對鶴煤二礦大口徑群孔抽水試驗數據的分析研究

李廣亮

(河南省煤田地質局 三隊，河南 新鄉453000)

0 序言

鶴煤二礦位于安鶴煤田中部，未來計劃開采太原組一11煤，其直接頂板L2灰巖含水層厚度大，富水性強，易接受下伏奧陶系灰巖含水層的補給，對礦井安全生產構成嚴重威脅，為對礦井水文地質條件有較為深入的了解，設計進行大口徑抽水試驗。

1）抽水試驗布設工作

本次大口徑抽水試驗共設觀測孔7個，其中L2灰巖觀測孔5個，O2灰巖觀測孔2個，抽水主孔2011-15孔位于F22斷層下盤，L2灰巖觀測孔290-1、2011-2、2011-7、2011-10孔均位于F22斷層上盤；2011-12孔位于主孔北東部，中間沒有斷裂構造；O2灰巖觀測孔2011-3、2011-13孔分別位于F22斷層上下盤。

2）抽水試驗成果參數

正式抽水期間抽水主孔2011-15孔以涌水量Q=9.459L/s抽水，觀測孔同步觀測水位。L2灰巖觀測孔水位均有不同程度的變化，其中變化最大的為2011-12孔，水位下降5.03m，其余L2灰巖觀測孔水位變化均為0.71～0.95m。兩個O2灰巖觀測孔的觀測水位不降反升（見表1）。

表1 大口徑抽水試驗觀測孔特征值統計表

1 井田水文地質特征

1.1 構造控水特征

鶴煤二礦位于安鶴煤田中部，夾持于北東向斷裂F1和F100之間，總體為一地壘式構造。井田基本構造形態為一地層走向NNE～NE，傾向SSE～SE，傾角3～36°，一般20°左右的單斜構造；構造以斷裂為主，井田西南部和東北部具寬緩的褶皺，淺部有少量陷落柱。總體構造復雜程度為中等。

影響礦井水文地質類型劃分的大型斷裂主要有F3、F100、F1，其落差均大于50m，形成井田的供、隔水邊界；井田內發育的其他中小型斷裂破壞了地層的連續性，使井田水文地質條件區域復雜化。

圖2 地下水流場特征圖

1.2 邊界條件

根據本井田地質構造及補給源方向，對井田水文地質邊界進行劃分，可以概劃分為兩條進水邊界，兩條阻水邊界，一條出水邊界（見圖1），井田水文地質條件較為封閉，地下水不易排出。

圖1 地下水邊界系統

1.2.1 進水邊界

本井田共有兩條進水邊界，東南方向進水邊界為F3斷層，該斷層落差為580m，奧陶系灰巖含水層同本井田主要可采煤層及可采煤層頂底板主要充水含水層對接，不僅向煤層直接充水，且將奧灰水通過直接充水含水層向深部運移，為井田主要的充水邊界。

西部進水邊界主要為來自西部山區補給源，由于L2灰巖厚度有限，補給強度較東南方向進水邊界弱。

1.2.2 阻水邊界

本礦F100和F1斷層為本井田兩條邊界斷層，將井田抬升，井田大部形成地壘構造，F100斷層使本井田L2灰巖同山西組、下石盒子組砂泥巖隔水層相對接，形成對盤阻水；

F1斷層使L2灰巖同太原組中段隔水層對接，阻隔了外部來水，同時本井田內地下水不易排出，形成相對阻水邊界。

1.2.3 排水邊界

受寺灣井排水的影響，井田地下水原始流向已經基本改變，井田流場特征顯示，井田排水邊界為西北部，在未來井田開采后人工排水是井田的主要排水邊界。

1.3 流場特征

本井田巖溶地下水原始流向為自西向東，顯示天然狀態下其補給來自為西方的斷層帶和裸露灰巖補給區，但井田實際地下水流向為近似正北方向，同天然徑流方向出現明顯矛盾，主要是井田西北部3.5km寺灣井開采一煤組時對L2灰巖長期疏排水，改變了本井田范圍內的地下水流向，2011-15孔最大降深時的流場長軸為方向北、北西方向，同巖層走向基本一致，但其流向與巖層傾向相反，出現這樣反流向的結果主要是由于地下水存在較高的水壓差，巖溶系統在長期向同一方向徑流，流程水溶蝕作用加強，形成了單一方向上的相對強徑流帶（見圖2）。

1.4 壓力傳導特征

主孔抽水試驗時，其水位穩定階段和水位恢復階段同各觀測孔水位波動并不同步，觀測孔水位反映是否靈敏揭示了壓力傳導速度的快慢，在正常情況下，水力梯度同壓力傳遞速度成正比關系，地層完整連續地段基本符合這一規律，如2011-12、2011-7及2011-10觀測孔；受F22斷層影響，290-1水、2011-2觀測孔則為反比關系，反映在構造破壞地段水壓力傳遞速度受巖溶發育及構造控制。在大口徑抽水試驗及觀測孔控制范圍內，本井田地下水水文地質條件呈現兩極變化，雖然受斷層影響，斷層上盤2011-12孔壓力傳導速度高達235.75m/min，290-1水孔則為20.48m/min，表明F22斷層雖具有一定阻水性，但并不能反映整條斷層的水文特征，斷層南部已經表現出一定的透水性質，因此本井田斷層雖具壓扭性，但不一定都是阻水斷層，還會受到巖層對接關系及破碎帶的密實程度的影響（見圖3）。

圖3 壓力傳導速度同水力梯度對比關系圖

1.5 地下水靜儲量及補給速度

本次大口徑抽水試驗中，試驗抽水時間3天，水位恢復時間4天，正式抽水時間8天，恢復水位時間4天14小時。在試驗抽水階段，僅2011-10孔抽后水位較抽前水位高出0.28m，其余鉆孔抽前水位均較抽后水位高；正式抽水中僅2011-12孔抽前水位低于抽后水位；試驗抽水前靜止水位均高于正式抽水后穩定水位。

本次抽水時間處于汛期，露頭接受地表補給強度為一年中最大值，但抽水試驗后水位均未恢復至抽水前，總水位差為0.28～1.75m，其主要原因是，補給強度小于抽水強度，抽水試驗動用部分地下水靜儲量；山前裸露區補給源順巖層向深部徑流時受斷層的影響會延緩其補給速度，若遇到阻水斷層，則補給速度更加緩慢；觀測孔的觀測時間不夠一個水文年，尚未完全掌握各觀測孔的自身變化規律。（見表2）

表2 抽水前后地下水靜止水位變化一覽表

2 總結

大口徑抽水試驗基本查明了井田水文地質特征，進一步了解井田內F22斷層性質，為建立本礦L2灰巖水文地質模型提供基礎水文地質資料，為礦井下一步布設生產系統及排水系統提供參考依據。

［1］河南省煤田地質局三隊.鶴煤二礦水文地質補充勘探報告[R].新鄉：河南省煤田地質局三隊，2014.

［2］河南省煤田地質勘察研究院.鶴煤二礦生產地質報告[R].鄭州：河南省煤田地質勘察研究院，2010.