對鶴煤二礦大口徑群孔抽水試驗數(shù)據(jù)的分析研究

李廣亮

(河南省煤田地質(zhì)局 三隊，河南 新鄉(xiāng)453000)

0 序言

鶴煤二礦位于安鶴煤田中部，未來計劃開采太原組一11煤，其直接頂板L2灰?guī)r含水層厚度大，富水性強(qiáng)，易接受下伏奧陶系灰?guī)r含水層的補(bǔ)給，對礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，為對礦井水文地質(zhì)條件有較為深入的了解，設(shè)計進(jìn)行大口徑抽水試驗。

1）抽水試驗布設(shè)工作

本次大口徑抽水試驗共設(shè)觀測孔7個，其中L2灰?guī)r觀測孔5個，O2灰?guī)r觀測孔2個，抽水主孔2011-15孔位于F22斷層下盤，L2灰?guī)r觀測孔290-1、2011-2、2011-7、2011-10孔均位于F22斷層上盤；2011-12孔位于主孔北東部，中間沒有斷裂構(gòu)造；O2灰?guī)r觀測孔2011-3、2011-13孔分別位于F22斷層上下盤。

2）抽水試驗成果參數(shù)

正式抽水期間抽水主孔2011-15孔以涌水量Q=9.459L/s抽水，觀測孔同步觀測水位。L2灰?guī)r觀測孔水位均有不同程度的變化，其中變化最大的為2011-12孔，水位下降5.03m，其余L2灰?guī)r觀測孔水位變化均為0.71～0.95m。兩個O2灰?guī)r觀測孔的觀測水位不降反升（見表1）。

表1 大口徑抽水試驗觀測孔特征值統(tǒng)計表

1 井田水文地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造控水特征

鶴煤二礦位于安鶴煤田中部，夾持于北東向斷裂F1和F100之間，總體為一地壘式構(gòu)造。井田基本構(gòu)造形態(tài)為一地層走向NNE～NE，傾向SSE～SE，傾角3～36°，一般20°左右的單斜構(gòu)造；構(gòu)造以斷裂為主，井田西南部和東北部具寬緩的褶皺，淺部有少量陷落柱?？傮w構(gòu)造復(fù)雜程度為中等。

影響礦井水文地質(zhì)類型劃分的大型斷裂主要有F3、F100、F1，其落差均大于50m，形成井田的供、隔水邊界；井田內(nèi)發(fā)育的其他中小型斷裂破壞了地層的連續(xù)性，使井田水文地質(zhì)條件區(qū)域復(fù)雜化。

圖2 地下水流場特征圖

1.2 邊界條件

根據(jù)本井田地質(zhì)構(gòu)造及補(bǔ)給源方向，對井田水文地質(zhì)邊界進(jìn)行劃分，可以概劃分為兩條進(jìn)水邊界，兩條阻水邊界，一條出水邊界（見圖1），井田水文地質(zhì)條件較為封閉，地下水不易排出。

圖1 地下水邊界系統(tǒng)

1.2.1 進(jìn)水邊界

本井田共有兩條進(jìn)水邊界，東南方向進(jìn)水邊界為F3斷層，該斷層落差為580m，奧陶系灰?guī)r含水層同本井田主要可采煤層及可采煤層頂?shù)装逯饕渌畬訉樱粌H向煤層直接充水，且將奧灰水通過直接充水含水層向深部運(yùn)移，為井田主要的充水邊界。

西部進(jìn)水邊界主要為來自西部山區(qū)補(bǔ)給源，由于L2灰?guī)r厚度有限，補(bǔ)給強(qiáng)度較東南方向進(jìn)水邊界弱。

1.2.2 阻水邊界

本礦F100和F1斷層為本井田兩條邊界斷層，將井田抬升，井田大部形成地壘構(gòu)造，F(xiàn)100斷層使本井田L(fēng)2灰?guī)r同山西組、下石盒子組砂泥巖隔水層相對接，形成對盤阻水；

F1斷層使L2灰?guī)r同太原組中段隔水層對接，阻隔了外部來水，同時本井田內(nèi)地下水不易排出，形成相對阻水邊界。

1.2.3 排水邊界

受寺灣井排水的影響，井田地下水原始流向已經(jīng)基本改變，井田流場特征顯示，井田排水邊界為西北部，在未來井田開采后人工排水是井田的主要排水邊界。

1.3 流場特征

本井田巖溶地下水原始流向為自西向東，顯示天然狀態(tài)下其補(bǔ)給來自為西方的斷層帶和裸露灰?guī)r補(bǔ)給區(qū)，但井田實際地下水流向為近似正北方向，同天然徑流方向出現(xiàn)明顯矛盾，主要是井田西北部3.5km寺灣井開采一煤組時對L2灰?guī)r長期疏排水，改變了本井田范圍內(nèi)的地下水流向，2011-15孔最大降深時的流場長軸為方向北、北西方向，同巖層走向基本一致，但其流向與巖層傾向相反，出現(xiàn)這樣反流向的結(jié)果主要是由于地下水存在較高的水壓差，巖溶系統(tǒng)在長期向同一方向徑流，流程水溶蝕作用加強(qiáng)，形成了單一方向上的相對強(qiáng)徑流帶（見圖2）。

1.4 壓力傳導(dǎo)特征

主孔抽水試驗時，其水位穩(wěn)定階段和水位恢復(fù)階段同各觀測孔水位波動并不同步，觀測孔水位反映是否靈敏揭示了壓力傳導(dǎo)速度的快慢，在正常情況下，水力梯度同壓力傳遞速度成正比關(guān)系，地層完整連續(xù)地段基本符合這一規(guī)律，如2011-12、2011-7及2011-10觀測孔；受F22斷層影響，290-1水、2011-2觀測孔則為反比關(guān)系，反映在構(gòu)造破壞地段水壓力傳遞速度受巖溶發(fā)育及構(gòu)造控制。在大口徑抽水試驗及觀測孔控制范圍內(nèi)，本井田地下水水文地質(zhì)條件呈現(xiàn)兩極變化，雖然受斷層影響，斷層上盤2011-12孔壓力傳導(dǎo)速度高達(dá)235.75m/min，290-1水孔則為20.48m/min，表明F22斷層雖具有一定阻水性，但并不能反映整條斷層的水文特征，斷層南部已經(jīng)表現(xiàn)出一定的透水性質(zhì)，因此本井田斷層雖具壓扭性，但不一定都是阻水?dāng)鄬?，還會受到巖層對接關(guān)系及破碎帶的密實程度的影響（見圖3）。

圖3 壓力傳導(dǎo)速度同水力梯度對比關(guān)系圖

1.5 地下水靜儲量及補(bǔ)給速度

本次大口徑抽水試驗中，試驗抽水時間3天，水位恢復(fù)時間4天，正式抽水時間8天，恢復(fù)水位時間4天14小時。在試驗抽水階段，僅2011-10孔抽后水位較抽前水位高出0.28m，其余鉆孔抽前水位均較抽后水位高；正式抽水中僅2011-12孔抽前水位低于抽后水位；試驗抽水前靜止水位均高于正式抽水后穩(wěn)定水位。

本次抽水時間處于汛期，露頭接受地表補(bǔ)給強(qiáng)度為一年中最大值，但抽水試驗后水位均未恢復(fù)至抽水前，總水位差為0.28～1.75m，其主要原因是，補(bǔ)給強(qiáng)度小于抽水強(qiáng)度，抽水試驗動用部分地下水靜儲量；山前裸露區(qū)補(bǔ)給源順巖層向深部徑流時受斷層的影響會延緩其補(bǔ)給速度，若遇到阻水?dāng)鄬?，則補(bǔ)給速度更加緩慢；觀測孔的觀測時間不夠一個水文年，尚未完全掌握各觀測孔的自身變化規(guī)律。（見表2）

表2 抽水前后地下水靜止水位變化一覽表

2 總結(jié)

大口徑抽水試驗基本查明了井田水文地質(zhì)特征，進(jìn)一步了解井田內(nèi)F22斷層性質(zhì)，為建立本礦L2灰?guī)r水文地質(zhì)模型提供基礎(chǔ)水文地質(zhì)資料，為礦井下一步布設(shè)生產(chǎn)系統(tǒng)及排水系統(tǒng)提供參考依據(jù)。

［1］河南省煤田地質(zhì)局三隊.鶴煤二礦水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探報告[R].新鄉(xiāng)：河南省煤田地質(zhì)局三隊，2014.

［2］河南省煤田地質(zhì)勘察研究院.鶴煤二礦生產(chǎn)地質(zhì)報告[R].鄭州：河南省煤田地質(zhì)勘察研究院，2010.