劉家溝礦井水文地質條件及礦井充水量預測

科學評價礦山開發條件的一個重要方面是，礦山涌水量關系到礦山的水保護和安全。因此，對水文地質特征研究和礦井涌水量進行準確預測，對于礦山安全生產意義重大。本文以劉家溝煤礦為例，分別采用大井法和集水廊道法對該礦礦井涌水量進行了預測，并對兩種計算結果進行分析比較，確定了符合該礦井實際情況的礦井涌水量，給將來制定防治水措施提供了科學依據。1井面積總結劉家溝井田隸屬寧夏回族自治區靈武縣橫山堡鄉，井田南北走向長6.7km，東西傾斜寬5.5km，面積24.2km2井段含水層的分類和特征2.1透水性好，富水性弱主要為粉砂、細砂，松散，其底部礫巖發育不均，一般0.7～5.5m，透水性好，富水性弱，僅在低洼處方含水。一般水位埋深2.46～22.69m，水量很小，水質礦化度大于1g/L，多為牲畜飲用。2.2新系上部粘土相對隔水層主要為棕紅色砂質粘土巖和粘土巖，較致密，具塑性，含砂，透水性極弱，含水性差，水量極微，是良好的隔水層。2.3沉積相與水位該含水層位于新近系下部為含礫粘土巖和礫巖，半膠結，較疏松，礫徑2～50mm，最大達150mm以上。磨圓度差，孔隙發育（鉆探中采取率低）平均厚度16.21～21.27m，透水性好，富水性較強，為本區富水最佳的含水層。沉積厚度變化很大，由西往東，由北而南變厚，特別是橫向變化極為明顯，越往東越厚，最厚達92.70m。礫巖富水性，鉆孔抽水試驗，靜止水位由40.31～+6.39m，水位最大降深8.23～25.53m，涌水量為0.189～6.70L/s。單位涌水量為0.023～0.263L/s·m。2503號孔放水試驗，水頭高出地面為+10.49m，降深9.41m，流量為1.13L/s，單位涌水量為0.12L/s·m。其水質為礦化度小于1g/L的淡水，水化學類型為Cl·SO2.4風化裂隙發育下石盒子砂巖含水層平均厚44.5m，巖性主要為粗、中砂巖和細砂巖，上部風化裂隙發育，下部不發育。鉆孔抽水試驗水頭較高，水量不大。水位埋深14.7m，最大水位降深33.32m，涌水量為0.88L/s，單位涌水量為0.026L/s·m，水質礦化度大于1g/L，含氟3.8mg/L。2.5巖性結構下二疊系山西組、石炭系上統太原組砂巖含水層一般平均厚16.32～30.28m，巖性多為砂質泥巖和泥巖，細、中砂巖次之，裂隙不發育，富水性弱。據相鄰的任家莊井田鉆孔資料,其單位涌水量小于0.00711L/s·m，滲透系數0.0153m/d。3對礦山充水性的分析3.1大氣降水、地表水(1）大氣降水。根據靈武市氣象站資料，本井田屬半干旱沙漠大陸性季風氣候。降水多集中在7、8、9三個月，年最大降水量為352.4mm(1964年），年最小降水量僅為80.1mm(1980年），而年最大蒸發量高達2304.1mm(1953年），為年最大降水量的6倍，最小降水量的29倍，年最小蒸發量1508.8mm(1988年）。降水多以地表徑流的方式匯入邊溝再流向井田之外，加之新近系上部的巨厚的粘土和砂粘土的隔水層的作用，大氣降水對礦井充水的影響很小。臨近生產礦井排水量并不隨季節發生變化。(2）地表水。井田范圍內地表水主要為邊溝，東起清水營、西匯黃河，橫跨勘探區北端，溝深谷闊，兩壁陡竣，溝深7～18m，寬20～50m，主要為第四系沖洪積物。由于溝谷深切，兩岸第四條潛水沿侵蝕基準面溢出，形成地下水補給地表水，匯集成常年地表水流，由東往西潛入山前匯入黃河。初步分析認為其對煤礦礦井的充水影響不大，但對第四系以及新近系的局部含水層具有補給作用。(3）地下水。主要指第四系松散層孔隙水、新近系、下石盒子組砂巖含水層，山西組、太原組砂巖含水層，其中下石盒子組、山西組、太原組砂巖含水層對礦井充水影響較大。3.2巖體工程地質及開采管理方法煤礦井巷開拓過程中，坑道系統充水含水層及充水方式主要取決于煤層采動所形成的導水裂隙帶能否波及上覆含水層。導水裂隙帶高度與煤層頂板巖體工程地質性質、煤層采厚、采煤方法、頂板管理方法密切相關。據本次鉆孔孔八、九煤層頂底板巖石物理力學樣測試成果和相鄰井田資料，煤層頂板多為砂泥巖互層，屬半堅硬類巖石，選擇《礦區水文地質工程地質勘探規范》（GB12719-91）附錄F中所推薦的公式：式中：H經計算，所計算的導水裂隙帶最大高度為104.13m(3201孔），平均49.31m，只有3011孔穿透新近系13.44m。4預測開采井的水量本井田儲量比較豐富，資源可靠，而且煤層賦存條件較好，礦井未來生產能力確定為先期開采地段1.2×104.1石進行含水層井田內主采煤層直接充水含水層山西組太原群煤系含水層及石盒子組含水層，為無限承壓含水層。隨著井巷開拓及礦坑水的疏排，承壓水頭降至含水層頂以下，則承壓轉無壓。故選用承壓轉無壓公式計算：式中：Q為礦井涌水量，m4.2水壓轉無壓公式以先期開采地段開采邊界為集水廊道進水斷面，當水位降至隔水層頂板以下時，充水含水層由承壓轉為無壓，故選用承壓轉無壓公式計算：式中：Q為先期開采地段礦井涌水量，m4.3地質工程地質勘探規范井田地質構造較為復雜，斷裂褶皺構造發育。新近系礫巖含水層含水性較強外，其余含水層富水性較弱。根據《礦區水文地質工程地質勘探規范》和《煤炭資源地質勘探規范》中的有關規定，分析認為區內水文地質類型應為二類二型，即以裂隙水含水層充水為主水文地質條件中等的礦床。由表1，表2可知，采用大井法和集水廊道法所計算的先期開采地段礦井涌水量結果具可比性。結合井田水文地質條件，大井法計算結果更可靠，即先期開采地段礦井正常涌水量為365.94m5直接充水含水層(1）通過對井田水文地質特征分析，確定了新近系孔隙水含水層為井田主要含水層，其分布廣，厚度大，富水性較強。礦井直接充水含水層主要為下石盒子組砂巖含水層和山西組