内蒙红格尔矿区开采水文地质条件分析和矿井涌水量计算的认识

孔令珍,迟 波,田忠福

(辽宁省东北煤田地质局 103勘探队,辽宁辽阳 111000)

内蒙红格尔矿区开采水文地质条件分析和矿井涌水量计算的认识

孔令珍,迟 波,田忠福

(辽宁省东北煤田地质局 103勘探队,辽宁辽阳 111000)

内蒙古额合宝力格煤田红格尔矿区煤系地层为白垩系下统巴彦花组中部含煤岩段(K1b2),主要开采煤层 1煤,150～550m水平共获得资源量 21 981万吨,对矿区主采煤层直接充水含水层为中部煤层、砂岩(K1b2)裂隙承压水,顶板间接充水含水层为顶部砂泥岩段(K1b3)孔隙承压水,底板间接充水含水层为底部砂砾岩(K1b1),用大井法计算的先期开采地段矿井涌水量为 3 135.81m3/h,利用设计部门提供的采掘工作面计算涌水量 827.03～930.06m3/h,两种计算结果相差大,据此提出几点建议和观点

红格尔矿区;主采煤层;充水因素分析;充水含水层;涌水量计算

0 前言

内蒙古自治区乌珠穆沁旗额合宝力格煤田红格尔矿区赋存有丰富的煤炭资源。其矿区总面积 91.19 km2,其中含煤面积 24.4 km2。勘探区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗乌里雅斯太镇南西 80 km,锡林浩特市北东 150 km,行政区划隶属东乌珠穆沁旗额吉淖尔苏木管辖。

1 井田概况

井田内出露地层由下至上依次为白垩系下统巴彦花组(K1b)第四系(Q),其中巴彦花组分为 1、底部砂砾岩段(K1b1)、2、中部含煤岩段 (K1b2)、3、上部砂泥岩段(K1b3),含煤地层为巴彦花组中段(K1b2),

可采煤层 2层,其中 1号煤层属含煤区全区可采煤层。煤层总厚度 0.00～14.40m;煤层平均厚度 6.35m,含煤系数 2.6%;可采煤层平均厚度 7.14m,可采含煤系数 2.8%,总体含煤性一般。1煤和 2煤间距 20.50～110.60 m,平均间距 54.07m,,具有浅部间距小、深部间距大的特点。煤类均为长焰煤。150～550 m水平共获得资源量 21 981万吨,煤炭资源丰富。

井田位于额合宝力格复向斜(Ⅳ级)中部,北靠阿太乌拉隆起带(Ⅳ级),南邻贺根山复背斜(Ⅳ),区内主体构造线方向呈北东向展布,次为北北东及北西向的构造线,构造程度为简单。

2 矿区主要含水层及其富水性

井田内对 1煤层开采充水的主要含水层是:顶板直接充水含水层为白垩系下统中部煤层、砂岩裂隙承压含水层(段),间接含水层为白垩系顶部砂泥岩(k1b3)。底板间接充水含水层为底部砂砾岩(K1b1)。

2.1 中部煤层、砂岩(K1 b2)裂隙承压含水层(段)

为裂隙承压水类型。含水层岩性主要以煤层及砂岩为主,一般深埋于距地表 233.05 m～555.25m,该含水层分布于整个赋煤区,含水层的分布面积与煤层大体相当,含水层岩性主要以煤层及砂岩为主,是矿区煤层直接充水主要含水层。

矿区对该层共进行了 2次抽水试验。其中:稳定流抽水一次,渗透系数 1.2 907m/d,单位涌水量 0.8252 L/s.m,矿化度 2.49 g/L,地下水化学类型为 HCO3·CL-K+Na型水。非稳定流抽水一次,渗透系数 1.2874m/d,单位涌水量1.1277L/s.m,矿化度 2.62g/L。地下水化学类型为 HCO3·CL-K+Na型水。该含水层(段)是勘探区未来矿井开采的直接充水含水层(段)。属中等 ～强富水性含水层(段)。

2.2 顶部砂泥岩段(K1 b3)孔隙承压含水层(段)

该层上覆于含煤岩段上部,由灰色、灰绿色、夹红色和紫色的泥岩、粉砂岩、夹薄层砾岩和砂岩组成,泥岩和粉砂岩中多见煤屑,水平层理、波状层理和交斜层理。该段广布整个矿区,一般厚 18.6～288.25m,该段有西北薄、向东南变厚趋势,含水层岩性主要由灰色、灰绿色砂砾岩、砂岩组成,距主采煤层 1煤 35.05～178.6 m,平均 100.99m。矿区对含水层进行了一次抽水试验,据矿区抽水孔抽水资料,含水层厚82.95 m,地下水位埋深 15.23 m,单位涌水量 1.1 178 L/s.m,最大涌水量 28.97m3/h,渗透系数 1.2315 m/d,地下水类型为 HCO3·SO4-K+Na型水,矿化度 2.21 g/L,属强富水性含水层(段),是矿区煤层间接充水含水层。

2.3 底部砂砾岩(K 1 b1)含水层

该含水层(段)下伏于可采煤组以下,以灰绿色、绿色和紫色为主,为一套洪积、冲积形成的砾岩、砂岩、泥岩,该段顶部夹有 1-2层安山岩、凝灰岩等火山碎屑岩,是该段与其上部地层(K1b2)分界的主要标志。据该区揭露钻孔 605、07-2、07-4、07-5,含水层顶板距 2煤底板 80.6～110m,间距大,岩性以泥岩、细砂岩为主,将来对开采不能造成威胁 ,所以对该层未做专门水文地质工作。

3 充水因素分析及矿井涌水量预算

3.1 顶板充水因素分析及先期开采地段后期的矿井涌水量矿井涌水量预算

煤层开采正常充水方式为顶板采动导水裂隙带,1煤采煤所波及的导水裂隙带高度范围内直接充水含水层为(K1b2)砂岩裂隙承压含水层,含水层受大气降水充水影响甚微,经采用多个方法预算对比,认为地下水动力学法预算矿井涌水量较符合矿井实际,由于直接充水含水层为承压无限含水层,其含水层中的地下水主要沿可采煤层采空冒落带进入矿井,当地下水位降至其底板时地下水水力性质由承压 -无压状态。故选择承压 -无压大井法公式计算矿井涌水量,计算公式如下:

预算范围为 2-7勘探线、最低可采边界至 150m水平所围成的区域,预算结果为 3 135.81m3/h。

3.2 矿山设计部门的预可研及初步开拓设计预算

按照矿山设计部门提供的有限的矿井开拓设计资料计算的矿井涌水量,

根据设计部门提供的《11采区巷道布置及机械配置》图1:5000,先期开采地段为 3、11、12个采区,先开采 11采区,首期开采的工作为 1102综采工作面,1102综采工作面长为1570m,宽 215m。根据矿井的实际开采情况,首先开采的工作面涌水量的可能性较大(因初期水压大,静流量较大),计算结果见表 1:

表1 1102综采工作区(k1 b2)含水层涌水量计算结果表(原始 H 0)

3.3 底板充水因素分析

该含水层(段)下伏于可采煤组以下,含水层顶板距 2煤底板 80.6～110 m,间距大,岩性以泥岩、细砂岩为主 ,不开采不能造成威胁。

4 结论

(1)地勘单位计算的涌水量是为理想状态下(均值、等厚、各项同性的)实际地质条件不存在,尤其是含、隔相间的基岩的含水层更存在这样问题。公式计算(勘探报告)涌水量实际是直接充水含水层的补给量(地下水涌水量),而且是先期首采期后期涌水量人为认定全部给矿井,实际上是不可能,实际上导水裂隙带水是垂直入渗矿井,垂直入渗系数不是渗透系数 k值,而且矿井开采是按工作面逐步开采的。

(2)通过两种计算可以看出计算结果相差很大。也是目前地勘单位目前没法解决的问题,在以往地质勘探工作中地勘单位施工完后先提交地质报告,设计部门的可行性研究报告与矿井采矿开采方案还没有出台,地勘单位按照现有规范只能粗略计算矿区先期开采地段后期涌水量,没法计算首采工作面的涌水量,所以往往计算结果和矿井实际涌水量相差几倍或十几倍,这给开采技术条件复杂的矿区和投资方造成一定的困惑不敢开采,这也是目前急需解决的问题,希望国家早日出台相应的规范和规程。

(3)采用物探与钻探相结合的方法,建立工作面水情自动探测系统,完善地下水仓、抽水设备等井下防治水应急系统,建立井下突发灾害应急预案,发现水情,及时处理。

(4)建立和完善矿井水文观测系统,特别是加强井下涌水量动态观测,掌握涌水量与工作面布置方式、推进速度之间的关系,并将所获得的成果进一步复核、修正,预算的矿井第一开采水平坑道系统涌水量,使其能满足矿井生产之需要。

[1]迟波等.内蒙古自治区东乌珠穆沁旗额合宝力格煤田红格尔矿区北段勘探报告东北煤田地质局 103勘探队 2008

[2]金连生、牟金锁 ,建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 ,北京:煤炭工业出版社,煤行管字[2000]第 81号

[3]牟金锁、马淑敏,中国煤田地质学,北京煤炭工业出版社 2000

[4]矿区水文地质工程地质勘探规范GB 12719-91

[5]煤炭资源地质勘探抽水试验规范 ,(80)煤地字第 638号

[6]中国煤炭地质增刊 1,2009第 21卷

TD 12

B

1004-1184(2011)01-0143-02

2010-09-17

孔令珍(1963-),女,辽宁北票人,高级工程师,主要从事水文地质、工程地质、环境地质工作。