劉俊明

(1.中國礦業(yè)大學(北京)資源工程學院,北京市朝陽區(qū),100083;2.冀中能源邯礦集團云駕嶺煤礦,河北省邯鄲市,056300)

云駕嶺煤礦6#、7#煤層水文地質(zhì)條件研究與實踐

劉俊明1,2

(1.中國礦業(yè)大學(北京)資源工程學院,北京市朝陽區(qū),100083;2.冀中能源邯礦集團云駕嶺煤礦,河北省邯鄲市,056300)

針對冀中能源邯礦集團云駕嶺煤礦2#煤層煤炭資源接近枯竭,6#、7#煤層能否安全開采的情況,通過施工水文地質(zhì)觀測孔、觀測水壓、涌水量、放水試驗及水質(zhì)化驗,查明了伏青、大青、奧灰含水層的水文地質(zhì)特征及其相互之間的水力聯(lián)系,并預計了開采6#、7#煤層時伏青灰?guī)r含水層的正常及最大涌水量,為開采6#、7#煤層的防治水工作提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。

水文地質(zhì)條件 技術(shù)方法 監(jiān)測結(jié)果

冀中能源邯礦集團云駕嶺煤礦2#煤層煤炭資源接近枯竭,6#、7#煤層能否開采,實現(xiàn)薄厚煤層配采成為礦井可持續(xù)開采的一大課題。由于礦井水文地質(zhì)勘探程度低,無大青、伏青含水層觀測孔,而開采6#、7#煤層主要受底板伏青、大青、奧灰含水層影響,因此,必須提前查明伏青、大青、奧灰含水層的水文地質(zhì)特征及其相互之間有無水力聯(lián)系,評價6#、7#煤層開采的安全性和防治水難易程度顯得尤為重要。

1 影響6#、7#煤層開采的主要含水層水文地質(zhì)特征

(1)伏青灰?guī)r含水層:伏青灰?guī)r厚3.5 m左右,含水介質(zhì)為溶隙溶縫承壓水,鉆探初見水量27～30 m3/h。因富水性相對較強,且-100 m以下均含水,暫定為含水性中等。6#煤層位于伏青灰?guī)r上部,7#煤層位于伏青灰?guī)r下部,煤層與灰?guī)r間夾有厚度6 m左右泥巖或粉砂巖。因此,伏青灰?guī)r含水層構(gòu)成6#煤層底板直接充水含水層,也是7#煤層頂板直接充水含水層。

(2)大青灰?guī)r含水層:巖層厚5～6 m,是邯邢礦區(qū)下部煤層主要充水含水層。但在云駕嶺礦區(qū),大青灰?guī)r含水層因火成巖(閃長巖)侵入變薄;與奧陶灰?guī)r含水層有數(shù)層侵入體阻隔,大青灰?guī)r含水層已失去奧灰水力聯(lián)系,暫定為弱巖溶含水層。

(3)奧陶灰?guī)r含水層:為煤系基地灰?guī)r巖溶裂隙含水層,厚約600 m,巖性以厚層狀灰?guī)r和角礫狀灰?guī)r為主,分為三組八段。其中七段富水性強,裂隙發(fā)育帶呈多層狀,發(fā)育極不均一,垂向變化大,水平較穩(wěn)定;八段裂隙巖溶發(fā)育,但多被鋁土充填;六段為相對隔水層。依據(jù)已施工的鉆孔資料,奧陶灰?guī)r含水層單位涌水量為1.65 L/s·m,滲透系數(shù)為11.30 m/d,徑流條件好,補給范圍大,富水性較強,靜水水位為+65 m,是威協(xié)下組煤開采的主要充水含水層。

2 研究試驗過程及目的

6#、7#煤層水文條件研究定于礦井一水平二采區(qū),方案設(shè)計5個觀測孔,即伏青含水層2個觀測孔、大青含水層2個觀測孔、奧灰含水層1個觀測,做放水試驗時利用南翼已有的奧灰觀測孔同時進行觀測。

本次研究的目的是通過觀測伏青、大青、奧灰含水層的水壓、涌水量、水質(zhì)化驗及為期11 d的放水試驗資料,綜合分析伏青、大青、奧灰含水層的水文地質(zhì)條件及相互之間有無水力聯(lián)系,論證下伏含水層是否對6#、7#煤層開采構(gòu)成威脅,同時預測開采6#、7#煤層的正常及最大涌水量。

3 研究試驗結(jié)果

3.1 鉆孔揭露含水層時水文地質(zhì)觀測結(jié)果

本次鉆孔揭露含水層試驗中,孔口壓力表可以測量得到含水層水壓;涌水量采用容積法和多普勒管道流速儀對比測量得到;溫度計測得的水溫誤差小于或等于0.5℃。鉆探水文測試結(jié)果見表1。

表1 鉆探水文測試結(jié)果表

3.2 放水試驗結(jié)果

2009年12月13～23日云駕嶺礦對伏青、大青、奧灰含水層進行了放水試驗,實測了初始水壓、水量及穩(wěn)定水量、水壓。奧灰含水層放水試驗前后水壓和水量變化小;大青、伏青含水層放水試驗前后水壓和水量變化較大,尤其水壓衰減明顯,說明富水差,易于疏干。

3.3 觀測孔含水層水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

各個鉆孔揭露含水層及放水試驗時均采集水樣,委托集團公司環(huán)境監(jiān)測站對水樣的主要指標進行了化驗,主要水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 觀測孔含水層水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果 mg/L

4 試驗分析結(jié)果

(1)鉆孔初始揭露各含水層的涌水量和水壓分析。鉆孔施工過程中揭露的伏青、大青、奧灰含水層單孔涌水量、水壓均不相同,且伏青含水層涌水量和水壓均大于大青含水層2倍以上,奧灰含水層水量和水壓為大青含水層7倍以上,說明三者之間無直接水力聯(lián)系。

(2)放水試驗后涌水量和水壓分析。通過放水前后涌水量和水壓變化,說明大青、伏青灰?guī)r含水性較弱,以靜儲量為主,易于疏干,而奧灰含水層含水性較強,且三者無水力聯(lián)系。

(3)水質(zhì)分析。伏青、大青含水層的水質(zhì)與奧灰含水層差異顯著,說明伏青、大青含水層與奧灰含水層無直接水力聯(lián)系。

陰離子:奧灰水以偏高的硫酸根(SO4-2)為特征,伏青、大青水以碳酸氫根(HCO3-1)為主。

陽離子:奧灰水以鈣鎂(Ca+2/Mg+2)離子為主,伏青、大青水以鈉鉀(Na+、k+)離子為主。

硬度:由于奧灰水硫酸鹽偏高,形成永久硬度,而伏青、大青水的碳酸鹽形成暫時硬度,總硬度低于奧灰水。

鈣鎂離子來自于石灰?guī)r,鈉鉀離子來自于頂?shù)装迳皫r及泥巖,硫酸根離子與奧灰?guī)r中石膏成份有關(guān)。

5 二采區(qū)6#、7#煤層水文地質(zhì)條件評價及防治水措施

(1)通過放水試驗、水質(zhì)化驗、涌水量和水壓觀測,二采區(qū)伏青、大青、奧灰含水層之間無水力聯(lián)系。

(2)伏青含水層在-50 m水平基本不含水,且掘進和回采過程中伏青灰?guī)r水可疏干。預計-70 m水平以下6#、7#煤層掘進揭露伏青含水層時最大涌水量約80 m3/h,正常涌水量約50 m3/h,回采過程中相鄰含水層出水量小于30 m3/h。防排水的重點措施包括-50 m水平以下盡量形成工作面自流排水條件、工作面排水泵排量定為100 m3/h和回采工作面開掘前可在-150 m水平打伏青孔疏水降壓。

(3)揭露落差大于50 m的斷層之前,需要探測斷層是否導通奧灰水。

6 創(chuàng)造的經(jīng)濟和社會效益

通過6#、7#煤層水文地質(zhì)條件研究,查明6#、7#煤層的安全性和可采性,礦井增加可采儲量713.5萬t,延長了礦井服務年限。另外,利用奧灰觀測孔排出的高壓水可滿足生產(chǎn)用水和防塵用水需要,年節(jié)約抽水電費及設(shè)備折舊費約5.7萬元,具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

(責任編輯 張艷華)

Research and practice on#6、#7 coal seams hydrogeological conditions at yunjialing coalmine

Liu Junming1,2
(1.School of Resources Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Chaoyang,Beijing 100083,China;2.Yunjialing Coal Mine,Handan Coal Mining Group of Jizhong Energy Resources Co.,Ltd,Handan,Hebei 056300,China)

Facing to the fact that,the resource of#2 coal seam is approaching exhausted at Yunjialing Coal Mine,Handan Coal Mining Group of Jizhong Energy Resources Co.,Ltd,and we are not sure if it is safe tomine#6、#7 coal seams,research and practice are made through constructing hydrogeological observation hole,observing water pressure and water discharging volume,doing water discharging test and water quality assay,hydrogeological characteristics of Fuqing,Daqing and Ordovician water-bearing stratum and their internal water resources connection relations are clarified.Based on the above,the normal and maximum water discharging volume of Fuqing water-bearing strata while themining of#6、#7 coal seams are predicated.These provide reliable technical foundation for water prevention and control when#6、#7 coal seams aremined.

hydrogeological conditions,technical method,monitoring result

P641

B

劉俊明(1963-),男,河北魏縣人,高級工程師,中國礦業(yè)大學(北京)采礦工程專業(yè)在讀研究生,現(xiàn)任冀中能源邯礦集團云駕嶺煤礦黨委書記。