桃園煤礦Ⅱ4采區放水試驗及水文地質條件分析

桂 祥，吳基文

(安徽理工大學地球與環境學院， 安徽淮南232001)

桃園煤礦Ⅱ4采區放水試驗及水文地質條件分析

桂 祥，吳基文

(安徽理工大學地球與環境學院， 安徽淮南232001)

為了查明桃園煤礦II4采區各含水層的富水性及其間的水力聯系，對井下太灰含水層進行了放水試驗；通過大量地面觀測孔以及井下監測孔獲得水量、水位的變化情況，并對其結果進行分析，得出太灰接受補給不強、太灰含水層與奧灰水之間存在一定的水力聯系等結論，為采區開采安全性評價提供依據。

桃園煤礦； 放水試驗； 太灰； 奧灰； 水力聯系

1 引言

在煤礦的生產過程中，礦井水害對礦井安全生產的影響越來越突出。礦井水害已成為煤礦生產中的一個重要問題，因此對礦井水的災害進行治理具有重要的意義[1-2]。在承壓水上進行開采活動時，經常面臨底板突水的威脅[3]。放水試驗是根據地下水井流理論，通過監測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參數，進而對水文地質條件進行評價，為預計礦井涌水量、疏水降壓和開采安全性評價等方面提供依據[4]。

2 放水試驗目的及任務

桃園煤礦位于安徽宿州市埇橋區北楊寨鄉桃園鎮、祁縣鎮境內。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采區位于桃園煤礦補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。

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

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

3 放水試驗過程及成果分析

3.1 放水試驗過程

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

根據現場條件，本次放水試驗采用一次定流量非穩定流方式進行，于2015年12月7日至2015年12月13日進行了井下放水試驗工作。總歷時138 h，累計放水量約27 600 m3。于12 月7日開始地下水原始觀測工作，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，之后進行水位恢復觀測。

圖1 放水試驗工程布置圖

3.2 放水試驗成果

放水過程中主要觀測孔水位變化情況見表1。

表1 主要水文觀測孔水位動態變化情況

依據表1，分析各觀測孔的水位變化情況，可以初步得出以下認識：

井下觀測孔的降深基本上一致，基本在20m左右，而4個井下觀測孔距離放水孔的遠近并不相同，G5孔距放水孔最遠，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，且其距離放水區域最近。

從2001觀1、2011觀1、98觀1、2014觀2四個奧灰觀測孔來看，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采區太灰與奧灰之間水力聯系程度較弱，補給不明顯。

從位于北八采區的太灰觀測孔11觀2孔水位變化圖中可以看出，其水位變化形態與奧灰基本一致，且水位相近，進一步說明北八采區太灰水與奧灰水“同源”，即均為奧灰水，說明太灰與奧灰存在微弱的水力聯系關系。

4 Ⅱ4采區水文地質條件分析

4.1 太灰含水層水文地質特征

4.1.1 補給條件

礦區南部長期開采10煤層，故太灰水的疏放成為常態，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，故目前的泄水點大部分為人工泄水點。

鉆孔揭露資料顯示，II4采區太灰富水性較好。放水試驗結果顯示，水位降不大，但穩定較慢，表明該區補給較差，放水期間奧灰水位呈波動下降，單降幅較小，說明接受奧灰水的補給較弱，該區太灰與奧灰聯系程度較弱。

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，向遠處延伸。而桃園煤礦與祁南煤礦、祁東煤礦均存在著水力聯系，通過放水試驗表明采區太灰主要與本礦太灰存在遠程補給關系。

4.1.2 補給強度分析

補給強度指的是單位時間內流入含水層水量的大小。這個數據較難獲得，但其相對大小可由放水試驗過程中水位穩定情況和關閘以后的水位恢復情況反應出來。

從圖2中可以看出，放水孔關閉后水位恢復較慢，在7天后才恢復，說明太灰補給較差；圖3是Ⅱ2采區太灰放水試驗水位恢復階段井下觀測孔水位變化曲線，Ⅱ2采區太灰受奧灰補給，可以看出Ⅱ2采區太灰水位在14小時內就恢復到了初始水位，通過對比可以看出存在奧灰補給條件下水位恢復曲線與本層太灰自身補給條件下水位變化明顯不同，存在強補給源的時候，水位恢復曲線初期較陡，后期逐漸平緩，而不存在強補給的時候，恢復水位曲線整體較緩，這也反映出本次太灰放水過程中，受奧灰的補給較弱。

圖2 Ⅱ4采區太灰含水層放水試驗井下觀測孔水位恢復歷時曲線

圖3 Ⅱ2采區放水試驗關孔后24小時內G2孔水位恢復曲線

4.2 太灰富水性評價

從放水試驗放水孔和觀測孔施工結果來看，太灰含水層具有一定的富水性，屬中等。從表2可以看出，放水試驗井下成孔施工過程中，施工5個孔，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。表明該區域太灰含水層富水性中等偏強。

表2 1035工作面井下放水孔、觀測孔成孔情況表

5 結論

通過本次放水試驗，基本查明了Ⅱ4采區太灰含水層的水文地質條件。對放水試驗的成果分析，得出以下結論：井下觀測孔水位穩定較慢，關孔后恢復到初始水位所需時間較長，說明太灰接受補給不強；礦井奧灰水位下降幅度不大，但對比其長期水位變化規律可以看出，在放水試驗期間，奧灰水位呈波動下降趨勢，且能與放水過程較好吻合，同時祁南礦奧灰水位也有同樣規律，說明本區太灰含水層與奧灰水之間存在一定的水力聯系，但接受奧灰水的補給強度較弱。

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

[2] 中國煤炭工業勞動保護科學技術學會. 礦井水害防治技術[M].北京：煤炭工業出版社，2007：90．

[3] 王兆會，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.補給邊界群孔放水試驗的含水層參數計算[J].中國礦業大學學報, 2014, 43(5):837-840.

[5] 付文會，李云峰.桃園煤礦II6采區充水因素分析[J].中國科技信息，2013(9):.

[6] 吳基文，翟曉榮， 沈書豪，等.淮北桃園煤礦北八采區太原組灰巖含水層放水試驗水質監測成果分析[J].科學技術與工程，2015，15(19)：74-79.

2016-10-27

國家自然科學基金(項目編號：41272278)；高等學校博士學科點專項科研基金(項目編號：20123415110002)

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

[文獻標識碼] [文章編號]1671-4733(2016)06-0001-03

10.3969/j.issn.1671-4733.2016.06.001