大段家礦井水文地質(zhì)條件及礦井涌水量預(yù)測(cè)

于光輝 李玫

摘 要：分別利用抽水試驗(yàn)和流量測(cè)井及抽水試驗(yàn)和流量測(cè)井全孔綜合方法取得的水文地質(zhì)參數(shù)估算井筒涌水量。研究表明大段家礦井應(yīng)采用抽水試驗(yàn)取得的參數(shù)來(lái)估算井筒涌水量，可以作為井筒設(shè)計(jì)與施工的參考依據(jù)。估算大段家礦井涌水量分別為主井井筒72.48m3/h，副井井筒286.05m3/h，風(fēng)井井筒31.06m3/h。由于在井筒開(kāi)挖深度以下有部分鄰近含水層的參與，因此根據(jù)抽水試驗(yàn)計(jì)算的井筒涌水量比實(shí)際井筒涌水量大，后期在井筒設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意和重視。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)；涌水量預(yù)測(cè)；大段家礦井

在保證煤礦開(kāi)采的同時(shí)，煤礦區(qū)生產(chǎn)的安全也應(yīng)被放在首要地位。保障煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，除了對(duì)煤與瓦斯突出、井下工程事故等加以防范外，礦井水突出問(wèn)題也尤為重要[1-3]。能否準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)礦井涌水量非常重要，對(duì)煤礦開(kāi)采引起的礦井涌水量預(yù)測(cè)進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[4-6]。大段家礦井為了進(jìn)一步查明井底車(chē)場(chǎng)周?chē)牡刭|(zhì)情況，根據(jù)建設(shè)需要，在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)開(kāi)鑿主井、副井和回風(fēng)井三個(gè)新立井井筒。依據(jù)三個(gè)井筒獲得的實(shí)測(cè)水文地質(zhì)參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)該礦井涌水量，對(duì)礦井水文地質(zhì)條件研究及防治水工作有理論及現(xiàn)實(shí)雙重意義。

1 地質(zhì)概況

1.1 地層

區(qū)內(nèi)古生界地層均隱伏于新生界松散層之下，井筒檢查孔揭露的地層，自下而上分別有二疊系下石盒子組、上石盒子組、石千峰組，新生界新近系、第四系，各組地層簡(jiǎn)述如下。

1.1.1二疊系（P）

檢查孔二疊系揭露厚度553.17-586.28m，揭露地層有下石盒子組下統(tǒng)、上石盒子組上統(tǒng)、石千峰組，其中下石盒子組和上石盒子組為含煤地層，石千峰組為非含煤地層。

（1）下石盒子組（P1xs）。本次檢查孔下界未揭露完，上界至3煤組下K3砂巖之底，揭露厚度分別為：主檢孔36.02m，副檢孔75.93m，風(fēng)檢孔41.8m。其中副檢孔揭露4煤，煤厚0.51m。巖性以砂巖為主，中下部為巨厚中砂巖或細(xì)砂巖。

（2）上石盒子組（P2ss）。與下伏下石盒子組呈整合接觸，下界為K3砂巖，上界至平頂山砂巖之底，揭露厚度分別為：主檢孔517.15m，副檢孔510.35m，風(fēng)檢孔516.35m。含1、2、3三個(gè)煤層（組），含煤4-8層，其中3-2煤層為全區(qū)可采的較穩(wěn)定煤層。

（3）石千峰組（P2sh）。與下伏上石盒子組整合接觸，僅副檢孔揭露該層，揭露深度為246.60m-480.40m，厚度233.80m。由灰色、灰綠色、紅褐色中砂巖、細(xì)砂巖及泥巖組成，成份以石英為主。

1.1.2 新近系（N）

區(qū)內(nèi)揭露有中新統(tǒng)、上新統(tǒng)。中新統(tǒng)與下伏二疊系呈不整合接觸，厚度在64.05-71.50m。根據(jù)巖性特征分析，一般分為上部湖積相、下部殘坡積相沉積物。上新統(tǒng)與下伏中新統(tǒng)整合接觸，厚度為79.25-85.75m。為一套河湖相沉積物。

1.1.3 第四系（Q）

（1）更新統(tǒng)：假整合于下伏上第三系之上，厚度在42.75-69.95m之間。

（2）全新統(tǒng)：與下伏更新統(tǒng)假整合接觸，揭露厚度：主檢孔34.50m，副檢孔35.55m，風(fēng)檢孔35.05m。巖性主要由灰黃色、黃褐色的粉砂、粘土、砂質(zhì)粘土。

1.2 構(gòu)造

大段家井田位于淮北煤田的中部之臨渙礦區(qū)的西部。東以F9斷層與青東煤礦相鄰，西至F39斷層，北有宿北斷裂，南有孟集斷層，處在近東西向與近南北向斷層形成的夾塊內(nèi)，屬箕狀斷塊式控煤構(gòu)造[7]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造主體表現(xiàn)為一走向北東東，傾向北北西的單斜構(gòu)造，僅在DF1斷層以北、F00斷層以東存在一軸向近東西的小型向斜，地層傾角一般10-20°。全區(qū)共解釋斷層287條[8]，其中：逆斷層一條，其余為正斷層；按落差大小分類(lèi)：落差H≥100m的斷層10條，落差100m>H≥50m的斷層5條，落差50m>H >10m的斷層11條，落差10m≥H≥5的斷層82條，落差H<5m的斷層179條。

2 水文地質(zhì)條件

2.1松散層的含、隔水層（組）

大段家井田內(nèi)煤系地層之上均沉積有厚227.85-271.20m的新生界松散沉積物，主檢孔、副檢孔、風(fēng)檢孔松散層厚度分別為246.85m、246.60m、245.10m。參照《安徽省渦陽(yáng)縣大段家井田煤炭勘探報(bào)告》對(duì)松散層的劃分界定[7]，結(jié)合井筒檢查孔地層發(fā)育的具體情況，將工業(yè)廣場(chǎng)新生界松散層劃分為四個(gè)含水層（組）和三個(gè)隔水層（組）。

2.2 二疊系煤系地層含水層（組）

本次井筒檢查孔穿過(guò)的深度范圍內(nèi)二疊系含水層（組）包括二疊系上石盒子組和下石盒子組上段，主要巖性為不同粒徑的砂巖。

2.2.1 主井檢查孔

終孔孔深800.02m，根據(jù)鉆孔巖芯和測(cè)井資料綜合分析整理，該段含水層單層厚度一般2-5m，單層厚度最大10.77m，累計(jì)厚度93.10m。該段靜止水位埋深8.24m，水位標(biāo)高21.533m，進(jìn)行了3個(gè)降程的抽水試驗(yàn)，降深分別為51.76m、37.21m、19.88m，涌水量為1.33L/s、1.12L/s、0.82L/s，單位涌水量為0.026L/s.m、0.030L/s.m、0.041 L/s.m，滲透系數(shù)為0.0279m/d、0.0315m/d、0.0401m/d，平均為0.0332 m/d，富水性弱。礦化度為1.187g/l，全硬度為11.63德國(guó)度，pH值為8.7，水質(zhì)類(lèi)型為HCO3-K+Na型水。

2.2.2 副井檢查孔

終孔孔深832.88m，據(jù)鉆孔巖芯和測(cè)井資料綜合分析整理，該段含水層單層厚度一般2-6m，單層最大厚度12.77m，累計(jì)厚度137.74m。該含水段水位埋深10.72m，水位標(biāo)高19.033，進(jìn)行了三個(gè)降程的抽水試驗(yàn)，降深分別為56.98m、38.96m、19.98m，涌水量為4.95L/s、3.71L/s、2.12L/s，單位涌水量為0.087L/s.m、0.095L/s.m、0.106L/s.m，滲透系數(shù)為0.0686m/d、0.0718m/d、0.0730m/d，平均為0.0711m/d，富水性弱～中等。礦化度為1.18g/l，全硬度為12.28德國(guó)度，PH值為8.84，水質(zhì)類(lèi)型為HCO3-K+Na型水。

2.2.3 風(fēng)井檢查孔

終孔孔深803.25米，據(jù)鉆孔巖芯和測(cè)井資料綜合分析整理，該段含水層單層厚度一般1-4m，單層厚度最大15.73m，累計(jì)厚度124.24m。本段水位埋深8.02m，水位標(biāo)高21.318m，進(jìn)行了一個(gè)降程的抽水試驗(yàn)，最大降深70.13m，涌水量0.67L/s，單位涌水量0.0092L/ s.m，滲透系數(shù)0.0074m/d，富水性弱。礦化度為1.238g/l，全硬度為3.15德國(guó)度，pH值為9.19，水質(zhì)類(lèi)型為HCO3·SO4-K+Na型水。

從揭露的二疊系地層看，含水層多為細(xì)砂巖、中砂巖，裂隙較為發(fā)育，但基本都被方解石充填，鉆探揭露時(shí)無(wú)漏水現(xiàn)象，鉆孔泥漿消耗量一般為0-0.32m3/h，各鉆孔中砂巖含水層總厚度變化不大，在93-137m之間。主檢孔和風(fēng)檢孔靜止水位相近，但單位涌水量有一定差別。副檢孔相距主、風(fēng)檢孔稍遠(yuǎn)，靜止水位稍有差別，單位涌水量明顯大于主、風(fēng)檢二孔，初步分析是由于副檢孔石千峰組地層（深度246.60m-480.40m）巖石破碎、富水性較強(qiáng)所致。3-2煤頂?shù)咨皫r裂隙含水層（段）含水層總厚為0-22.97m，平均10.39m，主要由3-5層的細(xì)砂巖和中砂巖組成，據(jù)8-2孔抽水試驗(yàn)：q=0.00209l/s.m，K=0.0397m/d，富水性弱，礦化度為0.761g/l，全硬度為7.51德國(guó)度，水質(zhì)為HCO3·Cl-Na型水[7]。因此，該區(qū)二疊系含水層富水性弱～中等，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單～中等。

3 井筒涌水量預(yù)測(cè)

3.1 涌水量估算方法及公式的選擇

對(duì)主井、副井、風(fēng)井井筒涌水量預(yù)測(cè)采用地下水動(dòng)力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)井筒水位降低至含水層底板時(shí)，h0=0，地下水處于承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓狀態(tài)，因而采用承壓-無(wú)壓完整井裘布依公式，利用抽水試驗(yàn)、流量測(cè)井、抽水試驗(yàn)和流量測(cè)井全孔綜合三種方法所取得的水文地質(zhì)參數(shù)分別進(jìn)行井筒涌水量估算[4-5]。

估算公式：

Q=1.366K■ （1）

R=10S■ （2）

R0=R+r0 （3）

式中：Q-井筒涌水量（m3/h）；K-滲透系數(shù)（m/d）；M-含水層厚度（m）；S-水位降低值（m）；R-影響半徑（m）；r0-井筒荒半徑（m）；R0-井筒影響半徑（m）。

3.2 井筒涌水量計(jì)算

3.2.1 利用抽水試驗(yàn)估算井筒涌水量

水位降低值S為各井筒設(shè)計(jì)深度減去基巖靜止水位，即主井S為782.50-8.24=774.26m，含水層厚度為80.53m；副井S為806.50-10.72=795.78m，含水層厚度為134.78m；風(fēng)井S為782.50-8.02=774.48m，含水層厚度為119.14m。各井筒預(yù)測(cè)涌水量見(jiàn)表1。

3.2.2 利用流量測(cè)井估算分層井筒涌水量

流量測(cè)井將主檢孔劃分為二個(gè)含水層（出水部位），副檢孔劃分為二個(gè)含水層（出水部位），風(fēng)檢孔無(wú)含水層（出水部位）。水位降低值S采用各含水層底板深度減去其靜止水位來(lái)計(jì)算，主井和副井井筒預(yù)測(cè)涌水量見(jiàn)表2。

含水層厚度采用流量測(cè)井確定的各分層含水層厚度之和，水位降低值S采用各檢查孔流量測(cè)井最下面一層含水層，即M2含水層底板深度減去抽水試驗(yàn)基巖靜止水位來(lái)計(jì)算。利用單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)取得的涌水量等數(shù)據(jù)，根據(jù)公式k=■lgR/rw計(jì)算出M1和M2混合含水層的滲透系數(shù)，再估算井筒涌水量，主井和副井井筒預(yù)測(cè)涌水量見(jiàn)表3。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)抽水試驗(yàn)和根據(jù)抽水試驗(yàn)與流量測(cè)井結(jié)合計(jì)算的井筒涌水量接近，建議采用抽水試驗(yàn)取得的參數(shù)計(jì)算的井筒涌水量作為預(yù)測(cè)的井筒涌水量，即主井井筒72.48m3/h，副井井筒286.05m3/h，風(fēng)井井筒31.06m3/h，作為井筒設(shè)計(jì)與施工的參考依據(jù)。由于在井筒開(kāi)挖深度以下有部分鄰近含水層的參與，并且檢查孔資料表明工業(yè)廣場(chǎng)位置處K3砂巖厚度較大，許疃礦、臥龍湖礦、劉橋一礦、童亭礦在井筒及巷道揭露K3砂巖時(shí)多次發(fā)生突水現(xiàn)象，因此建議今后建井過(guò)程中應(yīng)高度重視，超前探水，采取預(yù)防措施，確保礦井安全生產(chǎn)。

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