駱駝山煤礦奧灰放水試驗及水文地質條件分析

李凱（中煤科工集團西安研究院有限公司 水文所，西安 710054）

駱駝山煤礦奧灰放水試驗及水文地質條件分析

李凱
（中煤科工集團西安研究院有限公司 水文所，西安 710054）

駱駝山煤礦為查明奧灰水文地質條件施工了大量地面勘探孔，并在FS53、F64斷層附近施工了4個井下探水孔，揭露了較大的奧灰含水層涌水。利用地面勘探孔和井下探水孔實施奧灰放水試驗，取得了豐富、可靠的奧灰水位動態變化數據，并對放水試驗成果進行了分析，得出了井田內奧灰含水層富水性不均一、補給充沛、地下水由東向西徑流的結論。

駱駝山煤礦；奧灰；放水試驗；水文地質條件

1　水文地質概況

駱駝山煤礦礦井目前處于基建階段，設計開采山西組9煤和太原組16煤，開采水平為+920 m 和+870 m水平，區域奧灰水位標高為+1 070 m，屬于帶壓開采礦井。礦井早期針對奧灰含水層所做的水文地質工作較少，一般認為奧灰含水層富水性普遍弱，礦井16煤中央大巷部分甚至設計在奧灰含水層頂部。在井田北部16煤軌道大巷開拓過程中，奧灰段巷道曾多次發生奧灰突水[1]，尤其在巷道穿過FS53、F64斷層后，發生了斷層滯后突水，最大突水水量為289 m3/h，造成了礦井重大損失。

FS53、F64斷層突水段注漿加固治理完畢后，駱駝山煤礦在井田范圍內針對奧灰含水層進行了大規模水文地質補充勘探[2]，并在FS53、F64斷層附近施工了X1、X2、X3、X44個探放水鉆孔（見圖1），揭露奧灰涌水量分別為28 m3/h，32 m3/h，246.5 m3/h、252 m3/h。駱駝山煤礦隨后利用奧灰探放水鉆孔及部分地面奧灰長觀孔進行了群孔放水試驗[3-4]，以評價井田奧灰含水層的水文地質條件。

圖1　探放水孔鉆孔施工示意圖

2　放水試驗概況

駱駝山煤礦奧灰放水試驗歷時21 d，總放水量約為42 480 m3/h，共有9個鉆孔參與了放水試驗，其中井下孔4個（X1、X2、X3、X4），地面孔5個（O2觀1、B1-3、B2-2、B3-2、BC6），鉆孔位置分布見圖2。井下孔水量、水壓采用脈沖流量儀和水壓計人工觀測，地面孔水位采用遙測儀自動觀測，放水孔孔口安裝兩級閥門控制放水量，涌水通過排水管路直接排入井底水倉。

圖2　放水試驗鉆孔布置示意圖

放水試驗分為三個大階段：奧灰水位原始動態觀測階段、試放水階段、正式放水階段，其中正式放水階段又分為三個放水階段和一個水位恢復階段，如表1所示。水位原始動態觀測階段主要是觀測奧灰含水層水位動態變化規律，評價含水層水位變化對放水試驗成果分析的影響程度[5]；試放水階段對井下四個探放水孔分別進行單孔最大流量放水，了解了井下放水鉆孔的最大可放水量，解決了排水、觀測及人員配置方面存在的部分問題；正式放水階段的主放水孔為X3、X4孔，劃分為三個放水階段和一個水位恢復階段，放水階段通過孔口閥門控制依次增大放水量，以形成三個不同的水位降深落差[6-7]，三個放水階段的放水量分別為130 m3/h、180 m3/h和245 m3/h。

表1　放水試驗各階段一覽表

3　放水試驗成果

3.1放水量變化

試放水階段X4孔單孔初始最大放水量約為250 m3/h，隨后逐漸衰減，后期放水量穩定為230 m3/h左右。X3孔施工時揭露奧灰涌水量為246.5 m3/h，但試放水階段放水量僅為25 m3/h，初始涌水為深黃色泥漿水，且正式放水第三階段時放水量繼續衰減為15 m3/h，由此判斷X3孔內部可能發生塌孔，致使鉆孔擁堵，涌水量減少。

放水各階段初始時，鉆孔涌水量均有衰減的現象，但衰減率小于10%，放水持續一段時間后，水量均基本保持穩定,正式放水各階段放水量變化動態曲線見圖3。

圖3　正式放水各階段放水量變化動態曲線

3.2含水層水位變化

把放水試驗過程中觀測孔的水位數據進行統計，繪制成曲線進行分析（見圖4）。通過分析發現，O2觀1、B1-3、B3-2、BC6等4個鉆孔在放水期間的水位動態變化與井下放水量的變化并不同步，水位降升未受放水影響。B2-2、X1、X2等3個鉆孔的水位變化與井下放水量變化基本保持一致，水位隨放水量的增大而下降，形成三個水位降深過程。由于各孔距放水中心的距離不同，水位變化的時間也相應不同，水位下降幅度也存在較大差異，其中B2-2孔水位最大降深為16.82 m，X1孔水位最大降深為29.58 m，X2孔水位最大降深為7.14 m。放水孔關閉后，B2-2、X1、X2孔水位也隨之回升。

圖4　正式放水階段觀測孔水位動態變化曲線

B2-2孔與BC6孔距離放水中線平面距離分別為929.97 m和1 091.57 m，但B2-2孔水位變化受放水影響明顯，BC6孔水位變化基本不受放水影響，由此推斷放水中心附近的奧灰含水層徑流條件受FS53、F64斷層控制，斷層走向方向奧灰含水層徑流條件較好（放水中心至B2-2孔方向），垂直斷層走向方向奧灰含水層徑流條件較差（放水中心至BC6孔方向）。

3.3試驗成果分析總結

1）井田內奧灰含水層富水性極不均一，局部存在強富水區。

2）井田內奧灰含水層具有較好的連通性，且補給充沛。

3）井田內奧灰含水層的徑流方向受井田內東西向斷層控制，含水層水主要由東（地層淺部）向西（地層深部）徑流。

4　結束語

通過對奧灰放水試驗的成果分析，很好的解釋了奧灰含水層的水文地質條件特征，其分析結論與地面鉆探補充勘探所得的結論基本一致，能夠較為充分、合理的評價奧灰含水層水文地質條件，為礦井下一步進行帶壓開采安全評價提供了基礎資料和評價依據。另外駱駝山煤礦地處西北貧水區域，通過放水試驗證明了井田內奧灰含水層具有較為豐富、穩定的水源，也為礦井下一步綜合利用地下水資源提供了有利依據。

[1]劉生優.駱駝山煤礦16煤大巷奧灰突水封堵工程設計[J].煤炭工程，2011（10）：37-39.

[2]楊志斌.駱駝山煤礦巖溶裂隙水抽水試驗[J].煤礦安全，2012，43（11）：41-44.

[3]許光泉，桂和榮，張連福,等.礦井大型放水試驗及其意義[J].地下水，2002，24（4）：200-202.

[4]芮平.煤礦復合含水層疏放水試驗[J].煤礦開采，1996，23（4）：10-14.

[5]齊躍明，江玉祥，孟茜，等.肥城礦區充水含水層地下水動態研究[J].水資源保護，2008，24（1）：12-15.

[6]李忠建，魏久傳，徐建國，等.南屯煤礦群孔奧陶系石灰巖放水試驗及數值模擬分析[J].水文地質工程地質，2010，37（2）：16-20.

[7]徐連利，牛志剛，高建中.大口徑群孔抽水試驗成果在評價趙固一井水文地質條件中的應用[J].中國煤田地質，2005，17（6）：17-20.

（編輯：樊敏）

Dewatering Test of Ordovician Limestone and Analysis of Hydro-geological Condition in Luotuoshan Mine

LI Kai
（Hydrologic Center of Xi'an Research Institute,China Coal Technology and Engineering Group,Xi'an 710054,China）

In Luotuoshan Mine,to investigate the hydro-geological condition of Ordovician limestone, a large quantity of exploration boreholes were constructed.In addition,in the vicinity of faults of FS53 and F64,four underground water detection boreholes were drilled to disclose water burst of the larger aquifer in the Ordovician limestone.Based on dewatering test for the Ordovician limestone with ground boreholes and underground water detection ones,rich and reliable dynamic data on the water level of Ordovician limestone were achieved.The results show that the aquifer of Ordovician limestone is characteristic of heterogeneous water abundance,rich water supply,and underground water runoff from east to west.

Luotuoshan Coal;Ordovician limestone;dewatering test;hydro-geological condition

TD741

A

1672-5050（2016）02-0065-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.02.020

2015-12-09

李凱（1980-），男，陜西西安人，碩士，工程師，從事水文地質、工程地質以及礦山水害防治等方面的研究工作。