奧灰含水層水文地質(zhì)條件研究范文

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摘要：東龐礦-300m以深的9號煤奧灰突水系數(shù)大于臨界值0.1MPa/m，煤層開采受奧灰水嚴(yán)重威脅。針對這一問題，對井田內(nèi)奧灰含水層的地質(zhì)、水文地質(zhì)資料進行收集整理，綜合分析和研究，總結(jié)奧灰含水層的水文地質(zhì)特征規(guī)律。研究結(jié)果表明，東龐井田內(nèi)奧灰含水層具有一定程度的巖溶裂隙發(fā)育，巖溶發(fā)育的層段主要集中在峰峰組七段和八段；含水層主要涌水層位在峰峰組八段，但富水性極不均一，具有明顯的分區(qū)性；SO42-、Ca2+、Mg2+可作為奧灰水的判別指示離子；奧灰含水層區(qū)域注漿改造的層段可以選為含水層頂界面以下0~40m。

關(guān)鍵詞：水害防治；奧灰含水層；水文地質(zhì)條件

0引言

東龐井田位于河北省內(nèi)丘縣大孟村鎮(zhèn)吳村附近，屬于石炭-二疊系沉積煤層[1]，煤田主要可采煤層為二疊系山西組2號煤和石炭系太原組9號煤。東龐礦9號煤開采受奧灰水嚴(yán)重威脅，9208工作面開采過程中曾發(fā)生底板奧灰突水事故，最大突水水量為1500m3/h，造成工作面被淹。東龐礦-300m以淺奧灰突水系數(shù)小于0.1MPa/m的9號煤資源所剩不多，-300m水平以深的9號煤儲量可觀。為了安全開采深部9號煤資源，東龐礦經(jīng)過論證及研究，以“超前主動、區(qū)域治理、全面改造、帶壓開采”為理念，預(yù)采用鉆探和注漿技術(shù)[2-3]，在地面開展奧灰含水層區(qū)域注漿改造工作，為9號煤采區(qū)巷道開拓和工作面回采創(chuàng)造安全條件。在進行奧灰含水層區(qū)域改造工作之前，開展奧灰含水層水文地質(zhì)條件的分析和研究對指導(dǎo)奧灰含水層區(qū)域注漿改造具有重大意義。

1奧灰含水層的補、徑、排條件

東龐礦處于邯邢水文地質(zhì)單元中百泉水文地質(zhì)單元的西北邊界地段。百泉水文地質(zhì)單元為一基本獨立且封閉的單元，東北部邊界為邢臺大斷層，西部邊界為寒武系中統(tǒng)毛莊組相對隔水層，南部邊界為北洺河地下分水嶺。東龐礦井田為三面封閉、一面開口的半封閉型水文地質(zhì)單元，井田東北、東南、西北部邊界均為隔水?dāng)鄬樱髂喜繆W灰含水層與區(qū)外水力聯(lián)系密切，為井田內(nèi)奧灰含水層的主要補給區(qū)。大氣降水在奧灰裸露區(qū)沿灰?guī)r露頭直接下滲，形成面狀補給；白馬河、七里河、沙河、馬會河、北名河等地表河流在奧灰覆蓋區(qū)對奧灰含水層進行滲漏，形成線狀集中補給。井田內(nèi)奧灰含水層水徑流受地形、地質(zhì)構(gòu)造控制，自西、西北向南徑流，在百泉水文地質(zhì)單元中部的達活泉、百泉排泄出地表形成泉群。井田內(nèi)奧灰含水層水位標(biāo)高為+34—+40m。

2奧灰含水層的結(jié)構(gòu)及巖性特征

井田內(nèi)奧陶系灰?guī)r總厚約560m，分為三組八段[4]，根據(jù)鉆孔取芯、簡易水文觀測和抽水資料分析，奧灰含水層上部的峰峰組七段、八段巖溶裂隙相對發(fā)育，是礦井充水的主要含水段。峰峰組八段厚度為13～28m，巖性主要為白云質(zhì)角礫狀石灰?guī)r，夾縞紋狀石灰?guī)r及角礫狀石灰?guī)r，偶見燧石結(jié)核，巖溶裂隙較發(fā)育，七段厚度為70～110m，巖性以厚層、中厚層灰?guī)r、花斑灰?guī)r為主，上部夾少量角礫狀薄層泥灰?guī)r，含少量燧石結(jié)核，下部夾角礫狀灰?guī)r，局部夾有薄層石膏層。

3奧灰含水層的巖溶發(fā)育特征

井田內(nèi)揭露奧灰含水層的鉆孔中，有25個鉆孔出現(xiàn)遇巖溶掉鉆或進尺很快的現(xiàn)象，揭露單個溶洞高度0.20～0.70m。據(jù)鉆孔奧灰?guī)r芯統(tǒng)計，標(biāo)高-300m以淺的奧灰含水層裂隙率為0.50%～1.0%，巖溶率為0.1%～0.2%，標(biāo)高-300m以深的奧灰含水層裂隙率為0.3%～0.5%，巖溶率為0.001%～0.1%，在標(biāo)高-600m以深，奧灰含水層中少見巖溶現(xiàn)象。垂向上，峰峰組八段頂界有風(fēng)化裂隙帶，厚度10～25m，風(fēng)化裂隙帶一般被方解石全充填，局部裂隙帶未被充填區(qū)域，鉆進時出現(xiàn)巖溶掉鉆或進尺很快的情況，同時進奧灰即發(fā)生漏水。井田內(nèi)奧灰?guī)r溶裂隙發(fā)育規(guī)模受構(gòu)造和埋藏條件等因素的控制，埋藏淺部和構(gòu)造帶附近，巖溶裂隙發(fā)育，顯示出巖溶裂隙發(fā)育的不均一性。

4奧灰的水化學(xué)特征

根據(jù)井田內(nèi)含水層水化學(xué)統(tǒng)計資料，奧灰水的水質(zhì)類型與井田內(nèi)其他含水層水質(zhì)存在明顯的差異。

5奧灰的富水性特征

據(jù)已往勘探結(jié)果來看，單位涌水量0.00427～4.532L/s•m，滲透系數(shù)0.05～304m/d。1992年至1994年底實施的井下水文地質(zhì)勘探中，井下鉆孔揭露奧灰含水層最小涌水量為2.5m3/h，最大涌水量為600m3/h，說明奧灰含水層的富水性極不均一。整體上，埋藏淺部和構(gòu)造帶附近的奧灰?guī)r層，巖溶裂隙發(fā)育，富水性強，隨埋藏深度的增加，富水性減弱。井田的富水性可分為4區(qū)，即強富水區(qū)（q=1.0～10L/s•m），中等富水區(qū)（q=0.1～1.0L/s•m），弱富水區(qū)（0.01～0.1L/s•m）和極弱富水區(qū)（q<0.01L/s•m）。

6結(jié)論

（1）奧灰含水層具有一定程度的巖溶裂隙發(fā)育，巖溶發(fā)育的層段主要集中在峰峰組七段和八段，奧灰含水層埋藏越深，巖溶發(fā)育程度越弱。（2）井田內(nèi)奧灰含水層主要涌水層位為峰峰組八段，但富水性極不均一，具有明顯的分區(qū)性特征。（3）奧灰含水層與井田內(nèi)其他含水層的水質(zhì)類型有明顯的差異，其陰離子SO42-、陽離子Ca2+、Mg2+在礦井突水水源快速判別中可作為奧灰水的判別指示離子。（4）奧灰含水層區(qū)域注漿治理的目標(biāo)層段可以選為含水層頂部巖溶裂隙較為發(fā)育，涌水量較大的層位，即奧灰頂界面以下0～40m的層段，通過區(qū)域注漿治理工作，將奧灰頂部改造為弱含水層或相對隔水層，降低9號煤開采的奧灰突水系數(shù)，減小奧灰突水的可能性，滿足9號煤安全開采的需要。

參考文獻：

[1]王夢玉.礦井防治水和水資源管理研究論文選集[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

[2]趙慶彪.奧灰?guī)r溶水上帶壓開采區(qū)域超前治理防治水技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（8）：1-4，21.

[3]趙兵文，關(guān)永強.大采深礦井高承壓奧灰?guī)r溶水綜合治理技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（9）：75-78.

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[5]李凱.兗州煤田中深部奧灰含水層水文地質(zhì)條件研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，44（4）：146-148.

[6]白喜慶，白海波，沈智慧.新驛煤田奧灰頂部相對隔水性及底板突水危險性評價[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2009，28（2）：273–280.

作者：袁明 單位：冀中能源股份有限公司