突水點(diǎn)長觀資料在煤礦水文補(bǔ)勘中的應(yīng)用

賈鵬宙

(汾西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司地測處，山西 介休 032000)

雙柳煤礦地處河?xùn)|煤田中部，井田面積31.03 km2，在水文地質(zhì)單元中屬柳林泉域系統(tǒng)。該礦主要可采煤層為二疊系山西組3#、4#(上組煤)煤層和石炭系上統(tǒng)太原組8#、9#煤層(下組煤)，現(xiàn)年產(chǎn)原煤200萬t，目前開采二疊系山西組3#、4#煤層。在下組煤改擴(kuò)建的水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探中，利用已有井巷工程的長期水文地質(zhì)觀測資料，對礦井充水途徑、水文地質(zhì)參數(shù)及礦井涌水量進(jìn)行了細(xì)致的研究，取得了較好的成果。

1 井田水文地質(zhì)概況

雙柳煤礦為帶壓開采礦井，目前，該礦擬開發(fā)下組煤，為查清下組煤的水文地質(zhì)條件，針對可能影響下組煤開采的太原組灰?guī)r和奧陶系灰?guī)r開展了水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探工作，在補(bǔ)勘工程量布置時充分考慮和利用了郭家山風(fēng)井長期涌水觀測資料。水文地質(zhì)補(bǔ)勘共施工水文孔8個，其中太灰觀測孔5個(MS2、MS3、MS5、MS7、MS8)，作為郭家山風(fēng)井和奧灰抽水孔的觀測孔，奧灰抽水孔3個(MS1、MS4、MS6)，進(jìn)行峰峰組和上馬家溝組單孔(或多孔)抽水試驗(yàn)。

勘探資料顯示:井田主要含水層為煤系地層砂巖裂隙承壓含水層、石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層和奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層。中奧陶統(tǒng)上馬家溝組含水層水位標(biāo)高為+799.29～+798.30 m，富水性較強(qiáng);中奧陶統(tǒng)峰峰組含水層厚113.35～116.25 m，平均厚度 114.32 m，水位標(biāo)高+789.85～ +796.629 m，單位涌水量 0.000 28 ～0.001 163 L/s·m，富水性弱，可視為相對隔水層。太原組灰?guī)r含水層由L1～L5薄層石灰?guī)r組成，灰?guī)r的單層厚度2.50 ～12.75 m，累計厚度27.83 ～34.26 m，平均厚度29.96 m，滲透系數(shù)0.012 20 ～0.037 96 m/d，導(dǎo)水系數(shù) 0.408 8 ～1.232 2 m2/d，水質(zhì)類型多為HCO3·Cl－Na型，各孔水位差異較大，但基本上呈現(xiàn)以風(fēng)井為中心的漏斗狀。太灰水位等值線見圖1.煤系地層砂巖裂隙承壓含水層由山西組和下、上石盒子組砂巖裂隙含水層組成，為開采上組煤層的直接充水含水層，該含水巖組部分鉆孔鉆井液消耗較顯著，個別鉆孔或?qū)佣紊踔寥?/p>

上組煤開采礦井正常涌水量為60～80 m3/h，充水水源以頂板砂巖裂隙水為主，底板少見涌水，開采條件較好，安全性較高。

郭家山風(fēng)井位于井田中部，已揭露太灰落底于下組煤底板，該風(fēng)井太灰?guī)r段常年涌水，經(jīng)長期觀測，穩(wěn)定涌水量30 m/h，形成井田太灰的常年排泄點(diǎn)，涌水經(jīng)4#煤巷道自上組煤排水系統(tǒng)排出。

圖1 太灰水位等值線圖

2 下組煤開采礦井充水條件分析

雙柳井田受郭家山風(fēng)井揭露太灰含水層后長期疏排影響，太灰含水層水位已形成一個以風(fēng)井為中心的降落漏斗，反映出太原組灰?guī)r補(bǔ)給條件差，在整個井田以靜儲量為主，峰峰組含水層與太原組灰?guī)r含水層無水力聯(lián)系的特點(diǎn)。據(jù)風(fēng)井延伸前地質(zhì)補(bǔ)充勘探資料，太灰含水層水位標(biāo)高+710 m.

井田內(nèi)下組煤層底板至奧灰?guī)r層頂面距離為58～77 m，平均厚度65 m，礦井大部分地段突水系數(shù)位于0.06～0.1 MPa/m，但根據(jù)補(bǔ)勘成果，奧灰峰峰組在井田大部分范圍內(nèi)富水性微弱，按其富水程度可劃分為相對隔水層。經(jīng)全面分析，在已獲得的地質(zhì)、水文地質(zhì)資料以及開采條件的基礎(chǔ)上，認(rèn)為開采下組煤在正常地質(zhì)條件下，礦井涌水量主要來源于頂板太灰含水層，上組煤采空區(qū)積水亦可沿裂隙帶涌入工作面，而下伏奧灰含水層將不構(gòu)成礦井充水水源。因此，下組煤開采礦井充水水源主要為太原組灰?guī)r含水層。

3 利用長觀資料求取水文地質(zhì)參數(shù)

3.1 通過注水試驗(yàn)求取水文地質(zhì)參數(shù)

水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探施工5個太灰孔，由于不具備抽水試驗(yàn)條件，采用注水試驗(yàn)來求水文地質(zhì)參數(shù)。各孔注水試驗(yàn)成果見表1.

滲透系數(shù)平均值(加權(quán)平均)K的計算公式:

式中:

A—注水管內(nèi)徑截面積，cm2;

Fc—試驗(yàn)段與注水管的形狀系數(shù)，cm;

T—滯后時間，min.

表1 注水試驗(yàn)成果表

3.2 通過風(fēng)井井筒涌水資料求取水文地質(zhì)參數(shù)

雙柳煤礦郭家山風(fēng)井揭露太原組灰?guī)r含水層后，成為礦區(qū)太灰含水層一個最大的排泄點(diǎn)，初始涌水量55 m3/h，后逐步衰減并穩(wěn)定至30 m3/h.由于風(fēng)井長期疏排太灰水，導(dǎo)致井田整個太灰含水層流場發(fā)生變動，形成了局部以風(fēng)井為中心的降落漏斗。本計算以風(fēng)井資料為基礎(chǔ)，模型選用承壓完整井，選用計算公式:

式中:

Q—風(fēng)井涌水量，m3/h，取穩(wěn)定值30;

K2—滲透系數(shù)，m/h;

m—承壓含水層厚度，m，取30;

S—水位降深，m，取270;

Rc—邊界水流阻力;

R—影響半徑，m，取2 000;

rw—風(fēng)井半徑，m，取2;

計算得:K=4.07 ×10－3m/h.

太灰水位－風(fēng)井距離關(guān)系圖見圖2.

圖2 太灰水位－風(fēng)井距離關(guān)系圖

3.3 水文地質(zhì)參數(shù)確定及評價

以上兩種方法計算所得滲透系數(shù)值差別不是很大。注水試驗(yàn)所得結(jié)果經(jīng)以往實(shí)踐驗(yàn)證偏小;用風(fēng)井資料計算的滲透系數(shù)，主要影響因素有影響半徑R和降深S，而本次計算采用影響半徑R和降深S均為實(shí)測數(shù)據(jù)，取值較為可靠。太灰含水層的滲透系數(shù)取風(fēng)井計算結(jié)果和注水試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為太原組灰?guī)r的滲透系數(shù)。

3.4 下組煤開采頂板太灰涌水量預(yù)計

計算模型:承壓完整井，礦坑為長方形，長a=2 000 m，寬b=180 m，計算公式:

式中:

Q—礦坑涌水量，m3/h;

K—滲透系數(shù)，m/h，取2.518 ×10－3;

M—承壓含水層厚度，m，取30;

S—水位降深，m，為初始水位(+710 m)－疏干標(biāo)高;

r0—礦坑引用半徑，m，計算得572;

R0—引用影響半徑，R0=R+r0，m，取 2 000.

計算得，在不同的疏干標(biāo)高時礦坑涌水量見表2，太灰涌水量預(yù)測變化趨勢見圖3.

表2 不同疏干標(biāo)高太灰涌水量表

圖3 太龍涌水量趨勢預(yù)測圖

4 結(jié)語

對于改擴(kuò)建或水平延深礦井水文地質(zhì)勘探，充分利用礦井已有的長觀資料，可大大節(jié)省勘探工程量;老礦井已有的突水點(diǎn)一般疏排時間長，能更好地改變含水層的地下水流程，對含水層水文地質(zhì)條件揭露充分，是一般地面水文勘探孔抽水試驗(yàn)無法比擬的。因此，在老礦井?dāng)U建水文地質(zhì)勘探中，搜集或充分利用系統(tǒng)的水文地質(zhì)觀測資料尤為重要。

［1］中煤科工集團(tuán)西安研究院.雙柳煤礦下組煤水文地質(zhì)勘探報告［R］.西安:西安研究院，2008:23－26.

［2］中煤科工集團(tuán)西安研究院.雙柳煤礦下組煤帶壓開采水文地質(zhì)條件評價［R］.西安:西安研究院，2006:56－78.