內(nèi)蒙紅格爾礦區(qū)開(kāi)采水文地質(zhì)條件分析和礦井涌水量計(jì)算的認(rèn)識(shí)

孔令珍,遲 波,田忠福

(遼寧省東北煤田地質(zhì)局 103勘探隊(duì),遼寧遼陽(yáng) 111000)

內(nèi)蒙紅格爾礦區(qū)開(kāi)采水文地質(zhì)條件分析和礦井涌水量計(jì)算的認(rèn)識(shí)

孔令珍,遲 波,田忠福

(遼寧省東北煤田地質(zhì)局 103勘探隊(duì),遼寧遼陽(yáng) 111000)

內(nèi)蒙古額合寶力格煤田紅格爾礦區(qū)煤系地層為白堊系下統(tǒng)巴彥花組中部含煤巖段(K1b2),主要開(kāi)采煤層 1煤,150～550m水平共獲得資源量 21 981萬(wàn)噸,對(duì)礦區(qū)主采煤層直接充水含水層為中部煤層、砂巖(K1b2)裂隙承壓水,頂板間接充水含水層為頂部砂泥巖段(K1b3)孔隙承壓水,底板間接充水含水層為底部砂礫巖(K1b1),用大井法計(jì)算的先期開(kāi)采地段礦井涌水量為 3 135.81m3/h,利用設(shè)計(jì)部門(mén)提供的采掘工作面計(jì)算涌水量 827.03～930.06m3/h,兩種計(jì)算結(jié)果相差大,據(jù)此提出幾點(diǎn)建議和觀點(diǎn)

紅格爾礦區(qū);主采煤層;充水因素分析;充水含水層;涌水量計(jì)算

0 前言

內(nèi)蒙古自治區(qū)烏珠穆沁旗額合寶力格煤田紅格爾礦區(qū)賦存有豐富的煤炭資源。其礦區(qū)總面積 91.19 km2,其中含煤面積 24.4 km2?？碧絽^(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗烏里雅斯太鎮(zhèn)南西 80 km,錫林浩特市北東 150 km,行政區(qū)劃隸屬東烏珠穆沁旗額吉淖爾蘇木管轄。

1 井田概況

井田內(nèi)出露地層由下至上依次為白堊系下統(tǒng)巴彥花組(K1b)第四系(Q),其中巴彥花組分為 1、底部砂礫巖段(K1b1)、2、中部含煤巖段 (K1b2)、3、上部砂泥巖段(K1b3),含煤地層為巴彥花組中段(K1b2),

可采煤層 2層,其中 1號(hào)煤層屬含煤區(qū)全區(qū)可采煤層。煤層總厚度 0.00～14.40m;煤層平均厚度 6.35m,含煤系數(shù) 2.6%;可采煤層平均厚度 7.14m,可采含煤系數(shù) 2.8%,總體含煤性一般。1煤和 2煤間距 20.50～110.60 m,平均間距 54.07m,,具有淺部間距小、深部間距大的特點(diǎn)。煤類(lèi)均為長(zhǎng)焰煤。150～550 m水平共獲得資源量 21 981萬(wàn)噸,煤炭資源豐富。

井田位于額合寶力格復(fù)向斜(Ⅳ級(jí))中部,北靠阿太烏拉隆起帶(Ⅳ級(jí)),南鄰賀根山復(fù)背斜(Ⅳ),區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造線方向呈北東向展布,次為北北東及北西向的構(gòu)造線,構(gòu)造程度為簡(jiǎn)單。

2 礦區(qū)主要含水層及其富水性

井田內(nèi)對(duì) 1煤層開(kāi)采充水的主要含水層是:頂板直接充水含水層為白堊系下統(tǒng)中部煤層、砂巖裂隙承壓含水層(段),間接含水層為白堊系頂部砂泥巖(k1b3)。底板間接充水含水層為底部砂礫巖(K1b1)。

2.1 中部煤層、砂巖(K1 b2)裂隙承壓含水層(段)

為裂隙承壓水類(lèi)型。含水層巖性主要以煤層及砂巖為主,一般深埋于距地表 233.05 m～555.25m,該含水層分布于整個(gè)賦煤區(qū),含水層的分布面積與煤層大體相當(dāng),含水層巖性主要以煤層及砂巖為主,是礦區(qū)煤層直接充水主要含水層。

礦區(qū)對(duì)該層共進(jìn)行了 2次抽水試驗(yàn)。其中:穩(wěn)定流抽水一次,滲透系數(shù) 1.2 907m/d,單位涌水量 0.8252 L/s.m,礦化度 2.49 g/L,地下水化學(xué)類(lèi)型為 HCO3·CL-K+Na型水。非穩(wěn)定流抽水一次,滲透系數(shù) 1.2874m/d,單位涌水量1.1277L/s.m,礦化度 2.62g/L。地下水化學(xué)類(lèi)型為 HCO3·CL-K+Na型水。該含水層(段)是勘探區(qū)未來(lái)礦井開(kāi)采的直接充水含水層(段)。屬中等 ～強(qiáng)富水性含水層(段)。

2.2 頂部砂泥巖段(K1 b3)孔隙承壓含水層(段)

該層上覆于含煤巖段上部,由灰色、灰綠色、夾紅色和紫色的泥巖、粉砂巖、夾薄層礫巖和砂巖組成,泥巖和粉砂巖中多見(jiàn)煤屑,水平層理、波狀層理和交斜層理。該段廣布整個(gè)礦區(qū),一般厚 18.6～288.25m,該段有西北薄、向東南變厚趨勢(shì),含水層巖性主要由灰色、灰綠色砂礫巖、砂巖組成,距主采煤層 1煤 35.05～178.6 m,平均 100.99m。礦區(qū)對(duì)含水層進(jìn)行了一次抽水試驗(yàn),據(jù)礦區(qū)抽水孔抽水資料,含水層厚82.95 m,地下水位埋深 15.23 m,單位涌水量 1.1 178 L/s.m,最大涌水量 28.97m3/h,滲透系數(shù) 1.2315 m/d,地下水類(lèi)型為 HCO3·SO4-K+Na型水,礦化度 2.21 g/L,屬?gòu)?qiáng)富水性含水層(段),是礦區(qū)煤層間接充水含水層。

2.3 底部砂礫巖(K 1 b1)含水層

該含水層(段)下伏于可采煤組以下,以灰綠色、綠色和紫色為主,為一套洪積、沖積形成的礫巖、砂巖、泥巖,該段頂部夾有 1-2層安山巖、凝灰?guī)r等火山碎屑巖,是該段與其上部地層(K1b2)分界的主要標(biāo)志。據(jù)該區(qū)揭露鉆孔 605、07-2、07-4、07-5,含水層頂板距 2煤底板 80.6～110m,間距大,巖性以泥巖、細(xì)砂巖為主,將來(lái)對(duì)開(kāi)采不能造成威脅 ,所以對(duì)該層未做專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)工作。

3 充水因素分析及礦井涌水量預(yù)算

3.1 頂板充水因素分析及先期開(kāi)采地段后期的礦井涌水量礦井涌水量預(yù)算

煤層開(kāi)采正常充水方式為頂板采動(dòng)導(dǎo)水裂隙帶,1煤采煤所波及的導(dǎo)水裂隙帶高度范圍內(nèi)直接充水含水層為(K1b2)砂巖裂隙承壓含水層,含水層受大氣降水充水影響甚微,經(jīng)采用多個(gè)方法預(yù)算對(duì)比,認(rèn)為地下水動(dòng)力學(xué)法預(yù)算礦井涌水量較符合礦井實(shí)際,由于直接充水含水層為承壓無(wú)限含水層,其含水層中的地下水主要沿可采煤層采空冒落帶進(jìn)入礦井,當(dāng)?shù)叵滤唤抵疗涞装鍟r(shí)地下水水力性質(zhì)由承壓 -無(wú)壓狀態(tài)。故選擇承壓 -無(wú)壓大井法公式計(jì)算礦井涌水量,計(jì)算公式如下:

預(yù)算范圍為 2-7勘探線、最低可采邊界至 150m水平所圍成的區(qū)域,預(yù)算結(jié)果為 3 135.81m3/h。

3.2 礦山設(shè)計(jì)部門(mén)的預(yù)可研及初步開(kāi)拓設(shè)計(jì)預(yù)算

按照礦山設(shè)計(jì)部門(mén)提供的有限的礦井開(kāi)拓設(shè)計(jì)資料計(jì)算的礦井涌水量,

根據(jù)設(shè)計(jì)部門(mén)提供的《11采區(qū)巷道布置及機(jī)械配置》圖1:5000,先期開(kāi)采地段為 3、11、12個(gè)采區(qū),先開(kāi)采 11采區(qū),首期開(kāi)采的工作為 1102綜采工作面,1102綜采工作面長(zhǎng)為1570m,寬 215m。根據(jù)礦井的實(shí)際開(kāi)采情況,首先開(kāi)采的工作面涌水量的可能性較大(因初期水壓大,靜流量較大),計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 1:

表1 1102綜采工作區(qū)(k1 b2)含水層涌水量計(jì)算結(jié)果表(原始 H 0)

3.3 底板充水因素分析

該含水層(段)下伏于可采煤組以下,含水層頂板距 2煤底板 80.6～110 m,間距大,巖性以泥巖、細(xì)砂巖為主 ,不開(kāi)采不能造成威脅。

4 結(jié)論

(1)地勘單位計(jì)算的涌水量是為理想狀態(tài)下(均值、等厚、各項(xiàng)同性的)實(shí)際地質(zhì)條件不存在,尤其是含、隔相間的基巖的含水層更存在這樣問(wèn)題。公式計(jì)算(勘探報(bào)告)涌水量實(shí)際是直接充水含水層的補(bǔ)給量(地下水涌水量),而且是先期首采期后期涌水量人為認(rèn)定全部給礦井,實(shí)際上是不可能,實(shí)際上導(dǎo)水裂隙帶水是垂直入滲礦井,垂直入滲系數(shù)不是滲透系數(shù) k值,而且礦井開(kāi)采是按工作面逐步開(kāi)采的。

(2)通過(guò)兩種計(jì)算可以看出計(jì)算結(jié)果相差很大。也是目前地勘單位目前沒(méi)法解決的問(wèn)題,在以往地質(zhì)勘探工作中地勘單位施工完后先提交地質(zhì)報(bào)告,設(shè)計(jì)部門(mén)的可行性研究報(bào)告與礦井采礦開(kāi)采方案還沒(méi)有出臺(tái),地勘單位按照現(xiàn)有規(guī)范只能粗略計(jì)算礦區(qū)先期開(kāi)采地段后期涌水量,沒(méi)法計(jì)算首采工作面的涌水量,所以往往計(jì)算結(jié)果和礦井實(shí)際涌水量相差幾倍或十幾倍,這給開(kāi)采技術(shù)條件復(fù)雜的礦區(qū)和投資方造成一定的困惑不敢開(kāi)采,這也是目前急需解決的問(wèn)題,希望國(guó)家早日出臺(tái)相應(yīng)的規(guī)范和規(guī)程。

(3)采用物探與鉆探相結(jié)合的方法,建立工作面水情自動(dòng)探測(cè)系統(tǒng),完善地下水倉(cāng)、抽水設(shè)備等井下防治水應(yīng)急系統(tǒng),建立井下突發(fā)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案,發(fā)現(xiàn)水情,及時(shí)處理。

(4)建立和完善礦井水文觀測(cè)系統(tǒng),特別是加強(qiáng)井下涌水量動(dòng)態(tài)觀測(cè),掌握涌水量與工作面布置方式、推進(jìn)速度之間的關(guān)系,并將所獲得的成果進(jìn)一步復(fù)核、修正,預(yù)算的礦井第一開(kāi)采水平坑道系統(tǒng)涌水量,使其能滿足礦井生產(chǎn)之需要。

[1]遲波等.內(nèi)蒙古自治區(qū)東烏珠穆沁旗額合寶力格煤田紅格爾礦區(qū)北段勘探報(bào)告東北煤田地質(zhì)局 103勘探隊(duì) 2008

[2]金連生、牟金鎖 ,建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程 ,北京:煤炭工業(yè)出版社,煤行管字[2000]第 81號(hào)

[3]牟金鎖、馬淑敏,中國(guó)煤田地質(zhì)學(xué),北京煤炭工業(yè)出版社 2000

[4]礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范GB 12719-91

[5]煤炭資源地質(zhì)勘探抽水試驗(yàn)規(guī)范 ,(80)煤地字第 638號(hào)

[6]中國(guó)煤炭地質(zhì)增刊 1,2009第 21卷

TD 12

B

1004-1184(2011)01-0143-02

2010-09-17

孔令珍(1963-),女,遼寧北票人,高級(jí)工程師,主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)工作。