五溝煤礦二疊系灰?guī)r水文地質(zhì)條件分析

五溝煤礦二疊系灰?guī)r水文地質(zhì)條件分析

1井田二疊紀礦井五溝煤礦是恒遠煤礦集團管轄的大型生產(chǎn)煤礦。2007年開始建設，2008年8月完成。年生產(chǎn)能力為60萬噸，實際產(chǎn)量為90萬噸。井田二疊系可采煤層隱伏于巨厚松散層之下,掩覆于太原組、奧陶系地層之上,屬新生界松散砂層孔隙水與底板巖溶水復合含水層充水類型礦井?？砷_采的煤層有8層,自上而下為31、51、52、71、72、81、82、10煤層等,目前開采10煤層,但開采時受底板巖溶水威脅。2采空實踐之水害五溝煤礦主采煤層頂?shù)装迳皫r裂隙含水層(段)是礦井充水的直接充水含水層,一般富水性較弱。開采10煤時太灰水威脅比較嚴重,太灰和奧灰?guī)r溶裂隙含水層具水壓高,來勢猛,水量大的特征,防治水工程量較大,是礦井安全生產(chǎn)的重要隱患之一。地質(zhì)構造復雜程度為中等(Ⅱ類),斷層及破碎帶較發(fā)育。3地下水保水手術目的監(jiān)測外水的數(shù)據(jù)分析對地下水動態(tài)特征的研究,要辨別出水動態(tài)變化的各種因素。地下水動態(tài)的變化是由多種因素引起的,如大氣降水、氣壓效應、溫度變化(氣溫、地濕)、地球固體潮汐和地質(zhì)構造運動等。具體工作如下:3.1收集西三采區(qū)井下放水試驗數(shù)據(jù),查明其引起水量變化的的主要因素和次要因素。3.2通過對傳感器收集回來的地面水位數(shù)據(jù)(主要是水1和水6地面觀測孔),找出其地面水位變化的特征,并盡可能的查明其引起變化的因素。3.3整理西三采區(qū)水文地質(zhì)資料,分析其地下水補、徑、排條件,重點分析井田涌水量與各含水層之間水位關系,以此獲得放水試驗前的各含水層之間水力聯(lián)系的背景值。3.4整理分析不同階段放水試驗資料,根據(jù)放水試驗各階段放水孔、觀測孔和測壓孔的數(shù)據(jù)變化情況推導出西三采區(qū)各塊段之間的水力聯(lián)系,從而判斷主要斷層的導、隔水性。3.5通過井下放水試驗,獲取太灰水單孔涌水量、滲透系數(shù)、貯水系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù),評價太灰富水性,計算太灰疏降量,探查太灰與其它含水層的水力聯(lián)系。3.6根據(jù)地下水水位變化特征繪制地下水流場圖,分析地下水流場的動態(tài)變化特征。4給排水試驗4.1合理利用地下水對斷層的聯(lián)通結合現(xiàn)有井下開采情況,合理布置放水孔及觀測孔,控制不同構造塊段之間的水力聯(lián)系,分析邊界內(nèi)外的斷層的導、隔水性。系統(tǒng)觀測放水孔的水量與觀測孔水位(水壓)隨時間的變化,查明太原組1-4層灰?guī)r水疏放和恢復條件整個地下水變化特征,從而獲得對斷層、區(qū)塊之間的聯(lián)通信息。利用西三采區(qū)放水試驗,充分研究整個礦井的太灰含水層水文地質(zhì)條件,以及與相鄰含水層之間的水力聯(lián)系。4.2井下布及測壓孔參與放水試驗的鉆孔合計為11個,井下放水及測壓孔有7個,地面觀測孔有4個,具體分布見圖1:井下放水孔分別有邊界聯(lián)巷放水孔、FZ9-2,、FZ10-1和FZ10-4;測壓孔為FZ8、TZ3以及JZ1,在放水試驗恢復階段也對FZ9-2,、FZ10-1和FZ10-4進行測壓;地面觀測孔分別有水1、水6、水7、和水8(水1和水6是太灰孔)。4.3試驗階段西三采區(qū)放水試驗一共分為三個階段:一類加密觀測階段、二類加密觀測階段和恢復階段。4.4統(tǒng)計與分析4.4.1統(tǒng)計特性涌水量變化在西三采區(qū)放水試驗過程中,FZ10-4孔在2013年4月11號至2013年4月15日處于放水狀態(tài),從2013年4月16日至2013年4月20日處于關閉測壓狀態(tài),放水階段涌水量較小,但是比1號孔的涌水量要大,涌水量的變化也不大,最大涌水量為12.528m3/h,最小涌水量為6.62m3/h;在放水試驗放水階段10號鉆場4號孔涌水量呈下降趨勢,下降幅度為5.908m3/h。整個變化過程見下圖:4.4.2總體趨勢分析在放水試驗過程中,從2013年4月10日到2013年4月20日JZ-1一直處于測壓狀態(tài),在放水階段壓力呈下降趨勢,然而在恢復階段水壓又呈回升趨勢,最大壓力3.6Mpa,最小壓力2.77Mpa,在放水階段壓力下降了0.83Mpa,總體變化趨勢見下圖:4.4.3水6觀測孔水位變化水6觀測孔的水為太灰水,位于1031工作面的西面。在整個放水試驗階段,水6觀測孔水位變化反映特別靈敏,放水階段水位下降明顯,恢復階段水位上升很快,具體水位變化見下圖:4.4.4地下水概念模型五溝礦灰?guī)r水水文地質(zhì)概念模型主要在分析礦區(qū)水文地質(zhì)條件基礎上,概化了模擬試驗區(qū)地下水系統(tǒng)特征,內(nèi)容包括:模擬區(qū)范圍、含水層結構、邊界條件及補、排項等,即利用不同階段放水試驗成果,通過對含水層系統(tǒng)深入分析與研究,建立符合客觀實際的太原組組灰?guī)r含水層的水文地質(zhì)概念模型,據(jù)此將太原組灰?guī)r含水層概化為上部隔水,下部弱透水,非均質(zhì)、各向異性的三維承壓非穩(wěn)定流地下水模型。5因勢而異,采用等效概化方法進行含水層設計五溝煤礦太原組灰?guī)r含水層第三、四、五、十一、十二層灰?guī)r厚度較大,其余均為薄層,1-4層灰?guī)r溶裂隙發(fā)育,水動力條件好,含水豐富,各段之間距離僅數(shù)米,對以上各灰?guī)r層間的其他巖層,采用等效概化方法,將其視為等效含水層。由于該含水層為非均質(zhì)、各向異性介質(zhì),其參數(shù)在空間上是非均質(zhì),利用差分的方法,將研究區(qū)離散化成若干個計算單元,每個單元可視為均質(zhì)含水層。太原組灰?guī)r含水層具有如下特點:(1)由于整個含水層系統(tǒng)的參數(shù)隨空間呈現(xiàn)非均質(zhì),且水流為各向異性,將其概化為具有單層結構的非均質(zhì)、各向異性的含水層系統(tǒng);(2)地下水系統(tǒng)輸入、輸出隨時間變化,為非穩(wěn)定流場;(3)利用等效方法,將1~4灰作為一個整體考慮,為裂隙流系統(tǒng);(4)五溝井田內(nèi)含水層厚度分布較穩(wěn)定,地下水流動呈層流。6對于已