潘北礦灰?guī)r地下水溫度變化特征及影響因素分析

喻希樂，王 毅

(淮南礦業(yè)集團(tuán)潘北煤礦，安徽淮南 232088)

潘北礦灰?guī)r地下水溫度變化特征及影響因素分析

喻希樂，王 毅

(淮南礦業(yè)集團(tuán)潘北煤礦，安徽淮南 232088)

灰?guī)r地下水溫度可以反映地溫隨深度的變化規(guī)律，為判別地下水來源提供依據(jù)。以潘北礦灰?guī)r地下水溫度為研究對象，利用該礦－490 m太原組灰?guī)r巷道的放水試驗(yàn)工程，布置50個水溫觀測點(diǎn)，分四個時間段來系統(tǒng)觀測了東、西兩翼放水孔水溫時空變化規(guī)律及異常特征，結(jié)果表明:C3Ⅰ組灰?guī)r水源補(bǔ)給不僅來自本層灰?guī)r含水層，在局部地段通過斷層、裂隙通道與深部奧陶系和寒武系灰?guī)r水發(fā)生了水力聯(lián)系，這為A組煤層開采時灰?guī)r水的防治提供了依據(jù)。

灰?guī)r含水層;觀測系統(tǒng);地下水溫度;導(dǎo)水構(gòu)造

礦井突水與瓦斯爆炸是礦井最大的災(zāi)害事故，其中礦井突水造成人員傷亡，經(jīng)濟(jì)損失位于其之首，一旦礦井突水，如何查明突水水源，找出突水通道，是下一步礦井水害防治的關(guān)鍵因素［1］。地下水溫度時空動態(tài)變化受地溫梯度的影響，不同深度的含水層，其水溫存在差異［2－5］。如利用煤層底板砂巖含水層放水試驗(yàn)的前、后水溫等值線圖的對比，判斷其中水溫相對較高的水是奧灰含水層的水;利用鉆孔測溫曲線梯度變化判斷出寒武系含水層段。因此，利用含水層水溫變化間接推斷水源來自不同深度含水層，是判斷突水水源最有效的途徑［6－8］。

為了安全開采潘北礦二疊系下部的A組煤層，須查清其下部的底板灰?guī)r富水性程度，為此在490 m水平的太原組第一組灰?guī)r內(nèi)布置了一條近東、西走向放水巷道，施工了鉆場和相應(yīng)的放水鉆孔，開展了放水試驗(yàn)。通過測量并統(tǒng)計(jì)每個鉆場中的各放水孔溫度變化值，查明了C3I組灰?guī)r含水層之間的水力聯(lián)系程度。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

潘北礦位于淮南煤田中部水文地質(zhì)單元，處在潘集背斜北翼及局部轉(zhuǎn)折端，為全隱伏式井田。其地層自上而下依次為:新生界松散含、隔水層、二疊系煤系地層、石炭系、奧陶系、寒武系灰?guī)r地層。其中，二疊系的山西組和上、下石盒子組為含煤地層。整個礦井單斜構(gòu)造，發(fā)育了F1、F66及F72等井田斷層以及次一級的DF9、DF1、DF1 －1、DF70 等，如圖1。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖

2 觀測系統(tǒng)布置

2.1 觀測方法

根據(jù)放水試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用先密后疏的觀測方法，觀測儀器主要為自動化溫度計(jì)。其中，東翼段按照8個小時觀測一次，而西翼根據(jù)二個放水階段情況，在不同的時段內(nèi)，其時間疏密程度按照放水試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.2 井下觀測點(diǎn)布置

圖2 －490 m水平東翼放水試驗(yàn)觀測點(diǎn)位置

依－490 m水平C3I組灰?guī)r巷道布置，結(jié)合該段地質(zhì)剖面資料、富水性以及施工過程中各鉆場鉆孔出水情況以及斷層發(fā)育情況，以DF1斷層為界，將試驗(yàn)區(qū)C3I組灰?guī)r放水段分為東、西兩翼放水巷道。其中，在1 300 m東翼C3I層灰?guī)r放水巷道內(nèi)，按 100 m 間距布設(shè) E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9、E10、E11、E12 等鉆場，并在 E5 至 E6 鉆場間布設(shè)了EG鉆場，在E6至E7之間布設(shè)ES1灰?guī)r石門，在E10至E11之間布設(shè)了ES2灰?guī)r石門。每個鉆場內(nèi)布置3個鉆孔，其中1個為放水孔，如圖2所示。

在－490 m水平西翼放水巷道內(nèi)，按100 m間距布置了W4、W5、W6、W7、W8、W9、W10、W11、W12 等 9 個鉆窩，在W7－W8鉆窩之間布設(shè)WH回風(fēng)石門鉆場，在W9－W10鉆窩之間布置WS1石門。每個鉆場設(shè)置的鉆孔數(shù)量及類型與東翼巷道相同，在WS1石門內(nèi)布置7個遠(yuǎn)程的放水孔，如圖3所示。

圖3 －490 m水平西翼放水試驗(yàn)觀測點(diǎn)位置

3 觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

3.1 東翼水溫?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

東翼巷道各鉆場的鉆孔在整個試驗(yàn)期間始終處于放水狀態(tài)。各孔的放水量從E1至E13具有逐漸減小的特點(diǎn)，各放孔水溫度統(tǒng)計(jì)特征變化如表1所示。

表1 東翼放水孔水溫統(tǒng)計(jì)

由此可知，東翼30個放孔水溫度在29.00℃ ～38.50℃之間變化，其均值范圍為29.61℃ ～36.91℃，中值及眾數(shù)分別為33.00℃和35.00℃為主;其中ES1C33上－4的峰度值為10.09，相對較大。其中，E1、E2、E3、E11、E13、ES2 等孔水溫均大于38.0℃，說明其出水水源為相近深度。

3.2 西翼水溫?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

西翼巷道從W4至W9各放水孔水量較小，且始終處于放水狀態(tài)，而WS1石門內(nèi)的各個放水孔按照設(shè)計(jì)的二個階段進(jìn)行放水，且各孔的施工距離較遠(yuǎn)，與其他構(gòu)造之間存在一定水力聯(lián)系，如WS1C3上－1、WS1C3上－2、WS1C3下－1、

333WS1C33下－2孔，因此放水量較大，各放孔水溫度變化如表2所示。

表2 西翼放水孔水溫統(tǒng)計(jì)

以上統(tǒng)計(jì)表明:西翼14個放水孔水溫值在30.0℃ ～39.8℃之間變化，均值為 35.08℃ ～38.08℃，中值及眾數(shù)分別以35.00℃、36.00℃為主;其中 W5 －1、WS1C33 上 －1 及WS1C33 上 －2 孔的峰度值分別為18.00、11.27、8.48，相對較大。反映了它們變化幅度相對其他孔較大。此外，水溫值超過38.0℃依次為 W9－2、WS1C33上－ 1、WS1C33上－ 2、WS1C33下－1、WS1C33下－2孔，且在整個試驗(yàn)過程中持續(xù)保持，為異常現(xiàn)象。

在整個試驗(yàn)過程中，西翼放水孔的水溫相對東翼均較高，且整體變化幅度也較東翼大。在整個疏放孔中，西翼WS1C33上－1、WS1C33下－1及W9－2等孔水溫最大值分別為 39.00℃、39.80℃、39.80℃。

3.3 異常點(diǎn)溫度及影響因素分析

據(jù)以上統(tǒng)計(jì)分析，水溫持續(xù)異常孔為WS1C33上－ 1、WS1C33下－1、W9－2，整個試驗(yàn)過程中各個孔的水溫隨時間變化曲線分別如圖4、圖5和圖6:

圖4 WS1C33上－1孔水溫變化曲線

圖5 WS1C33下－1孔水溫變化曲線

圖6 W9－2孔水溫變化曲線

由圖4、圖5和圖6可以看出，疏放過程中水溫由小逐漸變大，說明有遠(yuǎn)距離的深部補(bǔ)給;溫度出現(xiàn)一些跳躍現(xiàn)象，存在一定的波動方位，說明灰?guī)r補(bǔ)給具有多個裂隙通道特點(diǎn);溫度峰值比較接近，說明來自同一補(bǔ)給水水源。

潘集背斜軸部斷裂構(gòu)造復(fù)雜，其中近東西向斷層形成于中生代，活動時間長，錯斷了下古生界奧陶系，并切割地?zé)岙惓^(qū);同時該類斷層也控制地區(qū)其他一些斷裂構(gòu)造的發(fā)育，特別是一些張性正斷層，對地下水的富集、運(yùn)移有利，是良好的導(dǎo)水控?zé)釘鄬印１敬畏潘囼?yàn)的位置位于礦井背斜一翼的轉(zhuǎn)折端，不同尺度的裂隙和斷層較發(fā)育，其中F1斷層為礦區(qū)邊界斷層，切割背斜范圍內(nèi)的灰?guī)r含水層，且深度較大，而次一級斷層，如DF1、DF1－1、Fa－1斷層為其主導(dǎo)斷層，切割轉(zhuǎn)折端下部太原組灰?guī)r、奧陶系灰?guī)r及寒武系灰?guī)r含水層，尤其是DF1斷層與F1斷層之間發(fā)生切割與相交，使得不同含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系。在整個放水過程中，深部灰?guī)r水沿著斷層裂隙發(fā)生水平方向的徑流補(bǔ)給。

根據(jù)相鄰礦井及本礦前期勘探與抽水試驗(yàn)資料，太灰水溫一般為26℃ ～36℃，奧灰水溫一般為33℃ ～44℃，而太灰、奧灰混合水溫則一般為30℃ ～43℃。由于地下水溫度取決于地溫變化，依潘謝礦區(qū)以往地溫資料，潘北礦開采煤層深度與溫度的回歸關(guān)系式為，經(jīng)計(jì)算得出WS1C33上－1、WS1C33下 －1、W9－2等孔深度分別為 －840.52 m、－840.52 m、－809.51 m，而實(shí)際深度分別為 －429.11 m、－391.37 m、－485.80 m。因此，太原組灰?guī)r在實(shí)際疏放過程中，得到了深部奧陶系灰?guī)r與寒武系灰?guī)r水的補(bǔ)給，其通道主要為F1、DF1、DF1－1、以及轉(zhuǎn)折端的裂隙通道。

另外，根據(jù)位于井田轉(zhuǎn)折端補(bǔ)水1線附近的5個水位觀測孔(包括寒武系和奧陶系灰?guī)r孔)測試的數(shù)據(jù)，在放水和恢復(fù)階段水位變化具有同步性，也間接說明深部灰?guī)r水通過不同尺度的斷層補(bǔ)給C3I組灰?guī)r，導(dǎo)致不同層位的灰?guī)r水相互混合，并出現(xiàn)地下水溫度偏高的異?，F(xiàn)象。

4 結(jié)語

通過對放水試驗(yàn)地下水溫度的系統(tǒng)觀測，發(fā)現(xiàn)多處水溫異常區(qū)，經(jīng)分析其水源來自深部的奧陶系和寒武系灰?guī)r含水層，深部灰?guī)r水通過裂隙通道對A組煤層的淺部灰?guī)r水進(jìn)行補(bǔ)給。同時也說明了潘集背斜不同深度的灰?guī)r含水層的裂隙、溶隙已經(jīng)形成了統(tǒng)一的地下水含水系統(tǒng)，在整個放水過程中水溫異常變化為該礦A組煤層開采過程中的水害防治提供了很重要依據(jù)。

［1］楊永國，黃福臣.非線性方法在礦井突水水源判別中的應(yīng)用研究［J］.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，36(3):283－286

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Analysis on Temperature Variation Characteristics and Influencing Factors of Limestone Groundwater in Panbei

Yu Xile，Wang Yi
(Panbei Coal Mine，Huainan Mining Group，Huainan 232088，Anhui)

Temperature variation of limestone groundwater not only reflects the variation of earth temperature with depth，but also provides scientific basis for the classification of groundwater source.With of the test project of limestone tunnel at －490 meter，the paper makes a research on the variation and abnormal characteristics of water temperature in the eastern and western dewatering boreholes by noting the temperature of the limestone groundwater in 50 water temperature observation points in different time.The results show that recharge of the limestone groundwater of C3Ⅰgroup is mainly achieved by its own aquifer，and in some region is also because of the hydraulic relationship with the limestone groundwater of Ordovician and Cambrian system through fault and fracture channels at partial section.The research provides scientific basis for the prevention and control of the limestone water of a group coal during mining process.

Limestone aquifer，observation system，groundwater temperature and water conductive structure

P641.12

A

1004－1184(2013)05－0026－03

2013-05-13

喻希樂(1962-)，男，安徽淮南人，高級工程師，主要從事礦山開采及防治水工作。