桂 祥，吳基文

(安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院， 安徽淮南232001)

桃園煤礦Ⅱ4采區(qū)放水試驗(yàn)及水文地質(zhì)條件分析

桂 祥，吳基文

(安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院， 安徽淮南232001)

為了查明桃園煤礦II4采區(qū)各含水層的富水性及其間的水力聯(lián)系，對(duì)井下太灰含水層進(jìn)行了放水試驗(yàn)；通過大量地面觀測(cè)孔以及井下監(jiān)測(cè)孔獲得水量、水位的變化情況，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析，得出太灰接受補(bǔ)給不強(qiáng)、太灰含水層與奧灰水之間存在一定的水力聯(lián)系等結(jié)論，為采區(qū)開采安全性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

桃園煤礦； 放水試驗(yàn)； 太灰； 奧灰； 水力聯(lián)系

1 引言

在煤礦的生產(chǎn)過程中，礦井水害對(duì)礦井安全生產(chǎn)的影響越來越突出。礦井水害已成為煤礦生產(chǎn)中的一個(gè)重要問題，因此對(duì)礦井水的災(zāi)害進(jìn)行治理具有重要的意義[1-2]。在承壓水上進(jìn)行開采活動(dòng)時(shí)，經(jīng)常面臨底板突水的威脅[3]。放水試驗(yàn)是根據(jù)地下水井流理論，通過監(jiān)測(cè)在井下放水之后的水量及水位的變化情況來獲取必要的水文地質(zhì)參數(shù)，進(jìn)而對(duì)水文地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，為預(yù)計(jì)礦井涌水量、疏水降壓和開采安全性評(píng)價(jià)等方面提供依據(jù)[4]。

2 放水試驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)

桃園煤礦位于安徽宿州市埇橋區(qū)北楊寨鄉(xiāng)桃園鎮(zhèn)、祁縣鎮(zhèn)境內(nèi)。其北邊以F1斷層為界，南部與祁南煤礦毗鄰，西界為10煤露頭線，東界至32煤層-800 m水平投影線[5]。II4采區(qū)位于桃園煤礦補(bǔ)3線北100 m至F2斷層，淺部以-520 m為界，深部至-800 m水平。采區(qū)走向長約2 200 m，傾斜寬約900-1 500 m，面積約2.5 km2。

桃園煤礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，1035工作面南端(原切眼處)曾發(fā)生底板隱伏陷落柱奧灰突水事故，突水量達(dá)29 000 m3/h，造成全礦井被淹和1人死亡的重大損失[6]。Ⅱ4采區(qū)與Ⅱ2采區(qū)相鄰，且Ⅱ2采區(qū)太灰水文地質(zhì)條件較為異常，鑒于礦井水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，開展Ⅱ4放水試驗(yàn)工作，查明各含水層的富水性及其間的水力聯(lián)系有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本次放水試驗(yàn)主要以太灰含水層(1～4灰)為目的層，觀測(cè)奧灰、太灰含水層水壓變化，查明太灰含水層的富水性，為該采區(qū)煤層開采的防治水工作提供水文地質(zhì)資料，為煤礦安全高效開采提供水文地質(zhì)保障。

3 放水試驗(yàn)過程及成果分析

3.1 放水試驗(yàn)過程

考慮本次放水試驗(yàn)的目的以及現(xiàn)場(chǎng)條件，本次放水試驗(yàn)井下放水孔(FS1)位置定在北八皮帶大巷，并施工井下監(jiān)測(cè)孔4個(gè)(G1、G3、G4、G5)，見圖1，地面觀測(cè)主要利用已有長觀孔，其中四含觀測(cè)孔1個(gè)(2013觀-1)，太灰觀測(cè)孔4個(gè)(95觀-1、98觀-3、2014觀-1、2011觀-2)，奧灰觀測(cè)孔4個(gè)(98觀-1、2001觀-1、2011觀-1、2014觀-2)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，本次放水試驗(yàn)采用一次定流量非穩(wěn)定流方式進(jìn)行，于2015年12月7日至2015年12月13日進(jìn)行了井下放水試驗(yàn)工作。總歷時(shí)138 h，累計(jì)放水量約27 600 m3。于12 月7日開始地下水原始觀測(cè)工作，隨后在12月7日16：00開始放水工作。打開FS1孔，鉆孔放水量平均為200 m3/h，至2015年12月13日10：00停止放水，之后進(jìn)行水位恢復(fù)觀測(cè)。

圖1 放水試驗(yàn)工程布置圖

3.2 放水試驗(yàn)成果

放水過程中主要觀測(cè)孔水位變化情況見表1。

表1 主要水文觀測(cè)孔水位動(dòng)態(tài)變化情況

依據(jù)表1，分析各觀測(cè)孔的水位變化情況，可以初步得出以下認(rèn)識(shí)：

井下觀測(cè)孔的降深基本上一致，基本在20m左右，而4個(gè)井下觀測(cè)孔距離放水孔的遠(yuǎn)近并不相同，G5孔距放水孔最遠(yuǎn)，但降深最大，說明G5孔位置可能存在一條滲透性較好的徑流通道。

在放水的過程中，地面的長觀孔中反應(yīng)比較明顯的有98觀3、2014觀1和95觀1，其中以98觀3最明顯，且其距離放水區(qū)域最近。

從2001觀1、2011觀1、98觀1、2014觀2四個(gè)奧灰觀測(cè)孔來看，放水期間各孔水位下降幅度較小，在0.04-0.16 m之間，說明Ⅱ4采區(qū)太灰與奧灰之間水力聯(lián)系程度較弱，補(bǔ)給不明顯。

從位于北八采區(qū)的太灰觀測(cè)孔11觀2孔水位變化圖中可以看出，其水位變化形態(tài)與奧灰基本一致，且水位相近，進(jìn)一步說明北八采區(qū)太灰水與奧灰水“同源”，即均為奧灰水，說明太灰與奧灰存在微弱的水力聯(lián)系關(guān)系。

4 Ⅱ4采區(qū)水文地質(zhì)條件分析

4.1 太灰含水層水文地質(zhì)特征

4.1.1 補(bǔ)給條件

礦區(qū)南部長期開采10煤層，故太灰水的疏放成為常態(tài)，致使太灰地下水長期由淺部流向深部。太灰水在該礦不存在天然條件下的泄水點(diǎn)，故目前的泄水點(diǎn)大部分為人工泄水點(diǎn)。

鉆孔揭露資料顯示，II4采區(qū)太灰富水性較好。放水試驗(yàn)結(jié)果顯示，水位降不大，但穩(wěn)定較慢，表明該區(qū)補(bǔ)給較差，放水期間奧灰水位呈波動(dòng)下降，單降幅較小，說明接受奧灰水的補(bǔ)給較弱，該區(qū)太灰與奧灰聯(lián)系程度較弱。

桃園煤礦的東、南部邊界是人為劃分的，而太灰含水層并不受人為邊界限制，向遠(yuǎn)處延伸。而桃園煤礦與祁南煤礦、祁東煤礦均存在著水力聯(lián)系，通過放水試驗(yàn)表明采區(qū)太灰主要與本礦太灰存在遠(yuǎn)程補(bǔ)給關(guān)系。

4.1.2 補(bǔ)給強(qiáng)度分析

補(bǔ)給強(qiáng)度指的是單位時(shí)間內(nèi)流入含水層水量的大小。這個(gè)數(shù)據(jù)較難獲得，但其相對(duì)大小可由放水試驗(yàn)過程中水位穩(wěn)定情況和關(guān)閘以后的水位恢復(fù)情況反應(yīng)出來。

從圖2中可以看出，放水孔關(guān)閉后水位恢復(fù)較慢，在7天后才恢復(fù)，說明太灰補(bǔ)給較差；圖3是Ⅱ2采區(qū)太灰放水試驗(yàn)水位恢復(fù)階段井下觀測(cè)孔水位變化曲線，Ⅱ2采區(qū)太灰受奧灰補(bǔ)給，可以看出Ⅱ2采區(qū)太灰水位在14小時(shí)內(nèi)就恢復(fù)到了初始水位，通過對(duì)比可以看出存在奧灰補(bǔ)給條件下水位恢復(fù)曲線與本層太灰自身補(bǔ)給條件下水位變化明顯不同，存在強(qiáng)補(bǔ)給源的時(shí)候，水位恢復(fù)曲線初期較陡，后期逐漸平緩，而不存在強(qiáng)補(bǔ)給的時(shí)候，恢復(fù)水位曲線整體較緩，這也反映出本次太灰放水過程中，受奧灰的補(bǔ)給較弱。

圖2 Ⅱ4采區(qū)太灰含水層放水試驗(yàn)井下觀測(cè)孔水位恢復(fù)歷時(shí)曲線

圖3 Ⅱ2采區(qū)放水試驗(yàn)關(guān)孔后24小時(shí)內(nèi)G2孔水位恢復(fù)曲線

4.2 太灰富水性評(píng)價(jià)

從放水試驗(yàn)放水孔和觀測(cè)孔施工結(jié)果來看，太灰含水層具有一定的富水性，屬中等。從表2可以看出，放水試驗(yàn)井下成孔施工過程中，施工5個(gè)孔，全部出水，除G4孔出水量較小外，其他孔出水量較大在30-200 m3/h。表明該區(qū)域太灰含水層富水性中等偏強(qiáng)。

表2 1035工作面井下放水孔、觀測(cè)孔成孔情況表

5 結(jié)論

通過本次放水試驗(yàn)，基本查明了Ⅱ4采區(qū)太灰含水層的水文地質(zhì)條件。對(duì)放水試驗(yàn)的成果分析，得出以下結(jié)論：井下觀測(cè)孔水位穩(wěn)定較慢，關(guān)孔后恢復(fù)到初始水位所需時(shí)間較長，說明太灰接受補(bǔ)給不強(qiáng)；礦井奧灰水位下降幅度不大，但對(duì)比其長期水位變化規(guī)律可以看出，在放水試驗(yàn)期間，奧灰水位呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，且能與放水過程較好吻合，同時(shí)祁南礦奧灰水位也有同樣規(guī)律，說明本區(qū)太灰含水層與奧灰水之間存在一定的水力聯(lián)系，但接受奧灰水的補(bǔ)給強(qiáng)度較弱。

[1] 虎維岳. 礦山水害防治理論與方法[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2005：1-6.

[2] 中國煤炭工業(yè)勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì). 礦井水害防治技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007：90．

[3] 王兆會(huì)，楊勝利，孔德中,等.承壓水上采煤底板破壞深度研究[J].煤礦安全，2014，45(1)：17-20.

[4] 翟曉榮, 吳基文, 韓東亞.補(bǔ)給邊界群孔放水試驗(yàn)的含水層參數(shù)計(jì)算[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 43(5):837-840.

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[6] 吳基文，翟曉榮， 沈書豪，等.淮北桃園煤礦北八采區(qū)太原組灰?guī)r含水層放水試驗(yàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15(19)：74-79.

2016-10-27

國家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào)：41272278)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(項(xiàng)目編號(hào)：20123415110002)

桂祥(1991- )，男，安徽安慶人，研究生，研究方向煤礦工程地質(zhì),電話：15675540153。

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] [文章編號(hào)]1671-4733(2016)06-0001-03

10.3969/j.issn.1671-4733.2016.06.001