關(guān)于地面區(qū)域治理過程中奧灰漏失量的分析

周 瑩，馬占偉

（中國煤炭地質(zhì)總局 第二水文地質(zhì)隊，河北 邢臺 054000）

1 礦井概況

邢臺礦位于河北省邢臺市西南部，礦井行政區(qū)除南部及東西兩側(cè)分別隸屬沙河市管轄外，其余均歸邢臺市管轄。礦區(qū)東側(cè)有京廣鐵路通過，東北距邢臺火車站7 km，東距小康莊站4 km，并有煤礦專用鐵路線與礦區(qū)溝通。西井位于邢臺礦西部，試采區(qū)西部邊界以21~29 拐點連線為界，南部以拐點1 和拐點29 連線為界，其余以-210 m 開采標高為界。試采區(qū)平均傾斜寬1.03 km，平均走向長6.35 km，面積6.11 km2。

邢臺礦始建于1961 年11 月，1968 年10 月1日正式投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力90 萬t/a，目前核定生產(chǎn)能力為60 萬t/a。西井主采9 號煤層，設(shè)計生產(chǎn)能力為60 萬t/a，服務(wù)年限35.1 a，于2013 年9 月開始動工建設(shè)，目前處于基建階段。

2 水文地質(zhì)概況

西井主采9 號煤層，其直接充水水源為大青灰?guī)r水、本溪灰?guī)r水，間接充水水源為奧灰水。

西部首采區(qū)內(nèi)8、9 號煤合并，因此大青灰?guī)r即為煤層的直接頂板。大青灰?guī)r含水層在礦區(qū)內(nèi)分布較穩(wěn)定，厚度2.14 ~ 10.52 m，平均6.75 m，首采區(qū)范圍大青灰?guī)r裂隙巖溶含水層單位涌水量為0.032 84~0.368 6 L/（s·m），富水性弱—中等。水化學類型主要為HCO3-Ca·Na 或HCO3-Ca·Mg，礦化度為0.296 ~0.404 g/L。先期開采區(qū)部分地段存在大青灰?guī)r水接受奧灰水補給的情況，但大青灰?guī)r厚度較薄，靜儲量有限，在切斷奧灰補給源的條件下可以疏降。

本溪灰?guī)r含水層厚度1.5 ~ 8.21 m，平均3.0 m，埋藏深度在200~600 m，上距9 煤15~20 m，下距奧灰5 ~ 12 m。單位涌水量為0.191 ~ 3.438 L/(s·m)，富水性中等—強，為局部強富水巖溶裂隙水，水位標高與奧灰水接近，煤層底板承受水壓較大。水化學類型為HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na 型水，礦化度為0.24~0.29 g/L，屬承壓含水層，水面標高基本與奧灰水相同。

奧陶系灰?guī)r含水層厚度約600 ~ 800 m，假整合于煤系地層之下，巖溶裂隙和溶洞發(fā)育。水化學類型為HCO3-Ca、HCO3-Ca.Mg 水，礦化度小于0.3 g/L。目前水位標高為+37.9—39.4 m，單位涌水量0.078 1~5.045 L/（s·m），富水性弱—極強，且不均一。

邢臺礦西井開采（試采） 井田內(nèi)-210 m 水平以淺，突水系數(shù)小于0.1 MPa 的下組煤資源，可采儲量28.429 Mt。邢臺礦西井范圍地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)及水文地質(zhì)復(fù)雜。

3 地面區(qū)域治理施工

首采區(qū)地面區(qū)域治理完成工程量2 790.77 m。其中1 個地面主孔（1 直孔段+3 造斜段），鉆探工程量725.52 m；5 個近水平分支孔，鉆探工程量1 845.25 m，射流直孔段220.00 m。抽水洗井22次，壓水11 次，協(xié)助注漿掃孔22 次，完成了奧灰頂段探查改造。

圖2 鉆孔空間投影立體示意Fig.2 Drilling hole spatial projection stereogram

4 漏失相關(guān)因素分析

依據(jù)相關(guān)文獻，選取實際工程中的注漿段長度、漏失點進入奧灰深度、抽水洗井前后奧灰水位標高、抽水洗井前后奧灰水位差、抽水洗井水溫等數(shù)據(jù)，繪制各因素與漏失量的相關(guān)曲線，通過灰色關(guān)聯(lián)分析，確定影響奧灰漏失量主控因素。

統(tǒng)計已經(jīng)施工的5 個近水平孔的相關(guān)資料，見表1。

表1 奧灰漏失點相關(guān)因素統(tǒng)計Table 1 Statistics of Ordovician limestone leakage point related factors

續(xù) 表

4.1 注漿段長度與漏失量

繪制注漿段長度與漏失量相關(guān)曲線，計算相關(guān)系數(shù)為-0.075，即注漿段長度與漏失量相關(guān)性差，如圖3 所示。

圖3 注漿段長度與注漿量相關(guān)曲線Fig.3 Correlation curve between grouting length and grouting amount

4.2 漏失點進入奧灰深度與漏失量

繪制注漿點距奧灰頂面距離與漏失量相關(guān)曲線，計算相關(guān)系數(shù)為-0.055，即漏失點進入奧灰深度與漏失量相關(guān)性差，如圖4 所示。

圖4 進入奧灰深度與漏失量相關(guān)曲線Fig.4 Correlation curve between depth entering Ordovician limestone and leakage

4.3 洗井前奧灰水位標高與漏失量

繪制抽水洗井前奧灰水位標高與漏失量相關(guān)曲線，計算相關(guān)系數(shù)為-0.027，即抽水洗井前奧灰水位標高與漏失量相關(guān)性差，如圖5 所示。

圖5 抽水洗井前奧灰水位標高與漏失量相關(guān)曲線Fig.5 Correlation curve between water level elevation and leakage in Ordovician limestone before pumping well washing

4.4 洗井后奧灰水位標高與漏失量

繪制抽水洗井后奧灰水位標高與漏失量相關(guān)曲線，計算相關(guān)系數(shù)為0.130，即抽水洗井后奧灰水位標高與漏失量相關(guān)性差，如圖6 所示。

圖6 抽水洗井后奧灰水位標高與漏失量相關(guān)曲線Fig.6 Correlation curve between water level elevation and leakage in Ordovician limestone after pumping well washing

4.5 洗井前后奧灰水位標高水位差與漏失量

繪制抽水洗井前后奧灰水位標高水位差與漏失量相關(guān)曲線，計算相關(guān)系數(shù)為-0.106，即抽水洗井前后奧灰水位標高水位差與漏失量相關(guān)性較差，如圖7 所示。

圖7 抽水洗井前后奧灰水位標高水位差與漏失量相關(guān)曲線Fig.7 Correlation curve between water level difference and leakage in Ordovician limestone before and after pumping well washing

4.6 抽水洗井水溫與漏失量

繪制抽水洗井水溫與漏失量相關(guān)曲線，計算相關(guān)系數(shù)為0.109，即抽水洗井水溫與漏失量相關(guān)性較差，如圖8 所示。

圖8 抽水水溫與漏失量相關(guān)曲線Fig.8 Correlation curve between pumping water temperature and leakage

由上述分析可知，漏失量與注漿段長度、漏失點進入奧灰深度、抽水洗井前后奧灰水位標高、抽水洗井前后奧灰水位差、抽水洗井水溫等因素的相關(guān)性均較差，其中抽水洗井后奧灰水位標高與漏失量相關(guān)性好于其他因素。經(jīng)過抽水洗井后，奧灰含水層水徑流通道被疏通，觀測的奧灰水位更接近實際。

5 漏失、注漿點分布規(guī)律

5.1 平面位置

所圈定的Y4 陷落柱周邊漏失點較多，符合陷落柱規(guī)律；QF1、F24 斷層帶附近，漏失點較多，呈條帶狀分布，符合斷層發(fā)育規(guī)律。就完整塊段而言，平面上奧灰?guī)r溶裂隙發(fā)育不均一。

5.2 剖面位置

漏失點進入奧灰深度分析，該工程奧灰段取得漏失點16 個，其中進入奧灰10 m 以內(nèi)漏失點2個，占12.5%；其次是進入奧灰10~20 m，6 個，占37.5%；進入奧灰20~30 m 共6 個，占37.5%；進入奧灰30 ~40 m 共2 個，占12.5%。漏失層位進入奧灰10~30 m 數(shù)量多，占75%。

從漏失量來分析，小于10 m3/h 漏失點1 個，占6%；10~20 m3/h 漏失點8 個，占50%；20~30 m3/h 漏失點1 個，占6%；30 ~ 40 m3/h 漏失點2個，占13%；全漏失（＞72 m3/h） 漏失點4 個，占25%，見表2。

表2 漏失點進入奧灰深度/漏失量統(tǒng)計Table 2 Statistics of leakage and the depth of leakage point entering Ordovician limestone

續(xù)表

由表2 及圖9、圖10 可以看出，垂向上奧灰?guī)r溶發(fā)育不均一，進入奧灰10~30 m 段巖溶裂隙相對較發(fā)育。

圖1 實際完成鉆孔平面布置Fig.1 Actually completed drilling plane layout

圖9 漏失點個數(shù)分布圖Fig.9 Leakage points number distribution

圖10 漏失量大小分布圖Fig.10 Leakage amount distribution

6 結(jié) 論

（1） 以邢臺礦西井首采面區(qū)域治理為例，對地面順層分支孔在奧灰注漿過程中漏失量的各相關(guān)因素進行了灰色關(guān)聯(lián)分析，經(jīng)分析，該區(qū)域內(nèi)漏失量與注漿段長度、漏失點進入奧灰深度、抽水洗井前后奧灰水位標高、抽水洗井前后奧灰水位差、抽水洗井水溫等因素的相關(guān)性均較差，其中抽水洗井后奧灰水位標高與漏失量相關(guān)性好于其他因素。經(jīng)過抽水洗井后，奧灰含水層水徑流通道被疏通，觀測的奧灰水位更接近實際。

（2） 各水平分支孔在不同層段漏失量大小不同反映出奧灰?guī)r溶發(fā)育在平面上和垂向上分布不均一。

（3） Y4 陷落柱外和QF1、F24 斷層帶附近漏失量比較大，呈條帶狀分布，符合陷落柱和斷層發(fā)育規(guī)律。