五沟煤矿二叠系灰岩水文地质条件分析

五沟煤矿二叠系灰岩水文地质条件分析

1井田二叠纪矿井五沟煤矿是恒远煤矿集团管辖的大型生产煤矿。2007年开始建设，2008年8月完成。年生产能力为60万吨，实际产量为90万吨。井田二叠系可采煤层隐伏于巨厚松散层之下,掩覆于太原组、奥陶系地层之上,属新生界松散砂层孔隙水与底板岩溶水复合含水层充水类型矿井。可开采的煤层有8层,自上而下为31、51、52、71、72、81、82、10煤层等,目前开采10煤层,但开采时受底板岩溶水威胁。2采空实践之水害五沟煤矿主采煤层顶底板砂岩裂隙含水层(段)是矿井充水的直接充水含水层,一般富水性较弱。开采10煤时太灰水威胁比较严重,太灰和奥灰岩溶裂隙含水层具水压高,来势猛,水量大的特征,防治水工程量较大,是矿井安全生产的重要隐患之一。地质构造复杂程度为中等(Ⅱ类),断层及破碎带较发育。3地下水保水手术目的监测外水的数据分析对地下水动态特征的研究,要辨别出水动态变化的各种因素。地下水动态的变化是由多种因素引起的,如大气降水、气压效应、温度变化(气温、地湿)、地球固体潮汐和地质构造运动等。具体工作如下:3.1收集西三采区井下放水试验数据,查明其引起水量变化的的主要因素和次要因素。3.2通过对传感器收集回来的地面水位数据(主要是水1和水6地面观测孔),找出其地面水位变化的特征,并尽可能的查明其引起变化的因素。3.3整理西三采区水文地质资料,分析其地下水补、径、排条件,重点分析井田涌水量与各含水层之间水位关系,以此获得放水试验前的各含水层之间水力联系的背景值。3.4整理分析不同阶段放水试验资料,根据放水试验各阶段放水孔、观测孔和测压孔的数据变化情况推导出西三采区各块段之间的水力联系,从而判断主要断层的导、隔水性。3.5通过井下放水试验,获取太灰水单孔涌水量、渗透系数、贮水系数等水文地质参数,评价太灰富水性,计算太灰疏降量,探查太灰与其它含水层的水力联系。3.6根据地下水水位变化特征绘制地下水流场图,分析地下水流场的动态变化特征。4给排水试验4.1合理利用地下水对断层的联通结合现有井下开采情况,合理布置放水孔及观测孔,控制不同构造块段之间的水力联系,分析边界内外的断层的导、隔水性。系统观测放水孔的水量与观测孔水位(水压)随时间的变化,查明太原组1-4层灰岩水疏放和恢复条件整个地下水变化特征,从而获得对断层、区块之间的联通信息。利用西三采区放水试验,充分研究整个矿井的太灰含水层水文地质条件,以及与相邻含水层之间的水力联系。4.2井下布及测压孔参与放水试验的钻孔合计为11个,井下放水及测压孔有7个,地面观测孔有4个,具体分布见图1:井下放水孔分别有边界联巷放水孔、FZ9-2,、FZ10-1和FZ10-4;测压孔为FZ8、TZ3以及JZ1,在放水试验恢复阶段也对FZ9-2,、FZ10-1和FZ10-4进行测压;地面观测孔分别有水1、水6、水7、和水8(水1和水6是太灰孔)。4.3试验阶段西三采区放水试验一共分为三个阶段:一类加密观测阶段、二类加密观测阶段和恢复阶段。4.4统计与分析4.4.1统计特性涌水量变化在西三采区放水试验过程中,FZ10-4孔在2013年4月11号至2013年4月15日处于放水状态,从2013年4月16日至2013年4月20日处于关闭测压状态,放水阶段涌水量较小,但是比1号孔的涌水量要大,涌水量的变化也不大,最大涌水量为12.528m3/h,最小涌水量为6.62m3/h;在放水试验放水阶段10号钻场4号孔涌水量呈下降趋势,下降幅度为5.908m3/h。整个变化过程见下图:4.4.2总体趋势分析在放水试验过程中,从2013年4月10日到2013年4月20日JZ-1一直处于测压状态,在放水阶段压力呈下降趋势,然而在恢复阶段水压又呈回升趋势,最大压力3.6Mpa,最小压力2.77Mpa,在放水阶段压力下降了0.83Mpa,总体变化趋势见下图:4.4.3水6观测孔水位变化水6观测孔的水为太灰水,位于1031工作面的西面。在整个放水试验阶段,水6观测孔水位变化反映特别灵敏,放水阶段水位下降明显,恢复阶段水位上升很快,具体水位变化见下图:4.4.4地下水概念模型五沟矿灰岩水水文地质概念模型主要在分析矿区水文地质条件基础上,概化了模拟试验区地下水系统特征,内容包括:模拟区范围、含水层结构、边界条件及补、排项等,即利用不同阶段放水试验成果,通过对含水层系统深入分析与研究,建立符合客观实际的太原组组灰岩含水层的水文地质概念模型,据此将太原组灰岩含水层概化为上部隔水,下部弱透水,非均质、各向异性的三维承压非稳定流地下水模型。5因势而异,采用等效概化方法进行含水层设计五沟煤矿太原组灰岩含水层第三、四、五、十一、十二层灰岩厚度较大,其余均为薄层,1-4层灰岩溶裂隙发育,水动力条件好,含水丰富,各段之间距离仅数米,对以上各灰岩层间的其他岩层,采用等效概化方法,将其视为等效含水层。由于该含水层为非均质、各向异性介质,其参数在空间上是非均质,利用差分的方法,将研究区离散化成若干个计算单元,每个单元可视为均质含水层。太原组灰岩含水层具有如下特点:(1)由于整个含水层系统的参数随空间呈现非均质,且水流为各向异性,将其概化为具有单层结构的非均质、各向异性的含水层系统;(2)地下水系统输入、输出随时间变化,为非稳定流场;(3)利用等效方法,将1~4灰作为一个整体考虑,为裂隙流系统;(4)五沟井田内含水层厚度分布较稳定,地下水流动呈层流。6对于已