刘家沟矿井水文地质条件及矿井充水量预测

刘家沟矿井水文地质条件及矿井充水量预测

科学评价矿山开发条件的一个重要方面是，矿山涌水量关系到矿山的水保护和安全。因此，对水文地质特征研究和矿井涌水量进行准确预测，对于矿山安全生产意义重大。本文以刘家沟煤矿为例，分别采用大井法和集水廊道法对该矿矿井涌水量进行了预测，并对两种计算结果进行分析比较，确定了符合该矿井实际情况的矿井涌水量，给将来制定防治水措施提供了科学依据。1井面积总结刘家沟井田隶属宁夏回族自治区灵武县横山堡乡，井田南北走向长6.7km，东西倾斜宽5.5km，面积24.2km2井段含水层的分类和特征2.1透水性好，富水性弱主要为粉砂、细砂，松散，其底部砾岩发育不均，一般0.7～5.5m，透水性好，富水性弱，仅在低洼处方含水。一般水位埋深2.46～22.69m，水量很小，水质矿化度大于1g/L，多为牲畜饮用。2.2新系上部粘土相对隔水层主要为棕红色砂质粘土岩和粘土岩，较致密，具塑性，含砂，透水性极弱，含水性差，水量极微，是良好的隔水层。2.3沉积相与水位该含水层位于新近系下部为含砾粘土岩和砾岩，半胶结，较疏松，砾径2～50mm，最大达150mm以上。磨圆度差，孔隙发育（钻探中采取率低）平均厚度16.21～21.27m，透水性好，富水性较强，为本区富水最佳的含水层。沉积厚度变化很大，由西往东，由北而南变厚，特别是横向变化极为明显，越往东越厚，最厚达92.70m。砾岩富水性，钻孔抽水试验，静止水位由40.31～+6.39m，水位最大降深8.23～25.53m，涌水量为0.189～6.70L/s。单位涌水量为0.023～0.263L/s·m。2503号孔放水试验，水头高出地面为+10.49m，降深9.41m，流量为1.13L/s，单位涌水量为0.12L/s·m。其水质为矿化度小于1g/L的淡水，水化学类型为Cl·SO2.4风化裂隙发育下石盒子砂岩含水层平均厚44.5m，岩性主要为粗、中砂岩和细砂岩，上部风化裂隙发育，下部不发育。钻孔抽水试验水头较高，水量不大。水位埋深14.7m，最大水位降深33.32m，涌水量为0.88L/s，单位涌水量为0.026L/s·m，水质矿化度大于1g/L，含氟3.8mg/L。2.5岩性结构下二叠系山西组、石炭系上统太原组砂岩含水层一般平均厚16.32～30.28m，岩性多为砂质泥岩和泥岩，细、中砂岩次之，裂隙不发育，富水性弱。据相邻的任家庄井田钻孔资料,其单位涌水量小于0.00711L/s·m，渗透系数0.0153m/d。3对矿山充水性的分析3.1大气降水、地表水(1）大气降水。根据灵武市气象站资料，本井田属半干旱沙漠大陆性季风气候。降水多集中在7、8、9三个月，年最大降水量为352.4mm(1964年），年最小降水量仅为80.1mm(1980年），而年最大蒸发量高达2304.1mm(1953年），为年最大降水量的6倍，最小降水量的29倍，年最小蒸发量1508.8mm(1988年）。降水多以地表径流的方式汇入边沟再流向井田之外，加之新近系上部的巨厚的粘土和砂粘土的隔水层的作用，大气降水对矿井充水的影响很小。临近生产矿井排水量并不随季节发生变化。(2）地表水。井田范围内地表水主要为边沟，东起清水营、西汇黄河，横跨勘探区北端，沟深谷阔，两壁陡竣，沟深7～18m，宽20～50m，主要为第四系冲洪积物。由于沟谷深切，两岸第四条潜水沿侵蚀基准面溢出，形成地下水补给地表水，汇集成常年地表水流，由东往西潜入山前汇入黄河。初步分析认为其对煤矿矿井的充水影响不大，但对第四系以及新近系的局部含水层具有补给作用。(3）地下水。主要指第四系松散层孔隙水、新近系、下石盒子组砂岩含水层，山西组、太原组砂岩含水层，其中下石盒子组、山西组、太原组砂岩含水层对矿井充水影响较大。3.2岩体工程地质及开采管理方法煤矿井巷开拓过程中，坑道系统充水含水层及充水方式主要取决于煤层采动所形成的导水裂隙带能否波及上覆含水层。导水裂隙带高度与煤层顶板岩体工程地质性质、煤层采厚、采煤方法、顶板管理方法密切相关。据本次钻孔孔八、九煤层顶底板岩石物理力学样测试成果和相邻井田资料，煤层顶板多为砂泥岩互层，属半坚硬类岩石，选择《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-91）附录F中所推荐的公式：式中：H经计算，所计算的导水裂隙带最大高度为104.13m(3201孔），平均49.31m，只有3011孔穿透新近系13.44m。4预测开采井的水量本井田储量比较丰富，资源可靠，而且煤层赋存条件较好，矿井未来生产能力确定为先期开采地段1.2×104.1石进行含水层井田内主采煤层直接充水含水层山西组太原群煤系含水层及石盒子组含水层，为无限承压含水层。随着井巷开拓及矿坑水的疏排，承压水头降至含水层顶以下，则承压转无压。故选用承压转无压公式计算：式中：Q为矿井涌水量，m4.2水压转无压公式以先期开采地段开采边界为集水廊道进水断面，当水位降至隔水层顶板以下时，充水含水层由承压转为无压，故选用承压转无压公式计算：式中：Q为先期开采地段矿井涌水量，m4.3地质工程地质勘探规范井田地质构造较为复杂，断裂褶皱构造发育。新近系砾岩含水层含水性较强外，其余含水层富水性较弱。根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》和《煤炭资源地质勘探规范》中的有关规定，分析认为区内水文地质类型应为二类二型，即以裂隙水含水层充水为主水文地质条件中等的矿床。由表1，表2可知，采用大井法和集水廊道法所计算的先期开采地段矿井涌水量结果具可比性。结合井田水文地质条件，大井法计算结果更可靠，即先期开采地段矿井正常涌水量为365.94m5直接充水含水层(1）通过对井田水文地质特征分析，确定了新近系孔隙水含水层为井田主要含水层，其分布广，厚度大，富水性较强。矿井直接充水含水层主要为下石盒子组砂岩含水层和山西组