人工开采程度日益提高的情况下，淮南潘谢矿区浅层地下水动态由原来天然条件下的降水-入渗-蒸发型逐渐转化为降水—入渗—潜水蒸发、人工开采型和降水—入渗—人工开采、蒸发型方向发展。

结语

（1）淮北、淮南矿区均位于华北板块的南缘，郯庐断裂的西侧。

地层自下而上为上元古界青白口系、震旦系，古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界三叠系、侏罗系和白垩系，新生界第四系。

（2）淮北河流属淮河水系，主要有闸河、濉河、沱河、浍河及涡河等，属季节性河流。

淮南除淮河以外，还有淮河的二级支流、旁侧湖泊、采矿塌陷湖，以及水库。

（3）两淮地区浅层孔隙水水质均为HCO3—Ca或HCO3—Ca·Mg型，补给来源主要为降水入渗，排泄方式主要为潜水蒸发。

参考文献

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[13]魏可忠.矿井水文地质[M].煤炭工业出版社，1991.

谢辞

首先要感谢我刘向红老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；从开始的搜集材料，初稿的审核到最后论文的定稿的整个过程中，老师都及时给予我建议，指出不足之处，帮助我更好地组织论文结构，不断充实论文的内容。

同时也要感谢同组同学与室友给予我的指导和帮助，这次能够顺利完成自己的本科毕业论文设计，得益于他们的帮助，在这里表示自己衷心的感谢！