魯西南某礦奧灰水位變動所反應(yīng)的水文地質(zhì)信息探究

【摘要】奧灰水文觀測孔是勘查礦井水文地質(zhì)情況重要的手段，華北地區(qū)奧陶系灰?guī)r層作為該地區(qū)公認的強含水層，因此對奧灰水位的變化情況進行嚴(yán)密的監(jiān)控具有更加現(xiàn)實的意義。本文以奧灰水位長期監(jiān)控數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合礦井已經(jīng)取得的水文地質(zhì)參數(shù)進行驗算，對礦井水文地質(zhì)信息進行了重新解讀。

【關(guān)鍵詞】魯西南某礦；奧灰孔；水文地質(zhì)

1、研究礦井概況

研究礦井所處區(qū)域范圍內(nèi)為黃淮沖積平原，區(qū)域范圍內(nèi)為較厚的新生界覆蓋區(qū)，只在鳧山斷層以北的孟良山、嘉祥斷層以東的豐縣華山，沛縣棲山一帶有寒武奧陶系、二迭系露頭零星出露，是基巖地下水的直接補給區(qū)。

研究井田范圍北側(cè)為劉吳莊斷層，走向近東西，傾向南，落差>1500m，南邊是鴛樓斷層，走向近東西，落差500～1000m，東邊為嘉祥斷層，走向北北西，傾向東，落差>1000m。東西方向呈一地壘斷塊。井田內(nèi)地層走向近東西，傾向北，為一向北傾斜的單斜構(gòu)造，東西兩側(cè)為相對隔水邊界。含水構(gòu)造向北北東深部傾斜，北邊為隔水邊界，南邊煤層露頭外，與邊界斷層（鴛樓斷層）之間有寒武、奧灰隱伏露頭，為給水邊界。井田為一半封閉的含水構(gòu)造。

2、建井期間水文地質(zhì)資料

據(jù)區(qū)域內(nèi)及臨近奧灰長觀孔抽水試驗成果，奧灰水位標(biāo)高33.31～33.98m，單位涌水量0.0427～0.938l/s.m，滲透系數(shù)0.08～3.32m/d，礦化度3.65～4.05g/l，水質(zhì)類型硫酸鹽鈣鈉水。研究礦井處在地區(qū)南部，相比其他地區(qū)水頭高度最低，其他參數(shù)也最小，原報告中該礦奧灰抽水試驗孔靜止水位為11.42m，涌水量0.18L/s，單位涌水量為0.00182l/sm，滲透系數(shù)為0.00315m/d，影響半徑55.3m，反映出礦井處在單斜構(gòu)造淺部，井田內(nèi)奧灰含水層賦水性較弱。

3、奧灰水位變化情況統(tǒng)計及分析

礦井自2008年開始有奧灰水位觀測記錄，2014年平均降深為1.29米/年，合計為0.00353m/d，降深曲線總體態(tài)勢呈一條直線，期間全礦井涌水量平均為87.7m3/h，反映出奧灰水總體對礦井含水層的補給較為平緩，地下水活動較為微弱。

在2015年3月底附近存在明顯拐點，與1309工作面出水時間節(jié)點吻合。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，自2015年3月前（含3月份），奧灰水位日降深為0.00645mm/d。工作面出水前期，4、5月份，奧灰水位降深幅度較大，6月至10月期間，奧灰水位降深基本呈一條直線，自10月底，曲線趨于平緩，Q=f（S）曲線形態(tài)整體上呈拋物線，說明本單元補給量大，補給條件好。中間穩(wěn)定段6月份至10月份奧灰水位日降深平均為19.43mm/d。兩條曲線形成的圈閉即為該工作面出水所引起的水量變化值。本次出水平均涌水量為38m3/h，轉(zhuǎn)換為Q=10.56l/s，穩(wěn)定階段下降水位速度為0.01943m/d，與正常狀態(tài)下0.00353m/d相比，從開始突水至10月底，水位相對下降了2.863m，降深速度不明顯。

由于本礦井內(nèi)一灰水具有局部性，故將出水情況作為對奧灰含水層的相對放水進行考慮，計算奧灰水的相對滲透系數(shù)。奧灰含水層本區(qū)內(nèi)推測厚度460m。奧灰水文孔與井下原始出水點位置相距2650m，與第二個出水點相距1766m，根據(jù)影響半徑的推測方法，采用自然數(shù)直角座標(biāo)圖解法，得到相對影響半徑R為1179m。根據(jù)老空區(qū)范圍，視為抽水管井壁半徑，r為70.46m。

利用裘布依公式（承壓水完整井）代入數(shù)據(jù)則相對滲透系數(shù)K=0.310m/d。比較之前奧灰抽水試驗成果0.00315m/d顯著增大，但是相比較同地區(qū)其他礦井抽水試驗結(jié)果，奧灰含水層滲透系數(shù)偏小或者較為接近，反映出該礦井處于水文地質(zhì)構(gòu)造淺部，富水性不均勻，總體富水性較其他地區(qū)弱的狀況。

利用大井法承壓水完整井公式計算底板三灰出水量時，滲透系數(shù)值為0.0242m/d，底板水出水量為6.45m3/h，數(shù)值明顯比實際偏小。若采用本次突水后計算的滲透系數(shù)0.310m/d計算底板水涌水量，則計算值為82.6m3/h，則比較符合實際。據(jù)此認為如果對于底板水不采取措施進行治理的情況下，底板水水量將比目前增大。礦井正常涌水量也相應(yīng)增大76.15m3/h，調(diào)整為302m3/h。

4、底板一灰含水層水源補給點的探討

本區(qū)南部為巖層露頭，與奧灰沒有直接聯(lián)系，但是井田西部發(fā)育曹馬集支斷層，落差0-150m；井田中部貫穿近東西向展布的DF61斷層，落差40-200m；斷層構(gòu)造可能充水或者導(dǎo)水，降低了隔水層的強度，破壞了底板隔水層的完整性。該礦在大巷開拓期間，受斷層影響，超前探過程中，最大出水量69m3/d，說明了大斷層可能溝通了底部含水層，但斷層導(dǎo)水性較差，說明導(dǎo)水通道的不發(fā)育。隨著開采的進行，斷層活化，易發(fā)生滯后突水的情況。井田南部存在個別地點的“天窗”。

礦井生產(chǎn)過程中揭露了多條火成巖侵入體，雖然火成巖侵入體附近并沒有出現(xiàn)突水情況，但是火成巖自下向上侵入冷凝過程中，破壞了原本巖層的完整狀態(tài)，導(dǎo)致導(dǎo)水的天然通道的產(chǎn)生。上述地點構(gòu)造都有可能成為奧灰水直接或者間接補給底板一灰水的水源，造成一灰水不易疏干的現(xiàn)象。

5、結(jié)論

通過對奧灰水位變化及出水情況計算分析，解釋了該礦奧灰含水層的水文地質(zhì)特征，得出了奧灰含水層的相對滲透系數(shù)，提出了在DF61大斷層、火成巖侵入體附近、巖層露頭附近存在可能的水力聯(lián)系通道，為下一步礦井水文補充勘查及水害治理指出了方向。根據(jù)奧灰水相對滲透系數(shù)，重新計算礦井涌水量為302m3/h，比之前礦井正常涌水量增大76.15m3/h，目前該礦礦井水倉容量3033m3，排水能力約1500m3/h，故不需要對礦井排水系統(tǒng)進行改造。

參考文獻：

[1]李寶霞，單井穩(wěn)定抽水試驗計算含水層滲透系數(shù)的快速求解辦法，武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2012，10（36）.

[2]王成彥，底板奧灰水的防治方法[J]，煤礦開采，2005，4，（10）.

作者簡介：魏本亮，男，1985-，助理工程師，主要從事礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)技術(shù)與管理工作。