高家堡煤矿洛河组含水层水文地质特征及水害防治.pdf
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1、收稿日期:作者简介:任邓君(),男,山东平度人,工程师,现从事水文地质与矿井水害防治研究工作。高家堡煤矿洛河组含水层水文地质特征及水害防治任邓君,蔺成森,霍超,马家辉,许南南(陕西正通煤业有限责任公司,陕西 咸阳 ;长安大学 水利与环境学院,陕西 西安 )摘要:矿井水害防治是当前煤层开采的重要工作,是保证煤层安全高效开采的前提。为查明高家堡矿井白垩系含水层水文地质条件,通过地面钻探实测了导水裂隙带高度,采用实测裂采比对其进行预测,利用抽水试验和水化学分析等方法从岩性特征、富水特性、水力联系、水化学特征等方面总结了洛河组含水层水文地质特征。实测导水裂隙带高度为 ,预测值为 ,导水裂隙带已经波及到
2、白垩系洛河组含水层。白垩系含水层水文地质条件简单,洛河组含水层对矿井开采威胁较大。关键词:煤层开采;含水层;水文地质特征;导水裂隙带;水害防治中图分类号:;文献标志码:文章编号:(),(,;,):,:,:;引言矿井水害是诱发矿井安全事故的主要根源,是制约矿山安全高效开采的重要灾害之一。近年来,随着我国政府部门对矿山安全事故的高度重视以及国家政策法规的不断完善,矿井水害发生的次数及规模逐渐得到有效控制 。彬长矿区作为我国原煤生产的重要基地,其普遍分布的巨厚砂岩含水层对煤层安全开采造成严重威胁。国内学者已对该区域矿井水害问题展开了深入的研究。肖乐乐等 通过水文地球化学方法研究了彬长矿区地下水化学特
3、征,建立了 水源判别模型进行各突(涌)水点水源识别;高虎 针对孟村煤矿 号煤层上覆洛河组巨厚砂岩含水层威胁,制定了厚煤层综放工作面“走向 波浪式倾向 倒 式架后留疏水通道”控水工艺;武谋达 总结了彬长矿区复合煤层联合开采工作面涌第 期任邓君蔺成森霍超等高家堡煤矿洛河组含水层水文地质特征及水害防治水特征,认为洛河组是煤层开采的直接或间接充水含水层;李超峰等 采用水文地质钻探、抽放水试验、水化学测试等方法查明了彬长矿区水文地质特征,指出洛河组含水层垂向具有明显差异性;盛奉天等 采用数据分析方法研究了矿区工作面综放开采导水裂隙带高度,利用数值模拟和现场实测对回归公式进行验证;张彪 在研究彬长矿区水位
4、地质条件的基础上,提出了顶板预注浆封堵、高渗径流通道封堵、帷幕注浆、矿井水回灌等一系列厚层顶板水减水体系。众多学者针对彬长矿区水害防治问题进行了大量研究并取得了一定成果,但高家堡矿井作为彬长矿区的一部分,对于其小范围内的水文地质特征及水害防治对策研究较少。本文采用水文地质钻探、抽水试验及水化学分析等方法研究了矿井白垩系含水层水文地质特征,评价矿井水害威胁,提出水害防治对策,为后期煤层安全高效开采提供理论依据。工程概况高家堡井田位于陕西彬长矿区西北部,行政区划隶属陕西省咸阳市长武县。井田东西长约 ,南北宽约 ,矿区面积 ,井田共有煤炭资源量 ,矿井设计生产能力 ,服务年限 。矿井采用竖井开拓,单
5、水平开采,主采煤层为 号煤层。号煤层为特厚煤层,资源储量 ,煤层大部可采,结构简单。高家堡煤矿为高瓦斯矿井,各可采煤层均易自燃,顶板水害威胁较大。主要含水层为延安组顶板砂岩含水层、直罗组砂岩裂隙承压含水层以及白垩系洛河组砂岩孔隙 裂隙承压含水层;主要隔水层为第三系红土隔水层、华池组和安定组泥岩隔水层。号煤层顶底板地层特征见表 。涌水特征 导水裂隙带采用地面钻探法实测了高家堡煤矿 、工作面煤层顶板导水裂隙带发育高度,实测成果见表 。根据实测结果,工作面回采至 综放煤层采高控制之前导水裂隙带发育最高为 ,裂采比为 ;停采线附近导水裂隙带发育高度最大为 ,裂采比为 。工作面 钻孔位置煤层顶板导水裂隙
6、带发育高度为 ,裂采比为 ;工作面 钻孔位置煤层顶板导水裂隙带发育高度为 ,裂采比为 。表 高家堡井田 号煤层顶底板地层特征 地层厚度 岩性简述白垩系华池组 紫红色泥岩夹同色细粒砂岩,井田主要沟谷有出露洛河组 紫红色中、细粒砂岩夹泥岩及砂砾岩,巨厚层状,具大型斜层理及交错层理宜君组 棕红色块状砾岩,成分主要为石英岩、花岗岩及少量的变质岩块安定组 紫红、灰绿色杂砂岩夹砂质泥岩及泥灰岩透镜体直罗组 蓝灰、灰绿色粗砂岩,上部夹暗紫色泥岩,蓝灰色为该层的主色调,底部有一层灰白色中、粗粒长石砂岩侏罗系延安组 第 段灰色泥岩含 号煤层,底部为灰褐色铝质泥岩富含植物根系化石;第 段浅灰色砂泥岩互层,含 上煤
7、层;第 段含 、煤层富县组 下部中、粗砂岩,角砾岩;上部紫红色铝土质泥岩表 导水裂隙带高度实测成果 工作面采高 导水裂隙带高度 裂采比 陕西煤炭 年采用实测裂采比对导水裂隙带高度进行预测,预测导水裂隙带发育高度为 ,平均 ,如图 所示。导水裂隙带波及含水层根据导水裂隙带实测发育高度和预测结果可知,导水裂隙带已经波及到白垩系含水层,将成为沟通白垩系含水层与采煤工作面之间的涌水通道,突水危险性较大。预测导水裂隙带高度波及洛河组含水层厚度为 ,平均 ,如图 所示。根据预测导水裂隙带高度波及洛河组含水层厚度结果,高家堡井田在开采 号煤层时导水裂隙带基本发育至洛河组含水层。然而,洛河组含水层整体为富水性
8、弱 中等的巨厚砂岩裂隙含水层,具有一定的静储量,若导水裂隙带沟通洛河组后将造成含水层水进入采动空间,增加矿井涌水量,危险性较大。因此,深入探查洛河组含水层的水文地质特征尤为重要。?图 高家堡煤矿导水裂隙带发育高度等值线?图 高家堡煤矿导水裂隙带高度波及洛河组厚度等值线 洛河组含水层水文地质特征 岩性特征白垩系洛河组含水层较厚,一般为 ,平均厚度 ,自西南向东北总体呈逐渐变厚的趋势。钻孔揭露洛河组地层主要岩性有细粒砂岩、中粒砂岩、粗粒砂岩以及泥质岩类,砾岩分布相对较少,如图 所示。其中,砂岩在洛河组地层厚度中占比 以上,是洛河组的主要岩性组成;泥质岩类平均厚度 ,占整个洛河组厚度的 ,在洛河组地
9、层中较普遍发育;砾岩发育相对较少,地层厚度占比不足 。富水特征含水层富水特性是表征地下水含量的重要参数。洛河组含水层厚度较大,结合钻孔岩性和富水性指数等认为洛河组可以按“二分法”将其划分为上下段。通过单孔抽水试验评价含水层富水特性,结果见表。由表可知,洛河组下段与上段水文地质参数差异较明显。洛河组下段渗透系数为 ,单位涌水量为 ();而洛河组上段渗透系数为 ,单位涌水量为 ()。因此,洛河组上段富水性强,下段富水性弱,富水性差异明显。水力联系 洛河组上段同层水力联系洛河组上段同层之间水力联系判定主要通过在上段进行群孔抽水试验实现。在对洛河组上段进行抽水试验时同步观测洛河组上段水位变化,群孔抽水
10、试验成果和水位变化趋势分别见表 、图 。可以看出,在对 孔洛河组上段进行抽水试验时,最大第 期任邓君蔺成森霍超等高家堡煤矿洛河组含水层水文地质特征及水害防治抽水量为 ,最大水位降深为 ,同步观测 孔洛河组上段相应水位降深分别为 、和 。当 孔停止抽水 后 孔水位已恢复 ,孔洛河组上段地下水水位随孔抽水同步变化趋势较明显。在对 孔洛河组上段进行抽水试验时,最大抽水量 ,最大水位降深为 ,观测 孔洛河组上段相应水位降深分别为 、和 ,孔洛河组上段地下水水位随 孔抽水同步变化趋势亦较明显。因此,综合分析认为、孔洛河组上段同层之间水力联系较密切。?图 不同岩性平均厚度所占百分比?图 同层段群孔抽水试验
11、水位变化趋势 图 不同层段群孔抽水试验水位变化趋势 陕西煤炭 年?洛河组上下段水力联系洛河组上下段之间水力联系判定同样通过不同层段群孔抽水试验实现。在对洛河组上下段进行抽水时同步观测相应水位变化,群孔抽水试验成果分别见表 、图 。可以看出,在对 孔洛河组下段进行抽水试验时,最大抽水量为 ,最大水位降深为 ,同步观测 孔洛河组上段水位变化。水位恢复阶段,孔洛河组上段水位与 孔洛河组下段水位虽然具有相似的上升趋势,但总体来看两者同步性不强。在对 孔洛河组上段进行抽水试验时,最大抽水量为 ,最大水位降深为 ,同步观测 孔洛河组下段水位变化。孔洛河组下段水位大体表现出随 孔洛河组上段抽水、水位恢复等分
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