東榮一礦-190 m水平礦井水文地質(zhì)條件研究及施工對(duì)策

孟令望

(上海中煤物探測(cè)量有限公司，上海 200120)

?

東榮一礦-190 m水平礦井水文地質(zhì)條件研究及施工對(duì)策

孟令望

(上海中煤物探測(cè)量有限公司，上海 200120)

通過(guò)對(duì)東榮一礦水文地質(zhì)條件的對(duì)比分析及對(duì)水文地質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)，總結(jié)本礦水文地質(zhì)規(guī)律，結(jié)合實(shí)際水文地質(zhì)資料，提出礦井水的治理建議。

東榮一礦；-190 m；水平礦井；水文地質(zhì)條件；施工對(duì)策

1 工程概況

東榮一礦2006年開(kāi)始建設(shè)，礦井采用立井、多水平、集中大巷、分區(qū)石門開(kāi)拓方式，現(xiàn)已完成-190 m水平礦務(wù)工程，準(zhǔn)備施工三條下山。在施工中經(jīng)常見(jiàn)到煤系裂隙承壓水突出，出水點(diǎn)最大涌水量達(dá)到193.4 m3/h，給工程施工帶來(lái)極大困難，時(shí)刻面臨淹井危險(xiǎn)，迫使進(jìn)行工作面預(yù)注漿后才能掘進(jìn)。

2 -190 m水平的水文地質(zhì)條件

2.1 水文地質(zhì)條件分區(qū)

從平面上看，依據(jù)煤系裂隙充水礦床的劃分，該區(qū)域?yàn)檎麄€(gè)東榮礦區(qū)唯一的水文地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)，水11號(hào)鉆孔的抽水資料表明:該區(qū)的單位涌水量為1.141 L/s·m，滲透系數(shù)2.857，水位1.78 m。主副井筒檢查孔資料提供的單位涌水量分別為0.753 L/s·m和0.433 L/s·m，滲透系數(shù)分別為0.430 m/d 和0.306 m/d，水位分別為2.80 m和1.90 m。地下水流向N81°E。

2.2 含水層

第一，第四系含水層。第四系上部含水層全區(qū)發(fā)育，厚度穩(wěn)定，厚度為100～110 m，主要由中砂、粗砂、礫砂組成，為孔隙承壓水；下部含水層深度為122 m～第三系，厚度20 m，主要由細(xì)砂、礫砂及厚礫砂中夾黏土組成。主井第四系層單位涌水量為17.021 L/s·m，滲透系數(shù)14.96 m/d；副井第四系層單位涌水量為13.61 L/s·m，滲透系數(shù)12.31 m/d。主井井檢孔查明基巖裂隙水單位涌水量0.753 L/s·m，滲透系數(shù)0.430 m/d；副井井檢孔查明基巖裂隙水單位涌水量0.433 L/s·m，滲透系數(shù)0.306 m/d。第二，第四系隔水層。主井在深度108.5～122.75 m有四層厚度小于1 m，累計(jì)厚度2.65 m的黏土；副井在深度112.3～125.2 m有三層厚度小于2 m，累計(jì)厚度5.15 m的黏土。為局部隔水層，比較穩(wěn)定，隔水性能一般。第三，第三系隔水層。原報(bào)告認(rèn)為該區(qū)域第三系缺失，施工井檢孔時(shí)有第三系層存在，主副井查明第三系厚度分別為5.6 m和12.4 m，具有良好的隔水性能。三維地震勘探查明:該區(qū)域第三系層缺失，分析可能由于薄或不連續(xù)造成波不連續(xù)。

2.3 -190 m車場(chǎng)施工中的水文地質(zhì)情況

東榮一礦移交集團(tuán)公司時(shí)已施工完成主副井筒和-190 m車場(chǎng)部分巷道工程，前期水文地質(zhì)情況如下:第一，在施工副井北側(cè)馬頭門時(shí)，僅施工6.5 m發(fā)現(xiàn)涌水量迅速增加，共有3個(gè)出水點(diǎn)，最大涌水量達(dá)到193.4 m3/h，正常為150 m3/h。其中一個(gè)出水點(diǎn)噴出4.1 m，呈現(xiàn)明顯的承壓性質(zhì)。第二，南側(cè)馬頭門共有5個(gè)出水點(diǎn)，涌水量為30 m3/h。移交集團(tuán)公司后，隨著巷道施工長(zhǎng)度的增加，出水點(diǎn)也明顯增加，涌水量發(fā)生明顯變化。截至2007年12月4日井下出水點(diǎn)達(dá)到53處，經(jīng)實(shí)際觀測(cè)若不進(jìn)行工作面預(yù)注漿，礦井總涌水量為1 115 m3/h，經(jīng)過(guò)工作面預(yù)注漿后，現(xiàn)礦井總涌水量為537 m3/h。

3 水文地質(zhì)條件分析

3.1 水文地質(zhì)條件對(duì)比

A.井筒的地層層位。東榮二礦主副井:第四系厚160 m，第三系厚90 m，基巖段位于9號(hào)煤層與26號(hào)煤層之間。東榮二礦風(fēng)井:第四系厚114 m，第三系厚173 m，基巖段位于25號(hào)煤層與29-1b號(hào)煤層之間。東榮一礦主副井:第四系厚140 m，第三系厚5.6 m，基巖段位于20號(hào)煤層與26號(hào)煤層之間。東榮一礦副井:第四系厚143.7 m，第三系厚12.4 m，基巖段位于23號(hào)煤層與26號(hào)煤層之間。

B.水文地質(zhì)條件對(duì)比。東榮一礦主井:滲透系數(shù)0.430 m/d，單位涌水量0.753 L/s·m，煤系裂隙充水礦床類型，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，有“天窗”。東榮一礦副井:滲透系數(shù)0.306 m/d，單位涌水量0.433 L/s·m，煤系裂隙充水礦床類型，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，有“天窗”。東榮一礦水11號(hào)鉆孔:滲透系數(shù)2.857 m/d，單位涌水量1.141 L/s·m，煤系裂隙充水礦床類型，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，有“天窗”。東榮二礦主井:滲透系數(shù)0.001 65～0.004 28 m/d，單位涌水量0.004 03～0.004 71 L/s·m，煤系裂隙充水礦床類型，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，無(wú)“天窗”。東榮二礦副井:滲透系數(shù)0.026 5～0.035 3 m/d，單位涌水量0.046 8～0.054 3 L/s·m，煤系裂隙充水礦床類型，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，無(wú)“天窗”。東榮二礦風(fēng)井:滲透系數(shù)0.157 9 m/d，單位涌水量0.046 8～0.054 3 L/s·m，煤系裂隙充水礦床類型，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，無(wú)“天窗”。

C.基巖段抽水段位對(duì)比。東榮二礦主、副、風(fēng)井抽水段位位于風(fēng)化裂隙含水帶；東榮一礦主副井抽水段位位于風(fēng)化裂隙含水帶～亞風(fēng)化裂隙含水帶；東榮一礦水11號(hào)鉆孔抽水段位位于風(fēng)化裂隙含水帶。

D.施工區(qū)域第三系隔水層及煤系裂隙補(bǔ)給關(guān)系對(duì)比。東榮二礦主副井第四系160 m，第三系90 m，第三系發(fā)育穩(wěn)定，第四系對(duì)煤系地層的補(bǔ)給關(guān)系無(wú)。東榮二礦風(fēng)井第四系114 m，第三系173 m，第三系發(fā)育穩(wěn)定，第四系對(duì)煤系地層的補(bǔ)給關(guān)系無(wú)。東榮一礦主、副井區(qū)域第四系140 ～143.7 m，第三系0～12.4 m，第三系發(fā)育不穩(wěn)定，第四系對(duì)煤系地層進(jìn)行垂向補(bǔ)給。

通過(guò)以上對(duì)比分析，說(shuō)明東榮一礦水文地質(zhì)條件與東榮二礦相比無(wú)論是滲透系數(shù)還是單位涌水量相差較大，滲透系數(shù)是東榮二礦的18.1～1 731倍，單位涌水量是東榮二礦的21～283倍，第三系層大面積缺失，第四系含水層對(duì)煤系地層直接補(bǔ)給。

3.2 第三系隔水層

在施工區(qū)域上部第三系層缺失面積為0.252 km2，在編制的回風(fēng)石門～主副井筒水文地質(zhì)剖面圖上可直觀看到第三系層的變化，只是在418鉆孔與434及435鉆孔之間局部發(fā)育第三系，且推斷長(zhǎng)度僅為171 m，厚度0～12.4 m，其中第三系中起隔水作用的泥巖厚度僅為4.2～4.3 m。

3.3 煤系裂隙含水帶

水11、水12的抽水段位均為風(fēng)化裂隙含水帶，水11號(hào)鉆孔是在“天窗”位置，水12號(hào)鉆孔接露的第三系厚度89 m，依據(jù)水11鉆孔及水12鉆孔的抽水試驗(yàn)成果分析，水11號(hào)鉆孔的滲透系數(shù)及單位涌水量均明顯大于水12號(hào)鉆孔，分別是水12鉆孔的6.7倍和3.6倍。說(shuō)明第三系層明顯起到隔水作用，也說(shuō)明第四系含水層直接補(bǔ)給施工區(qū)域的煤系裂隙含水帶。施工區(qū)域風(fēng)化裂隙含水帶深度為327～420 m，風(fēng)化裂隙含水帶向回風(fēng)下山的方向傾斜，依據(jù)水11號(hào)鉆孔抽水成果的滲透系數(shù)及單位涌水量分別為2.857 m/d和1.414 L/s·m。下推100 m為亞風(fēng)化裂隙含水帶，參考水14號(hào)鉆孔的抽水試驗(yàn)成果，其滲透系數(shù)及單位涌水量分別為0.029 m/d和0.040 L/s·m。本區(qū)域的風(fēng)化裂隙含水帶與亞風(fēng)化裂隙含水帶比較，滲透系數(shù)及單位涌水量是亞風(fēng)化裂隙含水帶的98.5倍和35倍，明顯呈現(xiàn)分帶趨勢(shì)，涌水量明顯變小。

4 井下出水點(diǎn)的規(guī)律及預(yù)測(cè)

第一，截至2007年12月4日，共收集井下出水點(diǎn)53處，其中有10處明顯呈現(xiàn)承壓性質(zhì)，水頭壓力在掘進(jìn)工作面炮眼鉆孔中噴出距離為3～20 m，分析預(yù)測(cè)此類出水點(diǎn)可能間接與第四系含水層導(dǎo)通。其余43處出水點(diǎn)可能是局部構(gòu)造裂隙含水。承壓性質(zhì)的出水點(diǎn)10處，統(tǒng)計(jì)有9處在中砂巖里，還有1處在粉砂巖里，該層位為灰白粉砂巖互層，層理發(fā)育，極破碎。這10處出水點(diǎn)占總出水點(diǎn)數(shù)量的18.9%，而10處總涌水量為607 m3/h，卻占總涌水量的54.4%。該類出水點(diǎn)是礦井水量增大的主要因素。第二，發(fā)育較好、規(guī)模較大的構(gòu)造裂隙共計(jì)三條，均為張性裂隙，裂隙寬度為5～7 mm，共計(jì)涌水100 m3/h。經(jīng)作圖分析推斷，該類構(gòu)造裂隙與第四系含水層溝通，該類裂隙出水點(diǎn)數(shù)量占總出水點(diǎn)的5.7%，而水量占總涌水量的9%。該類出水點(diǎn)是礦井水量增大的因素之一。第三，-190 m水平共接露煤層7個(gè)，其中20、22、26號(hào)煤層煤的硬度軟并破碎，尤其20號(hào)煤層極破碎，26號(hào)煤層較破碎。這三個(gè)煤層共有出水點(diǎn)12處，水量為220 m3/h，出水點(diǎn)數(shù)量占總數(shù)量的22%，水量占總水量的20%。該類出水點(diǎn)是礦井水量增大的因素之一。第四，以上三類出水點(diǎn)數(shù)量占總數(shù)量的37.7%，涌水量占總涌水量的83.3%。說(shuō)明以上三類出水點(diǎn)是礦井主要的涌水因素。第五，對(duì)所有接露的節(jié)理、裂隙、破碎帶觀測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)有方解石脈充填，十分有利于地下水的溝通及儲(chǔ)存，說(shuō)明地下水是長(zhǎng)期流動(dòng)且節(jié)理、裂隙及破碎帶之間有很強(qiáng)的水力聯(lián)系。第六，施工區(qū)域在風(fēng)化裂隙含水帶中，滲透系數(shù)及單位涌水量較大，是礦井水量增大的基礎(chǔ)條件。第七，第四系含水層通過(guò)“天窗”直接向裂隙含水帶垂向補(bǔ)給，是礦井涌水量穩(wěn)定的主要補(bǔ)給源。第八，回風(fēng)下山施工在變坡點(diǎn)開(kāi)始的280 m范圍仍然在風(fēng)化裂隙含水帶中，預(yù)計(jì)水量可能仍有明顯增大趨勢(shì)，掘過(guò)280 m后新增出水點(diǎn)明顯減少，水量也減少。

5 結(jié)論及對(duì)策

5.1 結(jié)論

由于該施工區(qū)域處于“天窗”范圍之下，第四系含水層對(duì)風(fēng)化裂隙含水帶直接補(bǔ)給，風(fēng)化裂隙含水帶的滲透系數(shù)及單位涌水量又在東榮礦區(qū)中處于最大值，地下水長(zhǎng)期處于活動(dòng)狀態(tài)，構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙中無(wú)方解石脈充填而形成較強(qiáng)的水力聯(lián)系，致使礦井涌水量增大。

5.2 對(duì)策

第一，對(duì)以上分析的三類出水點(diǎn)進(jìn)行治理，封堵礦井涌水通道。第二，與科研單位聯(lián)系，引進(jìn)先進(jìn)的物探手段，在地面及井下探測(cè)儲(chǔ)水構(gòu)造，為注漿提供靶區(qū)。第三，及時(shí)收集井下新接露煤巖層的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，總結(jié)規(guī)律，加強(qiáng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。第四，盡快形成排水系統(tǒng)，保證安全生產(chǎn)。第五，采掘工程盡量布置在非“天窗”范圍之一及風(fēng)化裂隙含水帶或亞風(fēng)化裂隙含水帶之一，減少礦井的涌水量。第六，首采區(qū)的回采上限標(biāo)高應(yīng)充分考慮水文地質(zhì)因素重新確定，保證首采區(qū)的安全生產(chǎn)。第七，聯(lián)系科研單位共同對(duì)該區(qū)的礦井涌水量進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

Study on hydrogeological condition of mine at -190 m level in Dongrong coal mine and its construction countermeasures

MENG Ling-wang

(Shanghai Coal Geophysical Survey Co., Ltd., Shanghai 200120, China)

Based on the comparative analysis of hydrogeological conditions and the understanding of hydrogeological characteristics in Dongrong No.1 mine, the author summarizes the hydrogeological laws of the mine combining with the actual hydrogeological data.

Dongrong No.1 mine; -190 m; Horizontal mine; Hydrogeological condition; Construction countermeasures

2017-02-16

孟令望(1992-)，男，學(xué)士，助理地質(zhì)工程師。

P641

A

1674-8646(2017)08-0058-02