煤礦水文地質勘探中群孔抽水試驗的應用

摘要：近年來，經(jīng)濟的發(fā)展帶動著煤炭的開采量不斷增大，深度開采已經(jīng)成為煤礦企業(yè)開采的主要方向。煤礦的地質結構相對復雜，因此，在開采前要用科學的方法進行一定的地質勘測，對所開采煤礦的水文和地質情況有一定的了解，才能使開采工作順利進行。本文就介紹了煤礦水文地質勘探中群孔抽水實驗的運用。

關鍵詞：煤礦；水文地質勘探；群孔抽水實驗

現(xiàn)代經(jīng)濟社會的發(fā)展，對煤炭的需求不斷增大，我國淺部的煤炭資源已經(jīng)枯竭，因此煤炭開采的深度逐漸加大，深度開采已經(jīng)成為今后煤炭開采的主要方向。有些煤礦企業(yè)的地質條件相對復雜，在開采過程中，就會使煤礦表現(xiàn)出其高溫、高滲透、高地應力的特點，含水層突涌水已經(jīng)成為了影響煤礦企業(yè)開采的重要原因。如果發(fā)生含水層涌水現(xiàn)象，必然會造成一定的經(jīng)濟損失和人員傷亡，所以在開采煤礦前，對其進行水文地質勘探有著重要意義。

一、 煤礦企業(yè)水文地質特征

對煤礦企業(yè)的水文地質特征有一個基本的了解，可以制定清晰的群孔抽水實驗的方案和具體實施步驟，為順利開展群孔抽水實驗奠定基礎。

某煤礦區(qū)域內沉積巖發(fā)育，但是其形成和蘊藏的條件受區(qū)域地層、區(qū)域構造、地形及地貌等綜合控制，在井筒施工中容易發(fā)生較大涌水，為防水工作帶來了較大困難。影響該煤礦主要開采煤層的地下水主要有十、十四灰?guī)r及奧陶系灰?guī)r含水層。在十七煤層的底板構造地段間接充水水源（十三、十四灰?guī)r及奧陶系灰?guī)r）可轉化為直接充水水源，十三或十四灰?guī)r含水層出水能力中等，而奧陶系灰?guī)r含水層出水能力極強。

二、 群孔抽水實驗的分析

（一）實驗作用

煤礦企業(yè)開采前對煤礦的水文地質進行勘探是必不可少的，利用群孔抽水的方法對煤礦的水文地質進行勘探更是具有大作用。首先，可以增加對要開采地區(qū)水文地質的了解。有些地質復雜的區(qū)域，在開采前如果沒有進行群孔抽水實驗，對區(qū)域的水文地質情況不了解，不僅加大了開采工程的難度，還容易造成安全事故，進行群孔抽水實驗可以對開采地區(qū)了解的更多，利用實驗獲得相關的數(shù)據(jù)，為制定開采方案提供依據(jù)；其次，可以提供更多關于涌水量的信息。群孔抽水實驗可以在一個主孔內抽水，在其周圍設置若干個觀測孔觀測地下水位，再通過計算取得相應的涌水信息，為開采人員提供數(shù)據(jù)支持，做好涌水事故的控制措施，一旦發(fā)生涌水現(xiàn)象可以及時解決，減小事故損失；最后，群孔抽水實驗還有利于尋找更多的水源信息。煤礦在開采過程中需要大量的水源，如果開采地區(qū)的地下水資源不足夠多，就可以利用群孔抽水實驗中獲取的水源信息找到礦坑水，給水源做補充，這樣不僅可以滿足煤礦的開采工作，還減少了對地下水的消耗，避免對周圍居民的生活用水造成影響。

（二）實驗過程

試驗方法：目前在對煤礦水文地質情況勘探進行群孔抽水實驗，一般都采用穩(wěn)定流試驗方法。此方法流量較大、時間較長，可以對煤礦開采區(qū)域含水層的水文地質條件充分了解。還要用泰斯及雅各布等公式對抽水孔和觀測孔半徑、影響半徑、滲透系數(shù)等相關數(shù)據(jù)進行計算。

根據(jù)當前水動力學的相關原理和群孔抽水實驗承壓水滲透系數(shù)以及影響半徑，都可以用公式計算，公式為： ，

其中，K——滲透系數(shù)m/d；R——影響半徑（m）；r——孔徑（m）；M——含水層厚度（m）；S——水位降深（m）。

此次試驗中選擇了5個放水孔，放水孔的平均放水量為每小時423.63平方米，各個觀測孔降深的情況見表1。

表 1 群孔抽放水試驗各觀測孔降深

實驗開始后，抽水孔開關開到最大，利用觀測孔不斷對水位觀測，并詳細記錄水位信息，實驗結束，將抽水孔開關關閉，觀察每一個觀測孔水位恢復的情況，并詳細記錄。

實驗結果：根據(jù)觀察所記錄的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，實驗剛開始時抽水量有比較大的波動情況，在實驗后期抽水量明顯趨于穩(wěn)定，而且觀測水位變化也較小。經(jīng)過群孔放水試驗后，奧灰、十三、十四灰各自形成較為穩(wěn)定的降深，另外，放水孔經(jīng)過一段時間后，十三、十四灰均有不同程度的降深，也進一步證明了十三、十四灰含水層與奧灰含水層存在著斷裂構造，有一定的水力聯(lián)系，在一定條件下會引起地下水位發(fā)生巨大變化。水位觀察記錄的數(shù)據(jù)還體現(xiàn)出奧灰含水層的水位相對穩(wěn)定，并且變化不是很大。水位監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示地下水位是從西向東逐漸降低的變化形式，這就表明了地下巖溶水的流經(jīng)方向是自西向東呈現(xiàn)扇形分布結構，水位的梯度變化也逐漸減小，水流逐漸趨向于平穩(wěn)，巖溶水動力條件相對減弱。

三、結語

中國煤礦資源雖然總量較多，但人口基數(shù)較大，煤炭的人均占有量就較少，深部開采煤礦就成為主要的開采方向。煤礦地質的不同，對開采的安全性造成一定的影響，因此加強煤礦企業(yè)開采前的水文地質勘探工作是非常重要的。實驗表明，群孔抽水技術對煤礦水文地質的勘探起到很大的作用，應該在煤礦水文地質勘探工作中廣泛使用。

參考文獻：

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[3]張江濤.煤礦水文地質勘探中群孔抽水試驗的應用研究[J].城市建設理論研究（電子版），2016，（14）：2222-2222.

作者簡介： 吳威（1983.11—），遼寧義縣，助理工程師