五溝煤礦西三采區(qū)地下水動態(tài)分析

摘 要：五溝煤礦二疊系可采煤層隱伏于巨厚松散層之下，掩覆于太原組、奧陶系地層之上，屬新生界松散砂層孔隙水與底板巖溶水復合含水層充水類型礦井。目前開采10煤層，但開采時受底板巖溶水威脅。文章在收集水量、水壓和水位數(shù)據(jù)的基礎上，對灰?guī)r水文地質(zhì)條件進行了分析。同時，結合礦井的主要地質(zhì)構造，分析了該礦區(qū)10煤層底板灰?guī)r的水量、水位變化關系，為10煤層安全開采提供可靠的現(xiàn)實依據(jù)。

關鍵詞：灰?guī)r含水層；煤礦；地下水動態(tài)

1 概況

五溝煤礦為恒源煤電集團所轄的一座大型生產(chǎn)礦井，2007年開工建設，于2008年8月投產(chǎn)，設計年生產(chǎn)能力60萬噸，實際生產(chǎn)90萬噸。井田二疊系可采煤層隱伏于巨厚松散層之下，掩覆于太原組、奧陶系地層之上，屬新生界松散砂層孔隙水與底板巖溶水復合含水層充水類型礦井。可開采的煤層有8層，自上而下為31、51、52、71、72、81、82、10煤層等，目前開采10煤層，但開采時受底板巖溶水威脅。

2 礦井水文地質(zhì)情況

五溝煤礦主采煤層頂?shù)装迳皫r裂隙含水層（段）是礦井充水的直接充水含水層，一般富水性較弱。開采10煤時太灰水威脅比較嚴重，太灰和奧灰?guī)r溶裂隙含水層具水壓高，來勢猛，水量大的特征，防治水工程量較大，是礦井安全生產(chǎn)的重要隱患之一。地質(zhì)構造復雜程度為中等（Ⅱ類），斷層及破碎帶較發(fā)育。

3 地下水動態(tài)分析工作

對地下水動態(tài)特征的研究，要辨別出水動態(tài)變化的各種因素。地下水動態(tài)的變化是由多種因素引起的，如大氣降水、氣壓效應、溫度變化（氣溫、地濕）、地球固體潮汐和地質(zhì)構造運動等。具體工作如下：

3.1 收集西三采區(qū)井下放水試驗數(shù)據(jù)，查明其引起水量變化的的主要因素和次要因素。

3.2 通過對傳感器收集回來的地面水位數(shù)據(jù)（主要是水1和水6地面觀測孔），找出其地面水位變化的特征，并盡可能的查明其引起變化的因素。

3.3 整理西三采區(qū)水文地質(zhì)資料，分析其地下水補、徑、排條件，重點分析井田涌水量與各含水層之間水位關系，以此獲得放水試驗前的各含水層之間水力聯(lián)系的背景值。

3.4 整理分析不同階段放水試驗資料，根據(jù)放水試驗各階段放水孔、觀測孔和測壓孔的數(shù)據(jù)變化情況推導出西三采區(qū)各塊段之間的水力聯(lián)系，從而判斷主要斷層的導、隔水性。

3.5 通過井下放水試驗，獲取太灰水單孔涌水量、滲透系數(shù)、貯水系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)，評價太灰富水性，計算太灰疏降量，探查太灰與其它含水層的水力聯(lián)系。

3.6 根據(jù)地下水水位變化特征繪制地下水流場圖，分析地下水流場的動態(tài)變化特征。

4 放水試驗

4.1 試驗目的與任務

結合現(xiàn)有井下開采情況，合理布置放水孔及觀測孔，控制不同構造塊段之間的水力聯(lián)系，分析邊界內(nèi)外的斷層的導、隔水性。系統(tǒng)觀測放水孔的水量與觀測孔水位（水壓）隨時間的變化，查明太原組1-4層灰?guī)r水疏放和恢復條件整個地下水變化特征，從而獲得對斷層、區(qū)塊之間的聯(lián)通信息。利用西三采區(qū)放水試驗，充分研究整個礦井的太灰含水層水文地質(zhì)條件，以及與相鄰含水層之間的水力聯(lián)系。

4.2 鉆孔布置

參與放水試驗的鉆孔合計為11個，井下放水及測壓孔有7個，地面觀測孔有4個，具體分布見圖1：

井下放水孔分別有邊界聯(lián)巷放水孔、FZ9-2，、FZ10-1和FZ10-4；測壓孔為FZ8、TZ3以及JZ1，在放水試驗恢復階段也對FZ9-2，、FZ10-1和FZ10-4進行測壓；地面觀測孔分別有水1、水6、水7、和水8（水1和水6是太灰孔）。

4.3 試驗階段

西三采區(qū)放水試驗一共分為三個階段：一類加密觀測階段、二類加密觀測階段和恢復階段。

4.4 試驗數(shù)據(jù)整理與分析

4.4.1 流量動態(tài)分析

在西三采區(qū)放水試驗過程中，F(xiàn)Z10-4孔在2013年4月11號至2013年4月15日處于放水狀態(tài)，從2013年4月16日至2013年4月20日處于關閉測壓狀態(tài)，放水階段涌水量較小，但是比1號孔的涌水量要大，涌水量的變化也不大，最大涌水量為12.528m3/h，最小涌水量為6.62m3/h；在放水試驗放水階段10號鉆場4號孔涌水量呈下降趨勢，下降幅度為5.908m3/h。整個變化過程見下圖：

4.4.2 壓力動態(tài)分析

在放水試驗過程中，從2013年4月10日到2013年4月20日JZ-1一直處于測壓狀態(tài)，在放水階段壓力呈下降趨勢，然而在恢復階段水壓又呈回升趨勢，最大壓力3.6Mpa，最小壓力2.77Mpa，在放水階段壓力下降了0.83Mpa，總體變化趨勢見下圖：

4.4.3 地面長觀孔水位動態(tài)分析

水6觀測孔的水為太灰水，位于1031工作面的西面。在整個放水試驗階段，水6觀測孔水位變化反映特別靈敏，放水階段水位下降明顯，恢復階段水位上升很快，具體水位變化見下圖：

4.4.4 地下水動態(tài)分析

五溝礦灰?guī)r水水文地質(zhì)概念模型主要在分析礦區(qū)水文地質(zhì)條件基礎上，概化了模擬試驗區(qū)地下水系統(tǒng)特征，內(nèi)容包括：模擬區(qū)范圍、含水層結構、邊界條件及補、排項等，即利用不同階段放水試驗成果，通過對含水層系統(tǒng)深入分析與研究，建立符合客觀實際的太原組組灰?guī)r含水層的水文地質(zhì)概念模型，據(jù)此將太原組灰?guī)r含水層概化為上部隔水，下部弱透水，非均質(zhì)、各向異性的三維承壓非穩(wěn)定流地下水模型。

5 結論

五溝煤礦太原組灰?guī)r含水層第三、四、五、十一、十二層灰?guī)r厚度較大，其余均為薄層，1-4層灰?guī)r溶裂隙發(fā)育，水動力條件好，含水豐富，各段之間距離僅數(shù)米，對以上各灰?guī)r層間的其他巖層，采用等效概化方法，將其視為等效含水層。由于該含水層為非均質(zhì)、各向異性介質(zhì)，其參數(shù)在空間上是非均質(zhì)，利用差分的方法，將研究區(qū)離散化成若干個計算單元，每個單元可視為均質(zhì)含水層。

太原組灰?guī)r含水層具有如下特點：

（1）由于整個含水層系統(tǒng)的參數(shù)隨空間呈現(xiàn)非均質(zhì)，且水流為各向異性，將其概化為具有單層結構的非均質(zhì)、各向異性的含水層系統(tǒng)；（2）地下水系統(tǒng)輸入、輸出隨時間變化，為非穩(wěn)定流場；（3）利用等效方法，將1～4灰作為一個整體考慮，為裂隙流系統(tǒng)；（4）五溝井田內(nèi)含水層厚度分布較穩(wěn)定，地下水流動呈層流。

6 結束語

地下水動態(tài)分析，對于認識礦區(qū)水文地質(zhì)條件、水量和水質(zhì)評價，都具有非常重要的意義。可根據(jù)地下水的動態(tài)特征分析、認識地下水的埋藏條件、水量、水質(zhì)形成和區(qū)分不同類型的含水層，從而做出相應的水患防治工作，為我們安全生產(chǎn)提供重要的理論依據(jù)。