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(jì)礦井五溝煤礦是恒遠(yuǎn)煤礦集團(tuán)管轄的大型生產(chǎn)煤礦。2007年開始建設(shè)，2008年8月完成。年生產(chǎn)能力為60萬噸，實(shí)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(fù)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(shí)受底板巖溶水威脅。2采空實(shí)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(shí)太灰水威脅比較嚴(yán)重,太灰和奧灰?guī)r溶裂隙含水層具水壓高,來勢(shì)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(gòu)造復(fù)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(shù)目的監(jiān)測(cè)外水的數(shù)據(jù)分析對(duì)地下水動(dòng)態(tài)特征的研究,要辨別出水動(dòng)態(tài)變化的各種因素。地下水動(dòng)態(tài)的變化是由多種因素引起的,如大氣降水、氣壓效應(yīng)、溫度變化(氣溫、地濕)、地球固體潮汐和地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等。具體工作如下:3.1收集西三采區(qū)井下放水試驗(yàn)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(duì)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(cè)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(bǔ)、徑、排條件,重點(diǎn)分析井田涌水量與各含水層之間水位關(guān)系,以此獲得放水試驗(yàn)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(yàn)資料,根據(jù)放水試驗(yàn)各階段放水孔、觀測(cè)孔和測(cè)壓孔的數(shù)據(jù)變化情況推導(dǎo)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(dǎo)、隔水性。3.5通過井下放水試驗(yàn),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(píng)價(jià)太灰富水性,計(jì)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(dòng)態(tài)變化特征。4給排水試驗(yàn)4.1合理利用地下水對(duì)斷層的聯(lián)通結(jié)合現(xiàn)有井下開采情況,合理布置放水孔及觀測(cè)孔,控制不同構(gòu)造塊段之間的水力聯(lián)系,分析邊界內(nèi)外的斷層的導(dǎo)、隔水性。系統(tǒng)觀測(cè)放水孔的水量與觀測(cè)孔水位(水壓)隨時(shí)間的變化,查明太原組1-4層灰?guī)r水疏放和恢復(fù)條件整個(gè)地下水變化特征,從而獲得對(duì)斷層、區(qū)塊之間的聯(lián)通信息。利用西三采區(qū)放水試驗(yàn),充分研究整個(gè)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(cè)壓孔參與放水試驗(yàn)的鉆孔合計(jì)為11個(gè),井下放水及測(cè)壓孔有7個(gè),地面觀測(cè)孔有4個(gè),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(cè)壓孔為FZ8、TZ3以及JZ1,在放水試驗(yàn)恢復(fù)階段也對(duì)FZ9-2,、FZ10-1和FZ10-4進(jìn)行測(cè)壓;地面觀測(cè)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(yàn)階段西三采區(qū)放水試驗(yàn)一共分為三個(gè)階段:一類加密觀測(cè)階段、二類加密觀測(cè)階段和恢復(fù)階段。4.4統(tǒng)計(jì)與分析4.4.1統(tǒng)計(jì)特性涌水量變化在西三采區(qū)放水試驗(yàn)過程中,FZ10-4孔在2013年4月11號(hào)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(guān)閉測(cè)壓狀態(tài),放水階段涌水量較小,但是比1號(hào)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(yàn)放水階段10號(hào)鉆場4號(hào)孔涌水量呈下降趨勢(shì),下降幅度為5.908m3/h。整個(gè)變化過程見下圖:4.4.2總體趨勢(shì)分析在放水試驗(yàn)過程中,從2013年4月10日到2013年4月20日J(rèn)Z-1一直處于測(cè)壓狀態(tài),在放水階段壓力呈下降趨勢(shì),然而在恢復(fù)階段水壓又呈回升趨勢(shì),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(shì)見下圖:4.4.3水6觀測(cè)孔水位變化水6觀測(cè)孔的水為太灰水,位于1031工作面的西面。在整個(gè)放水試驗(yàn)階段,水6觀測(cè)孔水位變化反映特別靈敏,放水階段水位下降明顯,恢復(fù)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(chǔ)上,概化了模擬試驗(yàn)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(jié)構(gòu)、邊界條件及補(bǔ)、排項(xiàng)等,即利用不同階段放水試驗(yàn)成果,通過對(duì)含水層系統(tǒng)深入分析與研究,建立符合客觀實(shí)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(shì)而異,采用等效概化方法進(jìn)行含水層設(shè)計(jì)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(dòng)力條件好,含水豐富,各段之間距離僅數(shù)米,對(duì)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(gè)計(jì)算單元,每個(gè)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(diǎn):(1)由于整個(gè)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(jié)構(gòu)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(shí)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(gè)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(dòng)呈層流。6對(duì)于已