潘謝礦區(qū)深部巖溶富水性垂向演化規(guī)律分析

蔡夢雅 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230032）

1 工程概況

潘集外圍勘查區(qū)為潘謝礦區(qū)的延深勘查區(qū)，同一主采煤層的埋藏深度均較深（-800m以下），相對礦區(qū)生產(chǎn)礦井的主采煤層處于更深處，故定義潘集外圍勘查區(qū)為潘謝礦區(qū)深部。太灰、奧灰作為A組煤底板，其巖溶富水性對A組煤的安全開采具有重要的影響，查明其巖溶富水性規(guī)律，對A組煤的開采具有十分重要的意義[1-2]。通過潘謝礦區(qū)內(nèi)太灰和奧灰?guī)r溶含水層在不同深度處的鉆孔單位涌水量、滲透系數(shù)值、水壓、滲透系數(shù)、單位涌水量等量值分別和埋深的關系，得到深部巖溶含水層富水性的垂向演化規(guī)律[3-4]。

2 太灰?guī)r溶富水性垂向演化規(guī)律

在潘謝礦區(qū)深部進行抽水試驗的鉆孔共有4個：11-3、5-1、11-2、25-1，注水試驗鉆孔共有 3 個：24-3、17-1、19-1。其中各抽水鉆孔的抽水層位分別為：11-3鉆為11-2煤層含水層，5-1鉆為太原組灰?guī)r裂隙水C31-C34，11-2鉆為13-1煤煤層含水層，25-1鉆為奧灰?guī)r溶裂隙含水層；各注水鉆孔的注水層位分別為：24-3鉆為8煤砂巖裂隙含水層，17-1鉆為13-1煤頂?shù)装迳皫r裂隙含水層，19-1鉆為太原組灰?guī)r裂隙水C31-C34。其中19-1鉆孔平均工作段深度1206.92m，其所測單位涌水量0.0013L/(s·m)，滲透系數(shù)0.004m/d，水壓11.62MPa。17-1鉆孔平均工作段深度 908.7m，單位涌水量 0.0778L/(s·m)，滲透系數(shù)0.0476m/d。24-3鉆孔平均工作深度1068.72m，其所測單位涌水量0.00186L/(s·m)，滲透系數(shù)0.00860m/d。

深部到達太灰奧灰的抽、注水鉆孔較少，為了研究同一含水層處于不同深度值時的巖溶富水性，現(xiàn)參考臨近生產(chǎn)礦井的太灰含水層抽水資料，根據(jù)深度值為篩選依據(jù)，得到下列數(shù)據(jù)如表1。

太灰水抽水資料數(shù)據(jù) 表1

使用origin作圖軟件，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)得出太原組灰?guī)r單位涌水量、滲透系數(shù)、水壓和深度的關系圖如下圖1。

根據(jù)圖1分析可知：太灰水的水壓隨著深度的增加整體上呈現(xiàn)為正相關增加的趨勢，且水壓遠遠超過安全臨界值0.06MPa，可見太灰含水層的水壓大；滲透系數(shù)除外圍5-1鉆孔的滲透系數(shù)為0.1223m/d之外，其他均小于0.04m/d，說明太灰含水層滲透性整體表現(xiàn)為不透水到弱透水；單位涌水量除外圍5-1鉆孔單位涌水量0.0369L/(s·m)之外，其他均小于0.01L/(s·m)，表明太灰含水層富水性為弱到中等。同時，單位涌水量與滲透系數(shù)之間的變化趨勢表現(xiàn)為較一致，據(jù)此可推測出巖體的滲透性能在一定程度上可以控制其富水性。又由對水壓隨深度的增加而增大的規(guī)律可推測出，在深度較大時，含水層頂?shù)装宓膸r石較為致密，具有較好的阻隔水性能，但隨著水壓的增大，個別部分的巖石開始出現(xiàn)頂?shù)装迤屏熏F(xiàn)象，所以出現(xiàn)了單位涌水量和滲透系數(shù)突然增大的現(xiàn)象?？傮w上來說，深部勘查區(qū)太灰?guī)r溶含水層特點為：水壓大，水量小。

圖1 太灰水單位涌水量、滲透系數(shù)、水壓隨深度的變化曲線

單位涌水量和滲透系數(shù)突然增大的鉆孔為外圍5-1鉆孔測得的數(shù)據(jù)，也即深部勘查區(qū)范圍內(nèi)鉆孔，從而說明了相同太灰?guī)r溶含水層位，深部勘查區(qū)處于更深處，水壓也相對增大，單位涌水量和滲透系數(shù)則相對較大。而灰?guī)r巖段做為A組煤底板，在進行A組煤開采時應考慮太灰?guī)r溶含水層特征。

3 奧灰?guī)r溶富水性垂向演化規(guī)律

25-1鉆孔為揭露奧灰段鉆孔，平均工作段深度為 1387.44m，單位涌水量為 0.0004058L/(s·m)，滲透系數(shù)為0.001m/d，水壓為14.90MPa。結合周邊礦井打到奧灰層位的鉆孔，根據(jù)深度值作為篩選依據(jù)，得到下列數(shù)據(jù)（如表2）。

奧灰水不同層位抽水資料統(tǒng)計結果 表2

使用origin作圖軟件，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)得出奧灰單位涌水量、滲透系數(shù)、水壓和深度的關系圖如下圖2。

根據(jù)圖2分析可知，水壓隨深度增加而增加，水壓值均在6MPa以上，且在外圍25-1鉆孔達到最大水壓值14.90MPa，更是遠遠超過安全臨界值0.06MPa；單位涌水量均小于 1L/(s·m)，說明其富水性弱到中等，在五-六O1+2-2鉆深度828.31m附近處達到最高值為0.808L/(s·m)，在其他深度處富水性為較小且變化不大；滲透系數(shù)除五-六O1+2-2鉆828.31m附近達到最高值1.638m/d外其他深度處均基本小于0.3m/d，說明為不透水到弱透水。

圖2 奧灰水單位涌水量、滲透系數(shù)、水壓隨深度的變化曲線

五-O1+2-2鉆孔附近處滲透系數(shù)和單位涌水量值較大，而水壓值較為正常，究其原因，其中五-六O1+2-2鉆孔屬于顧北井田，由顧北井田A組煤底板灰?guī)r水文補勘報告可知，揭露奧灰的五-六O1+2-2鉆孔在于845.24m附近發(fā)生了全泵量漏水現(xiàn)象，并見溶洞跡象，且?guī)r溶深度為845.00～853.00m。故上圖中表現(xiàn)為較大的滲透系數(shù)和單位涌水量，而水壓值則較為正常?？傮w上來說，奧灰?guī)r溶發(fā)育為不均一，富水性為不均一，奧灰?guī)r溶含水層水壓大且隨著深度增加而增大。

4 結論

①太灰與奧灰?guī)r溶含水層中滲透系數(shù)與單位涌水量隨深度的變化趨勢均具有較好的一致性，表現(xiàn)為滲透系數(shù)越大，其富水性也相應變大，推測滲透性能在一定程度上控制著其富水性，同時水壓隨深度增加也呈現(xiàn)為正相關?？傮w來說太灰水具有水壓大，水量小的特點，奧灰具有富水性不均一，巖溶發(fā)育不均一的特點。

②分析結果與淮南礦業(yè)集團潘北煤礦A組煤開采底板灰?guī)r水文地質條件地面水文鉆孔勘探報告較為吻合。因太灰和奧灰?guī)r溶含水層之間可能存在斷層破碎帶、隱伏巖溶陷落柱等導致存在水力聯(lián)系，故具體情形還有待進一步的勘探工作。