充水条件分析（精选八篇）
充水条件分析 篇1
关键词：地瓜二井田,水文地质条件,充水因素,充水地段
地瓜二井田位于贵州西部六盘水煤田, 东西长约12km, 南北宽约4km, 面积50.72 km2, 形状为不规则多边形。其煤炭资源以保证邻近电厂的燃煤供应, 目前已完成勘探。
1 区域水文地质条件概况
区域气候属亚热带高原季风气候, 属云贵高原的中高山地形, 地势总体为西北部高, 东南部低, 山体多与构造线一致, 区域构造属于北东向构造 (华夏系或新华夏系) 的盘南背斜范围, 井田位于盘南背斜南东翼, 属珠江水系—南盘江流域, 处于楼下河汇水构造水文地质单元的补给区。
2 井田水文地质条件
2.1 概况
井田总体上为一单斜构造, 地层倾向SE, 倾角4°-38°, 断层主要分布在井田东部, 井田西部中深部发育倾向上的褶曲 (落泥向斜、大地背斜) , 属中山地形, 地势总体北高南低, 其走向与地层走向一致。北部含煤地层出露, 地势较平缓, 呈带状凹地或缓坡, 植被发育, 田土广布;上覆飞仙关组地势陡峻, 山高谷深, 沟壑纵横, 形成区内最高山脉;中南部永宁镇组, 多形成大片同向坡, 发育岩溶洼地、溶洞、漏斗、落水洞及峰林、悬崖等岩溶地貌。
地下水总体为山高水高, 山低水低, 地下水在地势高处接受降雨补给后向周围地势低的冲沟排泄, 大面积内无统一的地下水位。地下水总体由北北西向南南东流动。
以中部的下厂河为界:下厂河西面, 有骆马岭~马家寨~龙家老包一线的分水岭和大地背斜一线的分水岭, 把其分为三部分;骆马岭~马家寨~龙家老包一线分水岭以北的地下水汇集于鲁沟河地段, 然后由西向东汇集到下厂河, 其出露地层为飞仙关组和龙潭组的碎屑岩地层, 为浅部构造裂隙水。骆马岭~马家寨~龙家老包一线分水岭以南和大地背斜一线分水岭以北的地下水主要汇集于落泥向斜, 然后由西向东 (偏南) 流向下厂河, 其出露地层为永宁镇组一、二段, 地下水主要赋存于永宁镇一段碳酸盐岩的溶蚀裂隙和岩溶管道内;大地背斜以南的地下水总体由北北西向南南东流动。
下厂河东面, 从柿花树—冬瓜林—荷包箐—马鞍山—腻山一线的分水岭, 出露地层为飞仙关组和永宁镇组, 飞仙关组和永宁镇组二段地层主要为碎屑岩, 含浅部构造裂隙水, 永宁镇组一、三段地层为碳酸盐岩, 含溶蚀裂隙和岩溶管道水, 地下水总体由北向南径流, 受地形影响柿花树—冬瓜林—荷包箐—马鞍山—腻山一线分水岭西面的地下水一部分由北东向南西流向下厂河, 其东面的地下水一部分由北西向南东汇集于木卡河。
河流以下厂河为主干流, 其余为支流, 大体呈树枝状。下厂河除去鲁沟河在井田进口的水量, 汇集了区内大部分大气降水, 勘查区东南部下厂河与木卡河汇合处为井田最低侵蚀基准面, 海拔高程约1338m。
2.2 地层的含 (隔) 水性
各地层含 (隔) 水性由新至老分述如下:
2.2.1 第四系松散物 (Q) :
主要为滑坡、残积物、洪积物、冲积物、坡积物等, 断续、零星呈厚薄不一分布于其余各地层之上, 厚度一般3m左右, 透水性相对良好, 泉水流量一般为0.01l/s-0.5l/s, 富水性弱。
2.2.2 三叠系下统永宁镇组 (T1yn) :
(1) 永宁镇组三段 (T1yn3) :岩性以灰岩为主, 区内最厚153.07m, 地下水露头最大流量为13.89l/s。该段多含溶隙水, 连通性好, 富水性强, 属强含水层。
(2) 永宁镇组二段 (T1yn2) :段厚67.17m~79.06m, 该段岩性上部40m左右为泥灰岩, 下部30m左右为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩, 地下水露头最大流量0.424l/s。该段浅部含风化裂隙水, 总体为相对隔水层, , 富水性弱。
(3) 永宁镇组一段 (T1yn1) :段厚197.76 m~225.55m, 上部130m左右为灰岩;下部60m左右为泥灰岩夹钙质泥岩, 地下水露头最大流量 (一般) 80l/s-150l/s。该层含溶隙水和管道型岩溶水 (暗河) , 含水不均匀, 富水性极强, 属强含水层。
2.2.3 三叠系下统飞仙关组 (T1f) :
(1) 飞仙关组五段 (T1f5) :岩性以泥质粉砂岩为主, 段厚81.64m~119.88m, 地下水露头最大流量0.321l/s, 该层浅部含风化裂隙水, 局部含构造裂隙水, 总体为相对隔水层, 富水性弱。
(2) 飞仙关组四段 (T1f4) :岩性以泥质粉砂岩、粉砂岩为主, 顶、底各为一层灰岩薄层, 段厚88.61 m~128.35m, 地下水露头最大流量0.783l/s, 该层浅部含风化裂隙水, 局部含构造裂隙水, 富水性弱。
(3) 飞仙关组三段 (T1f3) :岩性以泥质粉砂岩和粉砂岩为主, 该段厚度94.34m~152.72m, 地下水露头最大流量0.707l/s。本层浅部含风化裂隙水, 局部含构造裂隙水, 总体为相对隔水层, 富水性弱。
(4) 飞仙关组二、一段 (T1f1+2) :中上部为泥质粉砂岩、粉砂岩及细砂岩, 底部为粉砂质泥岩, 该段厚183.38m~237.52 m, 地下水露头最大流量0.635l/s。位于河边或谷底的钻孔多涌水, 涌水量0.09l/s-0.20l/s, 水头高度+0.00-4.90m, 钻孔单位涌水量0.00063-0.042l/s·m, 渗透系数0.00048 m/d-0.02722 m/d, 本组含少量基岩裂隙水, 富水性弱。
2.2.4 龙潭组 (P3l) :
岩性主要由泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、煤层及泥灰岩组成。厚度255.09m~398.70m, 北西薄南东略厚。地下水露头最大流量0.61l/s, 钻孔单位涌水量0.000067-0.00258l/s·m, 渗透系数0.000141m/d-0.000927m/d, 该层浅部含风化裂隙水和小煤矿积水, 深部富水性减弱。总体含少量基岩裂隙水, 富水性弱。
2.2.5 二叠系上统峨眉山玄武岩组 (P3β) :
岩性为玄武质熔岩集块岩及拉斑玄武岩;厚度211m~334m, 地下水露头最大流量0.3l/s。该层浅部含风化裂隙水, 总体为隔水层, 富水性弱。
2.2.6 滑坡 (H) 水:
井田内滑坡2个:H1滑坡位于勘查区东北部, 宽带状, 岩性主要为龙潭组砂泥岩和少量飞仙关组一、二段砂岩, 地下水露头最大流量1.287l/s, 富水性弱。H2滑坡:位于下厂河下游, 宽带状, 顺河道展布, 岩性主要为永宁镇组石灰岩和飞仙关组五段砂岩, 无泉点出露, 透水性强, 富水性弱。
2.3 断层水文地质特征:
区内断层较发育, 共发现地表断层19条, 隐伏断点7个。多属张扭性及压扭性断层。揭穿断层的钻孔在不同深度遇断层, 多数水位、消耗量变化正常, 仅浅部个别钻孔遇断层水位、消耗量变化较大。断层带附近出露的泉点较少:分布在浅部石灰岩地层的断层带, 岩溶发育, 其透水性强。即区内断层浅部局部具导水性, 富水性弱。
2.4 地表水:
区内有下厂河、鲁沟河、木卡河、歹苏河, 其中下厂河为主干流, 其余为支流, 大体呈树枝状。区内沟溪较发育, 一般流量较小, 枯季多干枯。
(1) 下厂河;位于勘查区中部, 该河为区内及外围地表水及地下水主要排泄枢干, 区内流经地层为T1yn1、T1f、, 区内长约7km, 河床标高1338m-1400m, 坡降比为10~13‰, 最大流量14.688m3/s, 雨季流量1.95m3/s左右, 枯季流量0.55 m3/s左右。变化幅度一般3.55倍, 最大达45倍。
(2) 鲁沟河;发源于区外, 于勘查区东部汇入下厂河。区内长约9.53km, 河床标高1400m-1491m, 坡降比为9.6-15.4‰。其西段在含煤地层 (P3l) 内, 东段在飞仙关组一二段 (T1f1+2) 地层内。西段最大流量6.98m3/s, 雨季流量0.355m3/s左右, 枯季流量0.18m3/s左右, 变化幅度一般2倍左右, 最大达39倍。东段最大流量7.406m3/s, 雨季流量0.50 m3/s左右, 枯季流量0.19m3/s左右, 变化幅度一般2.5倍左右, 最大达48倍。
(3) 木卡河;位于勘查区东部边缘, 流经地层为T1yn、T1f。全长约4km, 河床标高1338m-1410m, 坡降比为18.1‰-22.68‰, 最大流量2.75m3/s, 雨季流量0.55m3/s左右, 枯季流量0.05 m3/s左右, 变化幅度一般3倍左右, 最大达67倍。
2.5 老窑积水:
老窑大部分积水, 少量外溢, 外溢流量为0~3l/s, 调查的老窑多为单巷道开采, 而实际上很多老窑经过几代人的开采已相互连通或形成一个很复杂的巷道系统, 仅有少数老窑是单巷道开采, 其蓄水量很难估测。本区西北部区内及附近 (有影响的) 20个老窑静储水量 (最少) 共5703.28m3, 本区东北部附近 (有影响的) 7个老窑静储水量 (最少) 共47710m3。
2.6 地表水及地下水动态变化:
区内地表水及地下水动态具有季节性变化规律:6~9月为丰水期;10~12月为平水期;次年的1~5月为枯水期。而地下水、河水流量也是6~9月最大, 其间出现3~5次峰值, 10~12月较大, 1~4月最小。区内的河流一般在暴雨后2~3小时暴涨流量猛增, 变幅可达40-67倍。
3 矿井充水分析
3.1 邻近矿井的充水特征
邻近煤矿很少, 位于井田北部外围约1km左右的宏发煤矿, 采空区面积约500m×7600m, 正常涌水量为0.40l/s, 最大涌水量为1.74 l/s;枯季流量变幅小, 雨季流量变幅较大 (0.5-0.75倍) , 暴雨后达4-5倍, 地下水绝大部分从浅部风化带出水, 水量不大, 随着矿井增深, 出水量逐渐减弱, 甚至无水流出。出水方式多为顶板及边帮渗水, 少量淋水, 未发生过突水、淹井事故。
3.2 充水水源
1、大气降水:大气降水为区内的主要充水水源, 其充水强度与季节和降水强度、持续时间关系密切。
2、地表水:鲁沟河位于浅部煤层地段:鲁沟河西段附近开采直接受河水影响;鲁沟河东段附近开采, 若今后矿床开采后顶板管理采用全部陷落法, 根据预计采后覆岩导水裂隙带高度经验公式计算, 间接受河水影响。其他地段在没有断层以及大的裂隙的情况下对今后矿床开采不构成影响。
3、老窑水:本区西北部及东北部附近受老窑水影响。
4、矿井直接、间接充水含水层:若今后矿床开采后顶板管理采用全部陷落法, 则根据导水裂隙带的分析, 龙潭组为矿井直接充水含水层, 飞仙关组一、二段为矿井间接充水含水层。含煤地层下伏茅口灰岩强含水层由于中间有峨眉山玄武岩组隔水层, 厚度大于200m, 故推测对今后矿床开采不构成影响。
5、断层水:井田内断层一般富水性弱, 导水性差, 浅部局部具一定的导水能力, 含一定的地下水。
6、滑坡水:区内仅发现2处滑坡, 其富水性弱, 但导水性强。
3.3 充水通道
1、老窑:位于含煤地层浅部, 掘进中揭穿老窑, 会引起老窑突水。
2、构造裂隙带及开采后形成的导水裂隙带:区内断层一般富水性弱, 导水性差, 但当断层将上 (覆) 下 (伏) 强含水层与开采层的距离拉近或接触时, 则易造成水害。而在断层切割河床的地段, 由于人工作用, 可使断层改变了原始状态, 造成地表水沿断层带涌入井巷。
3、封闭不良的钻孔:由于钻孔多穿透含水层, 若封闭差则形成导水通道。
3.4 可能产生突水的地段
1、井田西北部鲁沟河段附近:鲁沟河西段与煤层直接接触, 鲁沟河东段煤层开采亦间接受鲁沟河影响;鲁沟河水量较大, 西段最大流量6.98m3/s, 东段最大流量7.406m3/s, 要严加防范。另外分布有废弃老窑水, 静储水量 (最少) 共5703.28m3, 单个老窑静储水量 (最少) 300m3-600m3。
2、井田东北角的老窑附近, 虽然在井田外, 但多年的开采可能已经开采到井田内, 尤其要注意9号老窑, 其静储水量 (最少) 46400m3, 其他老窑静储水量 (最少) 300m3左右。
3、井田东北角的H1滑坡地段:其富水性弱, 但导水性强, 滑坡位于含煤地层上部, 滑坡水直接影响煤层的开采。
4、其他构造裂隙发育的地带及开采后形成的导水裂隙带和封闭不良的钻孔等能沟通含水层或地表水 (河流) 的地带。
4 结语
井田地下水以大气降水补给为主, 地形有利于自然排水, 地下水系统较复杂, 大部分煤层位于当地侵蚀基准面以下, 直接、间接充水含水层和断层带及滑坡富水性弱, 断层带导水性差, 矿井充水主要来源于含煤地层本身及飞仙关组一、二段地层的基岩裂隙水、老窑水、鲁沟河河水 (部分地段) 。可能的突水地段:区内鲁沟河段、区内及附近的老窑、井田东北角的滑坡地段、构造裂隙发育的地带及开采后形成的导水裂隙带和封闭不良的钻孔等地带。矿井规划、开采时, 要特别注意。井田水文地质类型属裂隙充水矿床, 水文地质类型为二类二型, 水文地质条件中等。
参考文献
[1]王大纯, 等.水文地质学基础[M].北京:地质出版社, 1987.
充水条件分析 篇2
转龙湾井田位于东胜煤田的东南部，行政区划归属为鄂尔多斯市伊金霍洛旗纳林陶亥镇，发改委对本井田的批复面积为56.86km2，开发规模500万t/a。井田范围内为侵蚀性高原地貌特征，地表大面积被第四系风成砂覆盖，仅有少量基岩出露，沟谷发育，其中公捏尔盖沟沿北东、南西向横穿矿区，为一常年性流水沟，雨季可形成短暂的洪水，将直接影响矿井的正常开采。井田内地下水主要划分为第四系松散岩类孔隙潜水含水岩组和侏罗系碎屑岩类孔隙裂隙潜水、承压水含水岩组，其中，侏罗系中统延安组（J2y）承压水含水层为含煤地层，为矿坑的直接充水水源，在进行煤层开采时，地下水主要沿着砂岩孔隙通道涌入矿坑。因此，通过研究井田的水文地质特征和充水条件，对井田安全开采非常重要。
1井田自然地理及地质状况
1.1自然地理状况
区内地形总的走势为北东高、西南低，一般海拔为1183～1405m，沟谷纵横，为侵蚀性高原地貌。区内沟谷发育，但多为间歇性沟谷，其中公捏尔盖沟沿北东、南西向横穿矿区，为一常年性流水沟，集中降雨时可形成洪流。在井田西界外还发育有地表河流乌兰木伦河，区内沟谷多为其支沟。乌兰木伦河为一常年流水的河流，集中降雨时可形成短暂的洪流，旱季仅有溪流，平均流量4.3m3/s，最高洪水位标高1185～1222.1m，由北向南径流，最终流入黄河[1-3]。此外，在井田附近还分布有宝勒高水库和转龙湾水库，其中宝勒高水库位于公涅尔盖沟下游，转龙湾水库位于乌兰木伦镇境内的东西乌兰木伦河交汇处，为大型水库[4-5]。
1.2井田地质
1.2.1井田构造
转龙湾井田所属的东胜煤田地处鄂尔多斯盆地的东北方向，区域地质单元为华北地台鄂尔多斯台向斜东胜隆起区，总体为一向南西的单斜构造[6]，构造简单，仅有一些宽缓的和断距小于20m的断层。转龙湾井田地处区域含煤地层的东南部，其地质构造与区域含煤地层基本一致，整体为一单斜构造，倾向W—SWW，倾角1～2°，仅有一些宽缓的波状起伏和断距小于20m的断层。波状起伏的轴向大致呈NESW向排列，多分布在井田的西南部，在ZK5934—ZK5914孔之间地层略有隆起。从煤层底板等高线图上及剖面图上反映出：在ZK6114—ZK6131孔之间等高线较密集，通过加密构造孔ZK6131-1，编录中发现有断层迹象。因此可推断在ZK6114—ZK6131-1孔之间有一小断层，断距10m左右；走向为南北向，向西倾的正断层。其影响范围较小，走向上小于1000m，并由上向下断距减小。矿区内未发现大的褶皱和对煤层具明显破坏作用的断层等构造，亦未见岩浆岩侵入体，矿区构造复杂程度属简单类型。
1.2.2井田地层
井田地层由老至新依次为：三叠系上统延长组（T3y）、侏罗系中下统延安组（J1-2y）、侏罗系中统直罗组（J2zh）、侏罗系中统安定组（J2an）、白垩系下统伊金霍洛组（K1y）、第四系上更新统萨拉乌苏组（Qp3s）、第四系全新统（Qh）。见表1。
2井田水文地质条件
2.1含水岩组划分及特征
依据井田内地下水的水动力特征和埋藏条件，可将井田内含水层划分为二大类。
2.1.1第四系松散岩类孔隙潜水含水岩组
①第四系全新统（Q4al+pl）冲积、洪积孔隙潜水含水层。
该含水层大多发育于乌兰木伦河和公捏尔盖沟等较大的沟谷，呈条带状。岩性由砂、砾石及少量的泥质组成，含水层平均厚度8.67m，静止水位0.85～1.04m，涌水量0.071～0.483L/s，单位涌水量0.0103～0.23L/s.m，渗透系数0.1116～3.433m/d。水位标高1183.30～1201.78m，水化学类型为HCO3-Ca型水。
②第四系上更新统萨拉乌苏组（Q3S）孔隙潜水含水层。
主要分布在矿区的南部，被第四系风积沙覆盖，地表仅在公捏尔盖沟两侧岸坡、沟口等地出露。萨拉乌苏组地层疏松、透水性好、含水，与上部第四系风积沙构成统一的含水层组，是本区的主要含水层，该组地层在井田区大面积分布，但厚度在不同地段差异很大，厚度一般为7～48米。该含水层岩性为粉细沙、亚砂土，厚度为1.77～40.42m，埋藏深度为13.60～28.78m，涌水量0.062～2.315L/s，单位涌水量0.021～0.81L/s·m，渗透系数为0.014～4.879m/d，水位标高1236.62～1242.43m，水化学类型为HCO3—Ca水，矿化度0.23g/L，水温13℃，具有供水意义。该含水层的上覆一层厚5～20m的风积粉细砂，透水而不含水，它接受大气降水入渗补给下伏含水层。
2.1.2侏罗系（J2an-J1-2y）碎屑岩类孔隙裂隙潜水、承压水含水岩组
①侏罗系碎屑岩类孔隙裂隙潜水含水岩组。
主要分布于虎石沟、郭家村、秦家圪旦、刘家圪堵一带，含水岩性为砂岩、砂砾岩，民井日出水量50～500升，动态变幅0.81m，水位标高1290～1362m，水位埋深1.85～13.65m，水化学类型HCO3-Ca·Na型水，水温8～10度，矿化度0.25g/l。
②侏罗系碎屑岩承压水含水岩组。
根据本次施工钻孔资料，该承压含水组共包括九个承压含水层，各承压含水层之间都有相对隔水层，相互间水力联系微弱。承压含水岩组中的各含水层无论在平面上，还是在厚度上，自上而下逐渐减小，而水头压力自上而下逐渐增大，单位涌水量逐渐减小。根据施工钻孔，此次抽水试验目的层主要为安定组（J2an），含水层平均厚度23.65m，静止水位12.70～51.00m，涌水量0.046～3.92L/s，单位涌水量0.002～0.0713L/s·m，渗透系数0.0094～0.215m/d。水化学类型为HCO3-Ca型水。
2.2地下水补给、径流、排泄条件
2.2.1潜水补给、径流、排泄
井田范围内潜水主要赋存在第四系萨拉乌苏组冲湖积层中、沟谷内冲洪积层中。沙丘潜水补给来源主要为大气降水以及少量深部承压水的顶托越流，沟谷潜水补给来源主要为大气降水，其次为沟谷两侧沙丘潜水的侧向径流和深部承压水的顶托越流。沟谷潜水沿河流流向径流，沟谷两侧沙丘潜水向沟谷方向径流。沟谷内的潜水主要是沿着河流的下游以径流的方式排泄，沙丘潜水总体是向沟谷排泄。
2.2.2承压水补给、径流、排泄
矿井承压水赋存于志丹群（K1zh）及侏罗系中统（J2）砂岩中，志丹群（K1zh）在区内少量出露，侏罗系中统（J2）没有出露。因此，承压含水层主要接受侧向径流补给，其次为潜水含水层入渗补给。承压水的径流方向，受区域构造形态影响，总体顺着岩层倾向方向运移。井田承压水以侧向径流排泄为主。
3矿井充水因素
3.1充水水源
通过对井田水文地质条件研究，矿井充水水源主要为大气降水、地表水体和地下水。
3.1.1大气降水
转龙湾井田地处气候干旱的内蒙古高原，降雨时空分布不均，降雨主要集中在每年7～9月份，且多为大暴雨，地表易形成短暂洪流，降水多以径流的形式排泄，少量入渗补给地下水。井田内无煤层直接出露地表，且煤层上部发育有相对隔水层，区内大气降水首先渗入补给充水含水层，然后再涌向矿坑，因此大气降水为矿井的间接充水来源。大气降水对矿井的充水作用，主要受降雨的时空特征和大气降水入渗补给充水含水层能力的影响，因此大气降水对矿井充水具有明显的时空特征。
3.1.2地表水
转龙湾井田内沟谷较发育，在井田内发育的公捏尔盖沟及井田西侧的乌兰木伦河均为常年性地表径流，对矿床充水的影响很大，并且本区降雨较集中，多以暴雨形式出现，雨后易形成地表洪流，造成淹井事故。因此，井口、通风口的位置应选择在最高洪水位之上，并采取必要的防洪措施，防止地表洪流造成淹井事故。此外，在井田范围内还分布有两较大地表水体宝勒高水库、转龙湾水库，这两处地表水体均对矿井充水均具有较大影响，在这些地表水体附近采煤时，要留设保安煤柱或禁止开采，并加强矿坑涌水量监测，及时做好防突水工作。因此，在集中降雨季节应加强井下水文观测，并提前做好防排水工作，以免地表水直接流入矿井造成安全事故。
3.1.3地下水
井田第四系萨拉乌苏组（Q3s）、全新统（Q4al+pl）冲洪积砂砾层孔隙潜水含水层富水性较好，但该含水层距离含煤地层较远，且与含煤地层之间存在多层隔水层，通常不直接向矿坑充水。根据地勘资料，施工钻孔ZK5515孔一帶存在隔水顶板缺失，形态呈圆形，直径约1000m，潜水与下伏煤系地层的砂岩含水层直接接触融为一体，因此当采空冒落带的.高度达到此含水层时，潜水含水层将间接向矿床充水。白垩系下统志丹群、侏罗系安定组潜水～承压水含水层的富水性弱～中等，其岩性一般为中、细粒砂岩，结构致密、裂隙不发育且距离煤层较远，因此，煤系地层上部志丹群、安定组潜水～承压水含水层，对矿坑的充水影响较小，是矿坑的间接充水来源。三叠系上统延长组（T3y）承压含水层富水性弱，隔水顶板渗透性差，与上部含煤地层水力联系弱，是矿床的间接充水水源。侏罗系中统延安组（J2y）承压水含水层富水性弱，但因其是含煤地层，地下水沿着砂岩孔隙通道进入矿床，是矿床的直接充水水源。
3.1.4老窑水
井田内无生产矿井及老窑，但其北侧紧邻王家塔煤矿，南侧紧邻巴图塔煤矿，王家塔煤矿正在建设中，巴图塔煤矿已生产多年，生产规模为120万吨/年[7]。随着东胜煤田的大规模开发，井田邻区的采空面积也不断扩大。因此，在开采过程中，不能越界开采，以防邻区矿井老窑水对矿坑涌水。
3.2充水通道
矿井充水的主要通道有地层的断裂裂隙带、孔隙、顶板冒落裂隙带、底板突破、封闭不良的钻孔等[8-10]。转龙湾井田地质构造简单，区内断裂、裂隙通道不发育，天然状态下地下水主要通过砂岩的孔隙通道向矿坑涌水，由于地下水各含水层之间发育有相对隔水层，相互之间水力联系较弱，矿坑涌水通常表现为淋水、滴水和渗水，且分布不均。区内施工钻孔均按钻探规范和设计严格封孔，但仍可能存在个别封闭质量不严格的钻孔，封闭不合格的钻孔将成为煤层上下含水层的涌水通道。延长组（T3y）为含煤地层的沉积底板，承压含水层富水性弱，隔水顶板渗透性差，与上部含煤地层水力联系弱，所以底板突破通道不发育。
4结论
①转龙湾井田上部萨拉乌苏组（Q3s）含水层富水性较好，水量丰富，且施工钻孔ZK5515孔一带存在隔水顶板缺失，导致该处第四系潜水含水层与下伏煤系地层的砂岩含水层直接接触融为一体，当采空区形成的冒落带和导水裂隙带的高度达到此含水层时，将间接向矿坑充水。因此进行煤层开采时应边采边探，防止煤层开采时导通该含水层造成矿井涌水。
②转龙湾井田地表溝谷发育，集中降雨时易形成洪流，并且在井田内的公捏尔盖沟下游已建成包勒高水库，因此，建议该地段应严禁开采或留有足够的保安煤柱，同时开采至这些地段附件要严加防范，防止煤层开采时导通地表水体。
充水条件分析 篇3
关键词：富水性,充水条件,充水水源,底板扰动破坏
庞庞塔煤矿位于山西省临县县城以东城庄镇程家塔村—木瓜坪乡杨家崖村—玉坪乡永丰村一带, 地处吕梁山脉中段西部的中低山丘陵区, 为典型的梁峁状黄土丘陵地貌, 地形切割剧烈, 沟谷多呈“V”字形, 植被稀少, 水土流失严重, 地势为东高西低。
柳林岩溶水系统位处晋西南吕梁复背斜的西翼, 即吕梁山中段的西部, 其东部为中高山和中山地形, 一般海拔为1 200~1 500 m, 地形陡峭, 沟谷发育, 沟谷深切, 基岩裸露;西部为低山丘陵地形, 塬、梁、峁和沟壑密布, 黄土丘陵延绵起伏, 地形复杂, 大部被黄土覆盖, 局部基岩裸露;中部为山间盆地 (河谷) , 一般海拔为800~1 000 m, 地势较为平坦, 起伏不大, 发育有河床、河漫滩和不对称阶地。纵观全区, 地势东高西低, 南北高、中部低, 由北、东和南三面向三川河谷倾斜。勘查区位于柳林泉域排泄区东北部的岩溶水径流—滞留区。
依据区内地层发育状况及其水文地质特征, 可将研究区地下水含水层划分为奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水岩组, 石炭系上统太原组石灰岩岩溶裂隙含水岩组, 二叠系下统山西组砂岩裂隙含水岩组, 二叠系石盒子组砂岩裂隙含水岩组, 二叠系石千峰组和三叠系砂岩裂隙含水层组, 第三、四系砂砾石孔隙含水岩组。据区内水文孔抽水实验分析:上马家沟组富水性中等;峰峰组富水性不均匀, 大体为从弱到强;太原组为弱富水性;山西组为中等富水性;上、下石盒子组由于含水层埋藏深, 裂隙不发育, 富水性较弱;第三、四系砂砾石含水岩组富水性大部分为中等, 部分较弱。
1 主要水源
矿井充水水源主要有大气降水、地表水、老空水和地下水。
1.1 大气降水和地表水
本区无常年性河流, 仅仅在雨季沟谷内有流水。在煤层埋藏浅部地段, 第四系孔隙水会下渗进入矿井, 使矿井涌水量增大。井田东部是煤层埋藏最浅地段, 由于已形成大面积的采空区, 地表水极易进入旧采空区, 进而沟通巷道。尤其在雨季的沟通可能性更高。由此可见, 大气降水和地表水是矿井充水水源之一。
1.2 老空积水
井田的地质构造形态为一向西倾斜的单斜构造, 预测在井田东侧煤层露头带或浅埋区可能分布有众多历史遗留的老窑和小煤窑。在煤层开采过程中, 历史遗留的老窑水可能通过巷道进入采区, 因此, 老空积水是矿井充水水源之一, 开采中需进一步开展老窑水的调查。
1.3 地下水充水水源
1.3.1 上组煤 (5#) 充水水源
上组煤顶板直接充水水源主要来自P1s地层砂岩和P1x地层K4砂岩水, 间接充水水源主要来自P1x地层K5和P2s地层K6, K7砂岩水, 含水层裂隙不发育, 富水性弱。上组煤底板直接充水水源主要来自P1s地层K3砂岩水, 裂隙不发育, 弱含水层;上组煤底板间接充水水源主要来自C3t几层灰岩 (L1~L5) 含水层地下水。据抽水试验, 承压水头较高, 但单位涌水量只有个别>0.1 L/s·m, 富水性弱-中等, 矿井容易将水疏干。
1.3.2 下组煤 (9#) 充水水源
下组煤顶板直接充水水源主要来自C3t几层灰岩 (L1~L5) 含水层地下水, 富水性弱-中等;下组煤底板间接充水水源主要来自中奥陶统O2f和O2s岩溶含水层地下水, 构成了井田内富水性最强的含水结构体, 且承压水头很高, 除井田东部边界以西的局部地段不带压外, 井田其他大部为带压开采。奥灰岩溶裂隙含水层作为区域强含水层, 却在构造发育部位有导水构造沟通的情况下, 矿井开采会受到岩溶水的严重威胁。
2 矿井充水通道
矿井充水通道主要有断层、陷落柱、顶板采动冒落带、底板采动破坏和封堵不良钻孔等。
2.1 断层、陷落柱
本区构造总体上为一向西缓倾斜的单斜构造, 井田内落差<10 m的断层较发育, 陷落柱现揭露4个。在这些构造发育地段, 底板采动裂隙构造裂隙与小断层叠加复合为突水通道。陷落柱周边围岩因柱体垮塌出现产状倾斜和牵引裂隙, 即底板水涌出通道。根据现采掘资料, 5号煤掘进和煤层附近巷道顶板水泄出通道为裂隙密集带和小断层。
2.2 顶板采动冒落带
根据《煤矿防治水》中引用的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》《矿区水文地质工程地质勘探规范》中的煤层顶板冒落带、导水裂缝带高度计算公式, 9号煤层导水裂隙带的最大高度为140 m, 大于5与9号煤层间的间距51 m。下组煤回采后, 导水裂缝带会达到上部采空区, 上部的采空积水通过垮落裂缝带涌入工作面。采空区积水量对下伏煤层开采造成了严重的影响。如果对上部采空积水疏放不及时, 将发生淹工作面甚至淹采区的严重后果。5号煤层导水裂隙带的最大高度为85 m, 沟通了山西组和下石盒子组的砂岩裂隙含水层。在煤层浅埋区, 煤层底板标高最高为+1 150 m, 对应的地面标高在+1 210 m以上, 导水裂隙带存在导通浅层地表水的可能。同时, 5号煤层底板较高处位于井田东旧采空分布区和东北部煤层露头区, 应防止地表水与小窑水沟通, 进而进入井田引发灌井事件。
2.3 底板采动破坏
在煤层未开采前, 水岩处于一定的力学平衡状态, 一旦矿体在充分采动后, 在隔水层上会形成临空边界, 并产生应力释放。在矿压和水压的作用下, 隔水底板岩层必然会受到不同程度的破坏, 形成新的破裂面或使原有的闭合裂隙活化。一旦这种破裂面或裂隙沟通底板承压含水层水时, 必然导致底板下承压水涌入矿井。这种因巷道掘进或矿床开发扰动而使底板隔水层发生的形变, 进而成为导水通道的过程称为底板破坏式导水通道。
勘查区内5号煤层奥灰突水系数为0.017~0.10 MPa/m, 9号煤层奥灰突水系数为0.014~0.30 MPa/m。带压开采范围大部分属于突水危险区和突水最危险区, 在遇到导水断层、导水岩溶陷落柱和导水钻孔集中导水通道情况下, 奥灰岩溶水具有沿构造薄弱部位上升的可能性, 进而导致煤层底板突水事故的发生。
2.4 封堵不良钻孔
勘探期间封闭不良的钻孔有可能使不同含水层发生联系, 当工作面或巷道揭露这些钻孔后, 废弃钻孔会形成导水通道。
3 结束语
充水条件分析 篇4
顾桥矿位于安徽省风台县西北, 距县城约20 km, 归风台县管辖, 井田面积约140 km2。北二采区位于顾桥矿井田北部, 北起与丁集矿的矿界, 南到F87 断层, 东起39461000 经线, 西到与顾北矿的矿界, 面积约6.22 km2。
顾桥矿位于陈桥背斜东翼与潘集背斜西部的衔接带, 总体构造形态为走向南北, 向东倾斜的单斜构造, 地层倾斜平缓, 倾角5~15°, 并发育不均匀的次级宽缓褶曲和断层。采区位于区域水文地质分区的中区, 基岩含水层因南北两翼逆冲断层的阻水作用, 切断了裸露区的水源补给, 加上区域性斜切断层的分割, 构成了封闭型的水文地质单元[1]。
2 采区水文地质条件
2.1 地下含、隔水层
2.1.1 新生界松散含、隔水层
北二采区新生界松散层厚为323.50~524.76 m, 平均厚为469.96 m, 厚度变化总体上东南薄向西北增厚。主要由松散的砂、砾、砂质粘土组成。
矿区内基岩面顺着古分水岭的古高地向西北、西南倾斜, 古地形隆起地段中部隔水层 (组) 和下部含水层 (组) 缺失。采区内松散层自上而下可分为上、中、下三部分:上部分为上含上段、上段上隔、上含下段及下段下隔;中部分为中含上段、中段上隔、中含下段及中部下隔;下部分为下含、下隔及“红层”。中、下部含隔水层对煤层开采具有一定的影响, 其水文地质特征如表1 所示。
2.1.2 二叠系砂岩裂隙含水层和隔水层
以中细砂岩为主, 局部粗砂岩和石英砂岩, 多为泥质、钙质胶结, 少量为硅质胶结。由于区内砂岩裂隙发育的不均一性, 导致砂岩含水性有很大差异。
采区内水29 孔单位涌水量为0.036 L/ (s·m) , 渗透系数为0.207 m/d, 矿化度3.466 g/L, 水质类型HCO3·Cl- Na型。为弱富水性, 以储存量为主, 补给条件差。
二叠系底部隔水层, 相距太原组灰岩14.85~40.05 m, 平均22.15 m。主要由泥岩、粉砂岩组成, 局部夹细砂岩。其中砂岩平均厚10.85 m, 未见漏水, 可视为1 煤层底板隔水层, 对石炭系太原组灰岩起到隔水作用。
2.1.3 石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层
采区内有3 个钻孔揭穿太原组, 厚度102.15~111.40 m, 平均106.78 m, 岩性由灰岩、泥岩、粉砂岩以及薄煤层组成。灰岩占地层总厚的44%。1、3、4、5、12 等五层灰岩分布稳定, 以3、4、12 灰厚度较大。
采区内太原组灰岩进行了2 次抽水试验, 单位涌水量0.019 7~0.023 L/ (s·m) , 为弱富水性, 矿化度2.148~2.153 g/L, 水质类型为Cl- Na型。太原组C3Ⅰ组灰岩进行了5 次抽水试验, 单位涌水量0.000 23~0.193 L/ (s·m) , 为弱~中等富水性, 矿化度2.144~2.579 g/L, 水质类型为Cl- Na型;C3Ⅱ和C3Ⅲ混合进行1 次抽水试验, 单位涌水量0.002 4 L/ (s·m) , 为弱富水性, 水质类型为Cl- Na型。
2.1.4 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层
采区2 个钻孔揭穿奥陶系, 厚度74.85~75.10 m, 平均74.98 m。岩性主要为灰~ 深灰色白云质灰岩及少量砾状灰岩, 顶部夹灰绿色铝土团块, 中下部为深灰色石灰岩, 下部为灰绿色泥质石灰岩。
采区外水25 孔抽水试验单位涌水量0.003 6 L/ (s·m) , 为弱富水性, 渗透系数0.023 m/d, 矿化度1.609 g/L, 水质类型为Cl- Na型。采区内对奥灰和太灰混合抽水试验2 次, 单位涌水量0.0248~0.025 L/ (s·m) 。奥灰水为弱富水性, 具有富水性不均一特性。
2.2 含水层补给、径流及排泄条件
2.2.1 新生界松散层含水层
上部含水层 (组) 以大气降水和地表水补给为主。并受区域性古河道侧向补给, 地下水垂直循环与水平运动兼顾, 水位随季节变化。上部含水组之间有粘土层相隔, 但因隔水层局部不稳定, 存在水力联系, 并受大气降水越流补给[2]。
因有上段下隔存在, 天然状态下上部与中部含水层 (组) 不存在水力联系;在局部地段由于上段下隔较薄, 当开采上部含水层组时, 存在中部含水层 (组) 对上部含水层的越流补给。
中含下段及下含富水性较好, 为半封闭的静水盆地, 缺乏补给排泄条件, 两者之间存在中部下隔, 隔水层较厚, 隔水性较好, 使其两者间不发生水力联系[2]。中含下段在采区四线至五线东部古地形隆起带缺失, 与基岩直接接触, 形成“天窗”, 但因距可采煤层较远, 故对矿坑充水无直接影响。下含在采区内主要分布于二线至四线东部, 与基岩直接接触, 水力联系密切, 存在入渗补给, 是矿坑充水主要补给来源, 其它地区距可采煤层较远, 故对矿坑充水无直接影响。
2.2.2 二叠系砂岩裂隙含水层
砂岩裂隙含水层之间, 因有泥质岩类相隔, 无密切水力联系。与上覆松散砂层之间有基岩风化层, 该层粘土矿物含量较高, 形成有效的隔水层, 基本上阻隔了松散层对基岩含水层的补给。在古河床经过地区, 风化层被流水冲蚀, 导致砂层水直接补给基岩含水层[3]。
砂岩裂隙含水层受断层带控制, 断层含水性极弱, 导水性差, 一般水力联系较弱。当不同层位的含水层因断层错动造成对口相接时, 则水力联系密切。
2.2.3 太原组灰岩裂隙含水层
太原组含水组正常的自然状态下无水力联系, 但当1 煤层与灰岩间隔水层被破环时, 则太原组灰岩是1 煤层直接充水含水层, 尤其是煤层与灰岩对口的断层带, 是1 煤进水的直接通道。
在古地形隆起带, 太原组灰岩接受新生界下部含水渗入补给。从区域范围看, 奥灰水也可因断层或其它因素导致其直接与太灰含水组发生水力联系, 奥灰水补给太灰含水组。
3 充水因素分析
3.1 新生界砂层孔隙水
中含下段在采区四线至五线东部古地形隆起带缺失, 与基岩直接接触;下含在采区内二线至四线东部古地形隆起带缺失, 与基岩直接接触。下含单位涌水量为0.295~0.737 L/ (s·m) , 间接渗入补给煤系和灰岩, 在天窗区对煤系砂岩裂隙含水层 (组) 作垂直补给, 是矿坑充水主要补给来源, 补给量受基岩风化带渗透性控制。一般情况下, 只要在可采煤层的浅部露头处留设60~80 m防水煤柱, 使导水裂隙带发育不到松散层保护带内, 即可基本阻止该含水层 (组) 向下溃漏。因此新生界孔隙含水层 (组) 对矿床充水没有影响。
3.2 煤系砂岩裂隙水
煤层之间砂岩裂隙含水层分布于泥岩、砂质泥岩、粉砂岩之间, 砂岩裂隙不发育, 分布不稳定, 富水性差异较大, 在正常情况下没有水力联系, 只有断层和裂隙导通才可能有水力联系, 接收上覆松散层含水层 (组) 的渗流补给。在采掘形成空间的“三带”范围内的砂岩裂隙含水层 (组) 会直接向矿坑充水, 是矿井的主要水害。正常情况下矿井砂岩裂隙含水层 (组) 水对煤层开采威胁并不严重。
3.3 太原组灰岩水
北二采区上盘区太原组C3Ⅰ灰岩距1 煤层底板平均间距22.15 m, 灰岩水对第一开采水平- 780 m的水头压力为8.05 MPa, 二水平- 1 000 m的灰岩水水头压力约10.25 MPa, 在自然状态下无水流补给, 但在开采1 煤层时, 地压失去平衡以后, 1 煤底部将会因超过强度极限而破裂, 导致灰岩水突入坑道。因此开采1 煤层前, 必须进行疏水降压。
3.4 老空水
顾桥矿工作面采空区集中在北一采区和南二采区, 每个采空区局部有老空积水, 对相邻工作面的采掘活动威胁不大, 但在废弃老巷及工作面回采后采空区的低凹处的老空积水区对矿井充水可能产生比较大的影响。
3.5 断层裂隙水
矿区内断层带一般被泥质岩砂粉、细砂岩碎块充填胶结, 断层以及周边裂隙本身就可能含水, 成为相对富水区;同时也能导通各个含水层向采掘空间充水, 构成向矿坑充水的水源和通道, 一般断层可能造成采掘空间出现淋水和小股涌水, 但出水衰减快, 易疏干。
4 结论
(1) 采区内松散层自上而下可分为上、中、下3 部分, 其中中含下段、中部下隔、下含、下隔及“红层”对煤层开采具有一定的影响。中含下段、下含均为中等~强富水性, 煤系砂岩裂隙含水层、为弱富水类型, 以静储量为主。太原组C3Ⅰ组灰岩为弱~中等富水性, 对1 煤层开采具有一定的影响。
(2) 中含及下含属半封闭静水盆地, 储存量丰富, 两者不发生水力联系。中含在“天窗”处与基岩直接接触, 因距煤层较远, 对矿坑充水无直接影响。下含在局部与基岩直接接触, 水力联系密切, 是矿坑充水主要补给来源。
(3) 采区充水因素主要有新生界松散层的中含以及下含水、煤系砂岩裂隙水、太原组C3Ⅰ灰岩岩溶裂隙水、老空水以及断层裂隙水。
参考文献
[1]安徽省煤田地质局第一勘探队.顾桥煤矿矿井地质报告[R].2011.
[2]江苏煤炭地质勘探二队.顾北矿新生界水文地质补充勘探成果报告[R].2012.
充水条件分析 篇5
1 矿井概况
岳城煤矿位于晋城矿区西部, 井田平面面积10. 97 km2, 矿井生产能力为150 万t/a。采用斜井盘区式开拓方式, 走向长壁采煤方法, 综采放顶煤工艺, 垮落法控制顶板, 中央并列式通风。矿井目前开采的3 号煤层厚5. 12 ~ 6. 85 m, 平均厚6. 09 m, 属稳定全区可采无烟煤, 煤层底板标高+ 290 ~ + 400m, 煤层埋藏深度250 ~ 360 m; 拟开采的9 号煤层位于石炭系太原组中上部, 上距3 号煤层37. 50 ~53. 60 m, 平均46. 21 m, 煤厚0. 30 ~ 1. 29 m, 平均厚0. 88 m, 煤层底板标高+ 236 ~ + 391 m, 煤层埋藏深度280 ~ 588 m, 属较稳定大部分可采无烟煤。
2 水文地质特征
( 1) 含水层特征。依据岩性、空间赋存特征和水化学类型, 自上而下主要有: ①第四系松散岩类孔隙含水层。主要为第四系松散沉积物, 含水层主要由砾石、砂组成, 厚约13 m, 主要分布于山间河谷地带, 透水性好, 富水性变化较大, 单位涌水量为0. 1~ 5. 0 L / ( s·m) , 受大气降水及河水的补给影响显著, 水化学类型属HCO3-Ca·Mg型。②上石盒子组砂岩裂隙含水层。含水层主要由K10—K13细至中粒砂岩组成, 累计厚度为8 ~ 50 m, 平均厚26 m, 含水空间以风化裂隙和构造裂隙为主, 单位涌水量为0. 002 7 L / ( s·m) , 渗透系数0. 003 9 m / d, 矿化度0. 783 g / L, 静止水位标高+ 600. 71 m, 水化学类型为SO4·HCO3-Ca型, 属砂岩裂隙极弱富水含水层。③下石盒子组砂岩裂隙含水层。含水层主要由K8和K9中至粗粒砂岩组成, 井田及其邻区大范围出露, 厚0. 66 ~ 22. 40 m, 平均厚5. 75 m, 单位涌水量0. 004 2 L / ( s·m) , 渗透系数0. 002 9 m / d, 静止水位标高+ 577. 69 m, 水化学类型为HCO3-Na·Ca型, 属砂岩裂隙极弱富水含水层。④山西组砂岩裂隙含水层。含水层主要由煤层顶底板中细粒砂岩组成, 含水空间以构造裂隙为主, 井田内无出露, 厚0. 40 ~ 7. 97m, 平均厚3. 18 m, 单位涌水量0. 004 2 L / ( s·m) , 渗透系数0. 001 5 m/d, 静止水位标高+ 577. 69 m, 水化学类型为HCO3-Na·Ca型, 属砂岩裂隙极弱富水含水层。⑤太原组灰岩岩溶裂隙含水层。含水层主要由K6、K5、K4、K3和K2石灰岩组成, 单层厚度除K2灰岩平均9. 90 m外, 其他平均厚度均在3. 5 m以下。单位涌水量0. 003 7 L/ ( s·m) , 渗透系数0. 004 9 m / d, 静止水位标高+ 457 m, 水化学类型SO4-Ca·Mg型, 属灰岩岩溶裂隙极弱富水含水层。⑥奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。上部峰峰组主要由石灰岩和泥灰岩组成, 厚57. 53 ~ 69. 87 m, 平均厚64 m。单位涌水量0. 000 4 ~ 0. 003 7 L / ( s·m) , 渗透系数0. 000 4 ~ 0. 004 9 m/d, 水位标高+ 489 m, 属灰岩岩溶裂隙极弱富水含水层。马家沟组主要由石灰岩、白云质石灰岩、角砾状灰岩和泥灰岩组成, 厚300 m以上, 局部岩溶裂隙较发育, 单位涌水量0. 000 9 ~ 1. 790 0 L / ( s·m ) , 渗透系数0. 000 3 ~0. 462 0 m / d, 水化学类型为SO4HCO3-Ca型, 目前水位标高+ 492 m, 属灰岩岩溶裂隙极弱至强富水含水层[1]。
( 2) 隔水层特征。上、下石盒组、山西组砂岩及太原组灰岩含水层间均发育有厚10 m以上的砂质泥岩和泥岩隔水层, 自然状态下阻隔了不同空间层位砂岩裂隙水和灰岩裂隙水垂向上的联系。煤系地层底部本溪组铝土质泥岩, 厚8. 61 ~ 39. 92 m, 平均厚25. 95 m, 是阻隔奥陶系灰岩水与上伏太原组K2灰岩水联系的良好隔水层。
3 矿井充水条件及影响因素分析
3. 1 大气降水与地表水体
大气降水与地表水体入渗矿井的通道主要有井筒和导水裂缝带。
( 1) 矿井主、副斜井井口标高分别为+ 685. 00, + 691. 33 m, 高于区内常店河历史最高洪水位标高+ 683 m, 且常店河与工业场地间有山脊 ( 最低标高在+ 700 m) 阻隔, 可排除洪水沿井筒入渗。
( 2) 依据《煤矿防治水规定》中硬岩层回采工作面导水裂缝带计算公式[2]知:
采用3、9 号煤层的最大厚度分别为6. 85, 1. 29m, 计算得到的回采工作面导水裂缝带发育高度分别为76, 45 m, 对比煤层最小埋藏深度250, 280 m, 导水裂缝带构不成大气降水与地表河水入渗的直接通道。
3. 2 含水层水
3. 2. 1 3 号煤层顶底板含水层水
( 1) 煤层顶板砂岩裂隙水。煤层顶板山西组和下石盒子组砂岩裂隙水, 采掘生产遇裂隙、断层和回采落顶及其产生的导水裂缝带, 可诱发砂岩裂隙水向巷道和工作面充水。由于煤层顶板各砂岩裂隙含水层以局部含弱静态水为主, 采掘过程中仅局部出现有滴、淋水现象, 水量一般在3 m3/ h以下, 构不成对矿井安全生产的威胁。
( 2) 煤层底板灰岩岩溶裂隙水。煤层底板直接充水含水层太原组上段K6、K5灰岩, 距煤层最小厚度分别为10. 5, 20. 8 m, 尽管在小断层或采掘破坏影响范围内, 但由于厚度小 ( 平均为1. 00, 1. 70 m) , 极弱含水性, 该矿与相邻矿井在生产过程中均未出现该灰岩水涌突水现象。
煤层底板间接含水层太原组下段K2和奥陶系峰峰组灰岩, 距3 号煤层最小厚度分别为72. 04, 94. 19 m, 依据《煤矿防治水规定》安全水压计算公式知:
式中, P为安全水压; M为底板隔水层厚度; TS为临界突水系数。
由于煤层底板砂质泥岩、砂岩抗压强度大, 断层稀疏, 导水性差, 以及太原组和峰峰组灰岩以含弱层间静态水为主, 采用0. 10 MPa /m临界突水系数计算安全水压分别为7. 20, 9. 12 MPa, 远大于两灰岩承压水上伏隔水层实际所承受最大水压 ( 2. 49, 3. 03MPa) , 结合该矿与相邻矿生产实践, 可排除太原组K2和奥陶系峰峰组灰岩地下水突水危险性[3,4,5]。
3. 2. 2 9 号煤层顶底板含水层水
( 1) 煤层顶板K5、K6灰岩水和K7砂岩水。太原组顶部K5、K6灰岩和山西组底部K7砂岩, 距9 号煤层顶板平均分别为20, 30, 40 m, 依据计算的回采面导水裂隙影响高度45 m, 上述含水层水均构成向采空区充水。由于厚度小 ( 分别为2. 04, 0. 86, 1. 61m) , 极弱含水性, 补给与径流条件差, 易于排泄疏干。采用大井法中承压转无压完整井涌水量公式:
式中, Q为预测涌水量; K为渗透系数, 取0. 003 7m / d; H为水位标高, 取254. 76 m; M为含水层厚度, 取4. 5 m; S为水位降深, 取254. 76 m; F为计划采掘面积, 取6. 08 km2; R为大井影响半径; r0为大井半径。
代入数据, 预测9 号煤层顶板K5、K6灰岩水正常涌水量为11 m3/ h, 最大涌水量采用正常值的1. 5倍为16. 5 m3/ h。依据区内开采9 号煤层矿井实际, 仅局部出现有滴、淋水现象, 水量一般在5 m3/ h以下, 最大不超过20 m3/ h。
( 2) 煤层底板太原组K4、K3和K2灰岩水。太原组K4、K3和K2灰岩, 距9 号煤层底板平均分别为5, 18, 22 m, 其中K4灰岩在采动底板破坏影响范围以内, 存在涌突水的可能性; 煤层与K3灰岩隔水层安全水压为1. 8 MPa, 对比实际水压0 ~ 1. 95 MPa, 部分地段小于安全水压值, 存在突水威胁; 煤层与K2灰岩隔水层安全水压为2. 2 MPa, 对比实际水压0 ~ 1. 99 MPa, 井田区全部在安全水压值以内。
( 3) 煤层底板奥陶系峰峰组灰岩水。峰峰组灰岩, 位于石炭系本溪组铝土质泥岩之下, 距9 号煤层平均60 m, 水位标高+ 489 m, 煤层与峰峰组灰岩隔水层安全水压为6. 0 MPa, 远大于隔水层所承受的实际最大水压2. 69 MPa, 加之峰峰组灰岩以局部含弱静态水为主, 9 号煤层承压开采不存在突水威胁。
( 4) 煤层底板奥陶系马家沟组灰岩水。位于峰峰组灰岩以下, 距9 号煤层平均124 m, 水位标高492 m, 煤层与马家沟组灰岩隔水层安全水压12. 4MPa, 远大于隔水层所承受的实际最大水压3. 36MPa, 加之煤层与马家沟组灰岩间岩层完整性好, 抗压强度大, 预测9 号煤层可安全承压开采。
3. 3 老空水
( 1) 3 号煤层开采老空水。3 号煤层厚度大, 且受褶皱影响, 煤层底板起伏有一定的变化, 工作面回采后顶板垮落及其形成的导水裂隙, 上方砂岩裂隙水必然下渗采空区, 构成老空水的主要水源。
( 2) 9 号煤层开采老空水。井田区内及周边9号煤层均未进行开采, 初始开采横向上不存在老空水的影响; 垂向上, 依据计算的回采工作面垮落导水裂隙带发育高度为45 m, 对比与3 号煤层间距37. 50 ~ 53. 60 m, 在大部分地段可与3 号煤层老空水沟通。
4 防治水技术措施
( 1) 3 号煤层防治水。3 号煤层开采, 直接充水水源主要为煤层顶板砂岩裂隙水和老空水, 煤层底板太原组上段K5、K6灰岩水, 尽管涌突水的可能性较小, 但在采动破坏影响范围以内。其中煤层顶板砂岩裂隙水和底板灰岩岩溶裂隙水, 通过生产实践表明, 水量有限, 在掘进巷道和回采工作面配置不小于30 m3/ h的排水设施, 可确保矿井安全生产; 老空水的防治, 在物探预测、钻探验证准确确定积水位置、范围和积水量的基础上, 对积水范围和积水量大的小窑破坏区采取留设煤柱措施[6,7], 对该矿回采工作面积水采取超前疏放水措施。
( 2) 9 号煤层防治水。充水水源主要为煤层顶板K5、K6灰岩水和K7砂岩水, 以及上方3 号煤层老空水, 煤层底板K4灰岩水在采动影响范围以内, 存在突水威胁。煤层顶底板水的防治, 考虑到含水层富水存在的显著不均衡性, 为防止局部富水区段对矿井安全可能构成影响, 一是在掘进巷道和回采工作面配置排水设施; 二是对物探预测的富水区段, 采取超前钻探疏放水措施。9 号煤层尚未开采, 生产初期不存在本煤层老空水的影响, 上方3 号煤层老空水的防治, 主要采取超前疏放水措施[8]。
5 结语
通过井田水文地质条件分析, 结合该矿与区域生产矿井实际揭露, 对3 号、9 号煤层开采充水有影响的山西组砂岩裂隙含水层和太原组灰岩岩溶裂隙含水层, 均以弱静态层间水为主, 在自然状态下, 垂向上相互间不存在水力联系, 横向上基本不受区域地下水的侧向径流补给影响, 采掘生产尽管构成主要的充水水源, 但水量有限, 在配置完善的排水设施情况下对矿井安全构不成危害。煤层底板间接含水层奥陶系峰峰组与马家沟组灰岩水, 与煤层间隔水层在安全承压范围以内, 突水的可能性均较小。3 号煤层老空水, 不仅对本煤层开采构成潜在的水害威胁, 而且9 号煤层回采工作面导水裂缝可沟通其水力联系, 因此, 在采取物探预测、钻探验证准确确定老空积水位置、范围和积水量的基础上, 采取超前疏放措施, 以确保矿井安全生产。
参考文献
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煤矿充水因素分析及水害解决措施 篇6
水害是煤矿生产的五大自然灾害之一, 在煤矿建井、采掘过程中, 对含水层、采空区、老空区的积水必须引起足够重视。一旦发生水害, 轻者造成经济损失, 重者直接危害生命安全。煤矿在进行井下生产时, 要始终坚持“预测预报, 有掘必探, 先探后掘, 先治后采”的原则[1], 采取“防、堵、疏、排、截”综合治理措施[2], 保证煤矿安全生产。
1 煤矿开采矿井充水因素分析
1.1 充水水源类型
1.1.1 大气降水及地表水
煤矿井口一般均高于该处汛期最高洪水位, 故地表洪水对矿井坑口安全不构成威胁。由于井田内煤层开采、大气降水及沟谷溪流水可通过煤层开采后形成的导水裂隙带、风氧化带渗入矿井内, 成为矿井充水主要来源之一。
1.1.2 开采煤层上覆含水层
开采煤层上覆含水层, 主要有第三系砂、砾孔隙、基岩风化裂隙带含水层, 富水性与大气降水密切相关。二叠系下石盒子组含水层富水性弱, 二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层富水性弱, 石炭系上统太原组砂岩、石灰岩裂隙岩溶含水层富水性较强。煤层顶板淋水也是矿井充水主要来源之一。
1.1.3 奥陶系岩溶水
如煤层存在带压开采, 奥灰水也可能是矿井充水主要来源。
1.1.4 采空区积水
采空积水对矿坑充水的影响:a) 可向下渗漏;b) 当采区接近老空区, 其一旦沟通, 采空积水瞬时以很大流量溃入矿坑, 并带有泥沙, 给矿井的安全和生产带来很大危害。
1.2 充水通道
1.2.1 顶板导水冒裂带
煤层回采后, 会对煤层顶底板造成扰动破坏, 从而会缩短其与充水水源之间的距离, 有时甚至直接揭露或沟通充水含水层造成突水事故, 因此, 煤层回采前对顶底板破坏程度进行计算评价, 选取合适回采参数, 对矿井防治水工作至关重要。
1.2.2 导通采空区的巷道
以往小煤矿私挖滥采严重, 其对采空区及采空积水区位置、范围、积水量等情况掌握不清楚。井下采掘形成巷道时, 在巷道施工位置查明采空区情况也十分重要。如巷道打通采空区, 极易引发突水事故。
1.2.3 导水断裂构造
通过断层、陷落柱沟通地下水, 是矿井充水的主要因素, 故开采时应特别注意, 井下采掘接近断层、陷落柱时, 必须加强探放水工作, 按矿井设计留设防水煤柱, 确保煤矿安全生产。
1.2.4 封闭不良钻孔
目前煤田施工钻孔较多, 施工钻孔基本用水泥砂浆封闭, 当矿井掘进和工作面煤层回采时, 在钻孔附近要提前进行探测工作, 以免因钻孔封闭不良, 导通其它含水层, 引发突水事故。
2 煤矿生产中水害的解决方案
2.1 防治水管理制度
a) 加强煤矿防治水管理工作。着力构建“探测超前、预报准确、防治科学、管理到位”的工作体系;b) 加强对老空水及采空区积水的调查工作。在没有完全调查清楚老空水及采空区积水时, 禁止向前开拓、掘进;c) 建立健全防治水机构, 配齐专业技术管理人员, 基本摸清矿井水文地质情况;d) 严格执行“探掘分离”等井下探放水规定, 加强矿井防治水基础技术管理;e) 对探放水作业队伍要进行培训, 保证专业专职。其他职工也要进行防治水培训, 并定期组织水害应急演练;f) 加强矿井水文地质调查研究及水文地质补充勘探工作;g) 建立符合《煤矿安全规程》规定的矿井防排水系统, 且保证正常运行;h) 加强现场管理。必须保持足够安全距离才能进行探放水掘进, 严格执行“有掘必探、有采必探”的探放水原则;i) 矿井防治水工程结束后, 要及时编制工程总结报告, 对工程效果进行评价。
2.2 探放水管理制度
a) 采掘工作面接近可能积水的区域、可能导水的钻孔或构造、上组煤层有采空积水可能导通出水时, 必须确定探放水线进行探放水;b) 经探水确认无危险后, 方可进行采掘作业;c) 井巷掘进过程中过导水构造时, 计算留设保安煤柱;d) 巷道掘进之前, 必须采用各种勘探方法查清水文地质条件;e) 工作面回采前必须采用各种勘探方法查清工作面构造情况;f) 对需探放水地区, 提前确定探水警戒线, 并把探水警戒线绘制在煤层采掘工程平面图、充水性图等常用图件上, 做好提前防范, 重点监视;g) 掘进中发现问题要立即汇报, 并派专人监测水情。发现危险时, 立即撤出工作人员, 采取有效措施防止造成严重后果。
2.3 地面防治水
a) 在矿井工业广场内及周边建立完善永久性排水渠道, 并对工业广场地面硬化, 保证大气降水顺利排泄;b) 禁止将矸石、垃圾堆放到洪水可能冲刷到的地点;c) 做好天气预报收听收看工作, 对暴雨、暴雪等可提前预防;d) 保证抗洪物资完好, 便于抗险救灾;e) 对地面煤层开采塌陷裂缝进行充填, 尤其是雨季洪水可通过的沟谷低洼地段必须充填固实, 预防洪水涌入矿井;f) 积极主动对相邻矿井及已关闭矿井开采范围、采空区积水范围进行调查工作, 并把所收集资料及时填图、存档;g) 加强职工防治水知识教育, 提高职工防治水工作能力。
2.4 井下防治水
a) 根据矿井水文地质条件, 必须掌握矿井开采详细资料, 确定矿井涌水点位置、涌水点标高, 记录涌水点水量变化情况, 并及时标记在采掘工程平面图上;b) 相邻矿井分界处, 必须留设不小于60 m的防水煤柱, 相邻工作面必须留设不小于20 m的隔水煤柱, 对导水构造也要根据实际情况留设保安煤柱, 确保安全;c) 严禁破坏各种保安煤柱;d) 在井下施工中, 遇地质情况发生变化时, 及时观察周围地质环境变化情况, 发现有透水预兆, 必须立刻停止施工, 汇报调度室进行观查及处理;e) 在每年雨季到来前, 要对全部工作水泵和备用水泵进行全面检修, 发现问题及时处理。并及时清理水仓、沉淀池和水沟中的淤泥;f) 查明矿井水来源及矿井水和地下水的补给关系, 观测矿井涌水变化规律等;g) 在掘进过程中, 对各预测情况要进行核对, 根据揭露实际情况进行补充和修改完善, 并制定出针对实际情况的应急方案;h) 每年年初规划会议时, 根据当年采掘计划, 结合矿井具体水文地质资料, 有关人员全面分析可能的水害情况, 提出防治水措施, 编制符合自己矿井的年度水文地质预报;i) 不断完善公司各种防治水管理制度, 并规定专人组织落实;j) 加强日常防治水管理工作, 做到防患于未然。
3 结语
根据对煤矿充水水源及充水通道分析, 对煤矿生产中水害的影响从防治水管理制度、探放水管理制度、地面防治水及井下防治水四方面提出了解决方案。只有制定严格的防治水管理制度、探放水管理制度, 才能使人员及设备都能紧密配合生产, 不会出现人为失误造成水害发生。在防治水方面要地面、井下相配合, 钻探、物探相结合, 在查明实际情况, 并进行治理后, 才可进行大范围施工, 保证煤矿安全生产。
参考文献
[1]国家安全生产监督管理总局, 国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].北京:煤炭工业出版社, 2009:22.
充水条件分析 篇7
1矿井充水水源
(1) 奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层。
奥陶系灰岩含水层由灰岩、白云质灰岩、角砾状灰岩、硅质白云岩和白云岩组成, 总厚度为273 m。钻孔单位涌水量 0.000 61～4.030 00 L/ (s·m) , 渗透系数 0.000 45～9.020 00 m/d, 为中等富水性含水层。本含水层距二1煤层底界 44.30～79.68 m, 一般58.00 m, 其间有2层主要隔水层阻止该含水层水进入矿井, 属具有突水威胁的底板间接充水含水层。奥陶系灰岩埋藏深, 在首采区开采一水平条件下 (-300 m水平) , 底板最大承压近6 MPa, 突水系数0.085～0.150, 属超高承压 (>5 MPa) 含水层上开采, 突水系数超出临界值。特别是构造破坏煤层底板隔水层导水情况下就会发生突水, 对矿井生产造成威胁, 且西部边界龙潭沟断层在一定条件下可对矿床直接充水。
(2) 太原组灰岩岩溶裂隙承压含水层。
太原组主要岩性由薄层灰岩、硅质泥岩、砂岩、砂质泥岩及薄煤层组成, 其中灰岩为2～5层, 灰岩总厚为7.04～16.35 m, 一般10 m, 属于弱富水性含水层, 上距二1煤层底板砂岩底界间距为 5.82～21.00 m, 平均 11.93 m, 为矿井底板直接充水含水层。煤层开采后受底板裂隙破坏, 引起工作面水量增加, 但水量有限, 易于疏排。
(3) 山西组砂岩孔隙裂隙承压含水层。
以二1煤层顶板以上的大占砂岩和香炭砂岩为主, 为灰白色中粗粒砂岩, 平均厚30 m, 裂隙不发育, 井田内施工的所有钻孔均未发现涌、漏水现象, 该含水层属弱富水性偏中等, 且不均匀, 受裂隙发育程度控制, 为 二1煤层顶板直接充水含水层。该含水层水量有限, 易于疏排。据邻近新安煤矿资料记录, 当工作面周期来压顶板大面积垮落时, 会出现80 m3/h的瞬间突水, 3 d后衰减。
(4) 上、下石盒子组砂岩裂隙承压含水层。
石盒子组地层中灰白色中粗粒砂岩为主要含水层, 中粗粒砂岩累计厚度 23.31～43.46 m, 地下水补给来源有限, 弱富水性, 且不均匀。山西组顶界以上以紫色泥岩和砂质泥岩为良好隔水层, 阻隔石盒子组砂岩含水层和山西组砂岩含水层之间的水力联系, 属矿井顶板间接充水含水层。
(5) 平顶山砂岩裂隙含水层。
灰白色中、粗粒砂岩为主要含水层, 总厚度 66.10～91.40 m, 在本阶段勘探过程中, 有11013孔、1202孔、1301孔、1302孔和1601孔发生严重漏水现象, 0803孔和0804孔出现涌水现象, 属中等富水性。由于该含水层与 二1煤层间距较大, 中间夹多层泥岩和砂质泥岩隔水层, 因此对矿井开采没有影响。
(6) 生产矿井及老窑水。
井田内煤层埋藏深, 无生产矿井及老窑, 因此, 未来新矿井不会发生老窑积水的突水危害。
2矿井充水通道
(1) 断层。
井田内未发现落差20 m以上的断层, 构造简单, 表明井田内地层连续性和完整性较好, 各含水层因断层发生水力联系的几率较小。但西部边界有龙潭沟正断层, 走向北西, 倾向北东, 落差50～200 m, 导致灰岩含水层局部与含煤地层对接, 有可能对煤矿床充水。首采区经三维地震勘探发现, 有数条小断裂可切穿奥灰顶面且其导水性不明, 矿建过程中揭露断层近20条, 均属正断层, 落差0.4～2.5 m, 倾角35～50°, 走向无明显规律性, 巷道揭露平面延伸长度3～28 m, 垂向切割深度不详, 断层面特征明显, 富水性较弱, 多有破碎带存在, 宽度0.05～0.60 m, 充填物有断层泥、断层角砾岩及方解石脉, 在沟通上下含水层的情况下, 将成为矿井突水的主要通道。
(2) 不良钻孔。
勘探期间施工的53个钻孔封闭段为二1煤层以上80m至孔底, 但透孔检查仅2个孔, 还不能代表所有钻孔的封闭质量, 特别是普查时施工的8个钻孔, 没有进行透孔检查。
(3) 煤层顶底板形成的“两带”裂隙。
煤层采出前, 煤层及上覆岩层处于应力平衡状态;煤层采出后, 上覆岩层失去平衡, 发生破坏和位移, 形成的冒落带和裂隙带将成为矿井充水的重要通道, 但由于顶板水量有限, 疏干快, 对生产影响较小。同样道理, 底板也出现裂隙发育带, 当底板裂隙带与下伏O2水原始导高相通时, 将发生突水事故。
3矿井防治水措施
该井田属水文地质条件简单—中等的岩溶充水矿床, 但在煤矿开采后若发现有断层发育, 就有可能使矿井水文地质条件转变为复杂类型。建议在矿井建设和生产过程中采取防治水措施。
(1) 加强矿井水文地质基础工作。
按质量标准化要求做好防治水日常工作, 及时收集矿井水文地质资料, 特别是断层、褶皱构造的发育情况, 加强预测预报, 为矿井防治水工作提供必要的基础资料。
(2) 建立主要含水层水位动态观测网。
施工O2水文观测孔, 掌握O2灰岩水的动态变化, 为防治水工作提供参考依据。结合矿井建设, 原则上每个采区至少1个, 同时结合邻区水位资料进行综合分析。
(3) 做好防治奥灰岩溶水基础工作。
根据资料绘制二1煤底板隔水层等厚线图, 矿井地质构造分布图, 矿井充水性图, 二1煤距O2灰岩顶界厚度等值线图等, 将物探异常区、隔水层厚度变薄区、地质构造发育区作为防治水重点。
(4) 加强矿井物探工作, 做好预测预报。
地面采用三维地震勘探, 对基层查明的断层等构造, 采用瞬变电磁法探测富水带分布, 参照地面三维地震资料和地面瞬变电磁异常区的分布情况, 有针对性地进行井下直流电法勘探和钻探验证。工作面形成后, 及时采用多种物探方法探测底板岩层的富水异常区和构造发育带, 并进行综合对比, 特别是现场实测断层应作为重点, 使防治水工作有明确的针对性。
(5) 坚持“有疑必探, 先探后掘”, 进行底板预注浆加固工作。
底板加固部位为工作面实测导水断层及物探异常区, 要求按有关探放水标准进行, 采用高压注浆方法, 下好孔口管并进行耐压试验, 注浆压力应大于该处水压的2倍, 并对注浆效果施工检查孔或进行物探验证后方可进行采掘。
(6) 合理留设防水煤柱。
较大的断层和水文异常区是矿井突水的重大隐患, 应查明分布范围, 按有关规定留设防水煤柱, 降低矿井突水的风险。
(7) 防止钻孔透水。
矿井开拓、开采时做好钻孔预报, 应特别注意封闭不良钻孔, 严防钻孔透水。
(8) 严防顶板突水。
加强工作面排水工作, 确保工作面周期来压期间顶板突水时的回采安全。
(9) 加强与科研单位的合作。
通过与科研单位合作, 探索对巷道前方地质构造进行综合、有效探测与预测的方法;对超高承压含水层上安全开采进行评价和论证、优化底板注浆改造技术方案等。
4结语
青东矿充水因素分析及涌水量预计 篇8
青东矿地处安徽省淮北市濉溪县李小庙至大刘家一带。区内地势较为平坦, 略呈西高东低之势。井田内古生界岩层均隐伏于新生界松散层下, 地层由老到新为奥陶系、石炭系、二叠系、新生界第三系、第四系。区内主要含煤地层为二叠系的上石盒子组、下石盒子组和山西组。青东矿构造主体表现为一走向北西—近东西的单斜, 沿走向方向出现较小规模的地层起伏或次级褶曲, 局部有岩浆岩侵蚀, 构造复杂程度中等。
2 矿区水文地质条件
2.1 主要含水层
根据地下水赋存介质特征, 井田内可划分为新生界松散层孔隙含水层、二叠系煤系砂岩裂隙含水层、太原组和奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层。松散层分为4个含水层和3个隔水层。松散层第四含水层上部是隔水性良好的第三隔水层, 使其与上部地表水及一、二、三含地下水无水力联系。但第四含水层与煤系地层直接接触, 存在矿井水害隐患。
二叠系煤系地层主要由泥岩、粉砂岩及砂岩夹数层煤组成, 泥岩、粉砂岩可视为隔水层。二叠系主采煤层砂岩裂隙含水层, 属于以存储为主的承压含水层, 对矿井生产影响较小。
太原组灰岩有12层, 一灰—四灰视为同一含水层, 是10煤层开采时主要的防治水对象, 五灰—十二灰埋藏较深, 对主采煤层影响较小。而奥陶系在区内无钻孔系统揭露, 一般情况下对矿井充水无直接影响。
因此, 对矿井充水影响较大的含水层是松散层第四含水层和太原组岩溶裂隙含水层。而断层作为可能的导水通道, 有必要对其导、富水性进行分析。
2.1.1 松散层第四含水层
松散层第四含水层底板埋深218.75~281.60m, 平均厚4.20 m。含水层主要为灰黄色、棕黄色的细砂、粉砂、砂砾、粗砂、黏土砾石及黏土质砂等。其沉积厚度受古地形控制, 在矿区内分布不稳定, 主要分布在东西两侧 (图1) 。
根据5-5、6-1、9-10-2三孔抽水及09-观1孔、09-观2孔注水试验资料:水位标高-20.23~+14.68m, 按降深10 m、孔径91 mm折算后q=0.000 305~0.036 960 L/ (s·m) , K=0.008 8~0.834 0 m/d, 富水性弱—中等。矿化度2.155~4.590 g/L, 水化学类型为SO4-Na·Ca及SO4-Mg·Ca·Na型水。
2.1.2 太原组薄层灰岩岩溶裂隙含水层
该矿多数钻孔均没有全部穿过太原组。根据相邻临涣煤矿的资料, 太原组有石灰岩9~12层, 石灰岩总厚度59.94 m, 是整个太原组总厚的42.8%, 由石灰岩、粉砂岩、泥岩及薄煤层组成。
揭露一灰、四灰时部分钻孔发生严重漏水;揭露二灰时发生漏水泥;揭露三灰、四灰时泥浆消耗量较大。据5-1、9西-4和7-8-6三孔抽水试验资料:水位标高-28.70~+15.81 m, 按降深10 m、孔径91 mm折算后q为0.049 247~0.340 261 L/ (s·m) , K为0.160~1.489 m/d, 矿化度2.555~2.811 g/L, 水质为SO4-Na·Ca型水, 富水性弱—中等。
10煤底板突水与否, 主要取决于太灰水压、底板隔水层性质及底板受构造和煤层开采时扰动破坏程度等因素。矿区10煤开采时正常块段突水系数0.053 0~0.282 9 MPa/m, 平均0.114 3 MPa/m, 太灰突水系数超过0.10 MPa/m的钻孔占58.5%, 最大达2.8倍。因此, 10煤层开采时要采取严格的灰岩水防治措施。
2.2 断层
区内次级褶曲及断裂构造较为发育。组合落差3 m以上的断层220条。据钻探揭露资料, 矿区内断层破碎带的岩性主要以粉砂岩、泥岩为主, 夹少量细砂岩, 泥质胶结为主, 挤压和揉皱现象严重。
根据物探资料, 在巷道掘进过程中, 在多处揭露F11、F17、FS105、F9断层时均无出水现象或仅有少量短时滴水。揭露的其他一些小断层也均未发生出水现象或仅有少量短时滴水。
根据水1孔抽水试验资料:水位标高-26.31m, q=0.003 73 L/ (s·m) , K=0.037 4 m/d, 矿化度3.1 g/L, 水质为SO4-Na型水。表明断层富水性弱, 导水性差。
3 矿井充水因素及充水途径分析
3.1 充水水源
新生界松散层第三隔水层厚度大, 隔水性能较好, 能有效阻隔煤系砂岩裂隙水与大气降水、地表水间水力联系。新生界松散层第一、第二、第三含水层也受第三隔水层影响, 一般不影响矿井充水。矿井充水水源主要有新生界松散层第四含水层、主采煤层顶底板砂岩裂隙含水层、太灰组岩溶裂隙含水层。
(1) 新生界松散层第四含水层。开采过程中, 煤层露头区在一定范围内与上覆的松散层第四含水层接触, 地下水可沿浅部基岩风化带裂隙、导水断裂带裂隙和煤层下渗进入矿井。留有防水煤柱时, 松散层四含水是矿井充水的主要补给水源。
(2) 主采煤层顶底板砂岩裂隙含水层。主采煤层顶底板的砂岩裂隙水是矿井的直接充水水源。在矿井开采过程中, 二叠系砂岩裂隙水通过突水、淋水和涌水的方式向矿坑排泄。
(3) 太灰组岩溶裂隙含水层。当井巷工程遇到导水断层或陷落柱时, 灰岩水将通过管状通道对矿井直接充水或发生底鼓。灰岩水水压大, 水量丰富, 易造成突水灾害。一灰—四灰含水层段, 是10煤层开采时的潜在突水水源。
3.2 充水途径
(1) 煤层顶底板砂岩层发育多组不同方位裂隙, 有些具有较好的导水性, 而新构造裂隙是矿井充水的重要通道。
(2) 在浅部开采中, 顶板的垮落断裂带有可能会导通松散层第四含水层, 是矿井充水的主要通道。
(3) 断层富水性弱, 导水性差, 但也不能排除在采动影响下有活化导水的可能性。在大断层两侧派生的一些次级小断层及断裂带往往含水丰富, 导水性也较强。
(4) 青东矿矿井钻孔多数封闭较好, 但也有少数钻孔封闭不良或未封孔, 可能会导致钻孔突水。
4 矿井涌水量预计
矿井涌水量预测常用方法有解析法、涌水量曲线方程法、水文地质比拟法、数值法、水均衡法、灰色系统理论、人工神经网络、时间序列分析法及支持向量机等[1,2,3]。文中采用水文地质比拟法, 对青东矿矿井涌水量进行预计。选择水文地质条件、开采条件尽可能相似的矿井, 结合比拟的多方面资料, 采用合适的经验公式, 根据已知的矿井涌水量资料, 推算其他矿井涌水量。
4.1 计算公式
根据矿井水文地质条件及开采原理, 文中采用如下的比拟法计算公式[4,5,6]:
式中, Q为预计矿井涌水量;Q0为生产矿井实测矿井涌水量;F为主采煤层面积;F0为采空区面积;S为预计范围水位降低值;S0为比拟生产矿井水位降低值。
4.2 工程实例
(1) 比拟条件。青东矿与海孜煤矿相邻, 二者同属于一个矿区, 水文地质条件基本相似, 故矿井涌水量可以用海孜煤矿实测涌水量进行比拟。
(2) 比拟参数的选择。海孜煤矿1992—2009年12月平均涌水量368.5 m3/h, 投产以来矿井最大涌水量为531.40 m3/h (表1) 。海孜煤矿抽水试验取得静止水位标高平均值为+25.60 m, 水位降低值S0=425.60 m, 采空区面积F0=5.03 km2。
m3/h
目前开采水平为一、二水平联合开采, 多数为一水平开采, 开采水平标高平均取-400 m。矿井3-2、7、8-1、8-2、10煤层中3-2煤层一水平储量估算面积最大, 面积值采用3-2煤层储量估算面积的1/2, 即F=3.890 464 km2。根据主采煤层顶底板砂岩裂隙含水层抽水试验结果取得静止水位标高平均为+5.99 m, 水位降低为一水平标高-585 m与静止水位标高+5.99 m的差值, 即S=590.99 m。
4.3 计算结果
利用上述参数及公式估算矿井涌水量, 矿井正常涌水量为410 m3/h, 最大涌水量为590 m3/h (表2) 。
4.4 预测结果评述
水文地质比拟法充分考虑了矿井多年生产中反映的开采方法、开采强度、开采面积等诸多因素及矿井涌水量变化规律等, 预测结果符合客观规律。参照GB/15218—94《地下水资源分类分级标准》, 估算涌水量结果其精度相当于C级, 误差大体在40%以内, 可以满足矿井排水设计需要。
5 结论
(1) 矿井直接充水水源是主采煤层顶、底板砂岩裂隙水, 松散层四含孔隙水是间接充水水源, 太灰组岩溶裂隙水是潜在的突水水源。
(2) 断层富水性弱, 导水性差。青东矿富水性弱, 倒水性差, 但采掘工作可能破坏地质应力场的平衡, 从而改变断层的富水性和导水性。采动垮落带裂隙是矿井充水的主要途径, 此外还有断层及构造裂隙。
(3) 借助水文地质比拟法, 用海孜煤矿实测涌水量进行比拟, 预计青东矿矿井正常涌水量为410m3/h, 最大涌水量为590 m3/h, 可作为矿井排水设计的参考依据。建议不断更新和完善矿井水文地质资料, 发现潜在隐患及早处理。
摘要：为了更合理地开展矿井水害防治工作, 分析了青东矿矿井充水因素, 并采用水文地质比拟法预计矿井的涌水量。研究表明:充水水源主要有第四系松散层第四含水层和主采煤层顶底板砂岩裂隙含水层, 太原组岩溶裂隙含水层是潜在突水水源;充水通道主要有采动垮落带、导水断层及构造裂隙;矿井正常涌水量为410 m3/h, 最大涌水量为590 m3/h。研究结论可作为矿井疏排水设计的依据。
关键词：充水因素分析,涌水量预计,水文地质比拟法
参考文献
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