張 彬

(中國礦業(yè)大學)

干河井田水文地質(zhì)規(guī)律及涌水特點分析研究

張 彬①

(中國礦業(yè)大學)

干河礦井為新建礦井,井田煤層埋藏深,帶壓程度高,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。在建井過程中,通過開展水文地質(zhì)鉆探、地下水水位動態(tài)監(jiān)測、礦井涌水量觀測等水文地質(zhì)基礎(chǔ)工作,對礦井涌水與各含水層水位變化的關(guān)系進行了深入研究,分析了井田邊界斷層的導水性,各主要含水層的賦水性、各含水層之間的水力聯(lián)系。基本查明了干河井田的水文地質(zhì)規(guī)律,并得出了干河礦工作面涌水的原因及治理措施。

干河井田;水文地質(zhì);涌水;特點;分析治理效果

干河井田位于郭莊泉域下游泉域排泄口以南。井田的北邊界是以下團柏斷層(斷距350 m)及其內(nèi)側(cè)與其平行延展、呈階梯狀分布的F1派生斷層(斷距170 m)為界;南邊界是以下張端斷層為界。由于這一系列斷層的落差較大,使得干河井田奧灰埋藏加深,奧灰最大埋深達750 m,最低標高-150 m。井田開采煤層皆處于區(qū)域巖溶水位之下(巖溶水位標高518 m),其上組煤及下組煤底板分別承受奧灰水壓3.40～4.20 MPa和4.20～6.68 MPa。礦井生產(chǎn)必將面臨巖溶水的嚴重威脅。鑒于此,在干河井田進行了水文地質(zhì)補充勘探,同時加強了建井過程中水文地質(zhì)資料的收集,分析了干河礦涌水特點和原因,提出治理措施。

1 涌水現(xiàn)狀及水文地質(zhì)情況

水文地質(zhì)勘探以水文鉆探為主,在井田東北部一、二采區(qū)范圍內(nèi)布置水文鉆孔12個,其中B K1、BK2、BK3、B K44個水文鉆孔勘查目的層為太原組K2灰?guī)r含水層,B K5、BK62個水文鉆孔勘查目的層為奧陶系峰峰組(O2f)灰?guī)r含水層,GK1、GK2、GK3、GK44個水文鉆孔分布于下團柏斷層兩側(cè),GK5、GK62個水文鉆孔分布于下張端斷層兩側(cè),終孔層位為奧陶系上馬家溝組(O2s)灰?guī)r含水層,重點是查明斷層的導、阻水性,對所揭露的各灰?guī)r含水層也進行了查明;另外,礦區(qū)水源井揭露奧陶系下馬家溝組(O2x)灰?guī)r含水層,干河井田水文鉆孔分布及地下水流場圖見圖1。

1)涌水現(xiàn)狀。礦井建井過程中,3個井筒及清理斜巷穿過了石盒子組砂巖含水層,太原組砂巖及灰?guī)r含水層,其中,回風立井在揭穿K2灰?guī)r層段時,單個鉆孔涌水量達到80 m3/h。目前,礦井只開采上組

圖1 干河井田水文鉆孔分布及地下水流場圖

煤,在首采工作面回采期間,推進至78 m時,頂板周期來壓,頂板冒裂高度增至最大,達到K9砂巖。K9及K8砂巖裂隙水沿采空冒裂帶大量涌出,2 h涌水量增至最大130 m3/h,首采面涌水持續(xù)80 h后工作面最大涌水仍未有明顯減小趨勢,持續(xù)涌水一個月后,涌水量減小并穩(wěn)定至35 m3/h。礦井總涌水量穩(wěn)定在70 m3/h。井下清理斜巷全斷面揭穿K2灰?guī)r,涌水量35 m3/h,而回風立井揭穿K2灰?guī)r,涌水量達80 m3/h。

2)水文地質(zhì)情況。井田內(nèi)各主要含水層埋藏較深,地下水長期處于滯流狀態(tài),含水層的厚度、巖性、巖相變化及其與下盤含水層的對接關(guān)系都影響到含水層的賦水性,各含水層賦水性差異較大。同一含水層受構(gòu)造影響,其賦水性也不均一。

下石盒子組(K8、K9)砂巖裂隙含水層,賦水性差。井下巷道臨近斷層時,頂板淋水量往往會增大,為弱富水性的裂隙含水層;太原組(K2)石灰?guī)r溶隙含水層,滲透系數(shù)為0.24 m/d,整體賦水性較差,屬于弱富水性的溶隙含水層,但在局部構(gòu)造發(fā)育區(qū)賦水性好;中奧陶石灰?guī)r溶隙含水層,奧灰?guī)r溶裂隙水是煤系地層下伏的主要含水層;上馬家溝組(O2s)石灰?guī)r溶隙含水層,巖性上部為灰?guī)r,夾泥灰?guī)r,中部白云質(zhì)泥灰?guī)r,巖溶裂隙較發(fā)育,為中等富水含水層;下馬家溝組(O2x)巖溶裂隙含水層,井田內(nèi)水源井揭露該段,為強富水含水層。

干河井田位處奧灰深埋區(qū),上覆基巖隔水層厚度大,不可能直接獲得大氣降水入滲及地表水的滲漏補給,主要補給是來自側(cè)向徑流補給。來自西北部的郭莊泉域巖溶水可通過奧灰或寒灰含水層位的局部對接越過下團柏斷層及F1斷層補給井田區(qū)巖溶水見圖2。

在井田區(qū)以北,下團柏斷層下盤的巖溶水主要是沿下團柏斷層由西向東徑流,此外部分巖溶水可越過邊界斷層補給井田巖溶水。在井田區(qū),巖溶水的徑流方向總體是由北向南,水力坡度極緩。

在井田區(qū)內(nèi),巖溶水以潛流形式補給鄰區(qū)含水層中地下水為其主要排泄形式。除以潛流形式由北向南徑流外,在井田內(nèi)由于受開采影響較小,井田內(nèi)巖溶水基本處于滯留狀態(tài),僅少量通過人工開采排泄,干河礦主要含水層位置示意圖見圖3。

2 工作面涌水分析及治理措施

井田內(nèi)各主要含水層除了通過橫向接受井田北邊界斷層下盤含水層的側(cè)向滲透補給外,還通過落差較大的導水斷層或?qū)萋渲上露洗瓜蜓a給。綜合對井田水文鉆孔圖、2-101面涌水量變化曲線圖(圖4)和各水文觀測孔水位觀測曲線圖(圖5)的分析研究,可以得出干河礦工作面涌水的原因及治理措施[1]。

1)工作面涌水原因分析。2-101面涌水量變化曲線可分為3個階段[2]:

a)為緩慢上升階段。工作面水量穩(wěn)定,變化不大。主要是切眼剛剛掘成,圍巖未出現(xiàn)大的裂隙,涌水主要為頂板淋水,當揭穿構(gòu)造時,涌水量明顯增大。

b)為急劇增加階段。工作面涌水量在短時間內(nèi)急劇上升并達到峰值,變化不穩(wěn)定還出現(xiàn)回降現(xiàn)象,呈“V”字型布置。在首采工作面回采期間,推進至78 m時,頂板周期來壓,頂板冒裂高度增至最大,達到K9砂巖。K9及K8砂巖裂隙水沿采空冒裂帶大量涌出,2 h涌水量增至最大130 m3/h,井田內(nèi)K2灰?guī)r含水層水文觀測孔(B K1、BK3)水位有明顯下降,說明K2灰?guī)r含水層通過隱伏斷裂構(gòu)造與K8、K9砂巖裂隙水導通,同時奧灰水文觀測孔(B K5)也下降0.9 m,說明奧灰含水層與K2灰?guī)r含水層也有導通的可能。

由于K2砂巖的補給能力比K8、K9好,在鉆孔水位觀測圖上,可以看到BK1、B K3(K2)水文觀測孔水位變化幅度明顯比其它的鉆孔下降幅度大。

c)為緩慢下降階段。工作面持續(xù)涌水一個月后,涌水量減小并穩(wěn)定至35 m3/h。礦井總涌水量穩(wěn)定在70 m3/h。隨著回采范圍的擴大,受采動的影響,出水通道發(fā)生了變化,甚至K2灰?guī)r含水層補給砂巖含水層的通道也發(fā)生了變化,工作面涌水量基本穩(wěn)定在35 m3/h左右,由于自身含水層水從高水位向低水位的運移和奧灰峰峰組含水向K2灰?guī)r含水層的越流補給,各長觀孔水位開始恢復(fù)并趨于初始水位。但從恢復(fù)曲線分析,奧灰水補給K2灰?guī)r水的區(qū)域有限,通道小或者不暢[3]。

目前,礦井總涌水量已穩(wěn)定至70 m3/h,奧灰峰峰組含水層水位也恢復(fù)并穩(wěn)定至初始值,K2灰?guī)r含水層水位恢復(fù)至495 m水位后又開始緩慢下降。目前BK2孔水位標高489 m,比初始水位516 m下降了28 m,現(xiàn)水位已基本穩(wěn)定。究其原因,主要是由礦井清理斜巷直接揭穿K2灰?guī)r含水層涌水(35 m3/h),井下排水所致。

2)礦井涌水的治理措施。為了減少工作面涌水對礦井生產(chǎn)的影響,消除安全隱患,干河礦積極采取治理措施,主要從技術(shù)和管理兩方面入手,以確保高效安全生產(chǎn)[4]。

在技術(shù)上:合理留設(shè)防水煤柱,提高礦井的排水能力,建立健全井上下水動態(tài)自動觀測系統(tǒng),利用三維地震、電法勘探等技術(shù)手段對工作面內(nèi)部導水構(gòu)造及其富水性進行探測,對隔水層薄弱地段、富水區(qū)段和潛在導水通道進行注漿加固。

在管理上,貫徹執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采、有掘必探”防治水原則;定期進行水情水害分析和預(yù)報,編制中長期和年度水害防治計劃并組織實施。編制水害應(yīng)急處理預(yù)案,及時進行修改、補充和完善。

3 總 結(jié)

通過對干河礦工作面涌水原因及治理措施的研究分析,得出:

1)井田北部下團柏斷層的深部導水是干河井田各含水層水的主要補給來源,但由于埋藏深,地下水逕流條件差,各含水層的巖性差異大,使得各含水層的賦水性差異較大。其中,對煤層開采有直接影響的K8、K9砂巖含水層,K2灰?guī)r含水層均為弱富水含水層。

2)井田內(nèi)各含水層通過構(gòu)造存在相互補給的可能。先期開采的2#煤層面臨頂板K8、K9砂巖水和底部K2灰?guī)r水的影響,K8、K9砂巖水接受K2灰?guī)r含水層的補給,但補給通道有限。K2灰?guī)r含水層接受奧灰水補給,補給通道為隱伏構(gòu)造,補給通道不通暢。

3)干河礦涌水情況,從技術(shù)和管理上對涌水情況進行監(jiān)測、探測、治理,形成一整套涌水監(jiān)測和治理的方案,取得了顯著的效果。

[1] 孟召平,張孝文.焦作演馬莊井田構(gòu)造分布特征及突水地質(zhì)因素分析[R].西安:煤炭科學研究總院西安分院科學技術(shù)報告,1988.

[2] 楊爾乾.大型投鹽探測地下水連通試驗經(jīng)驗總結(jié)[J].水資源保護,1994(3):40-46.

[3] 吳建榮.多孔地下水連通試驗確定主徑流帶[J].煤礦安全,1994(6):11-13.

[4] 徐建紅,蔡竹聰,蔡豐偉.新課納隧道特大涌水防治技術(shù)[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2006(7):124-126.

Analysis and Research on Hydrological Geology Rule and Water Burst Characteristic of G anhe Field

Zhang Bin

Ganhe mine is new mine,the buried depth of coal seam in field is deep,the degree with water pressure is high,the geologic structure is complex.In the mine building process,through developing hydrology geology foundation work such as the hydrology geology drilling,the dynamic monitoring of phreatic water surface,the observation of water burst and so on,further research the relationship between water burst of the mine and water level change in each aquifer,analyzes the hydraulic conductivity of boundary fault in field,water-preserving of each main aquifer,the hydraulic connection between each aquifers.Has verified the hydrology geology rule of Ganhe field basically,and obtained the water burst reason and the government measure of the working face in Ganhe mine.

Ganhe field;Hydrology geology;Water burst;Characteristic;Analyses governance effect

book=4,ebook=151

TD742

B

1672-0652(2010)04-0031-04

2010-03-22

張 彬 男 1989年出生 中國礦業(yè)大學在讀本科生 徐州 221116