小范围放水试验在华北型煤田矿井防治水中的应用

李凯

摘要：针对范各庄矿北翼采区水文地质条件复杂的问题，通过对小区域水文地质条件的探查和分析，采用井下放水试验的方法，查明区域水文地质条件及各含水层间的水力联系。

关键词：奥灰水；放水试验；水害；华北型煤田；水质化验

引言

范各庄矿属于华北型煤田，该矿2120（3）工作面位于北翼塔坨向斜区，工作面下部直接充水含水层为12煤底板砂岩裂隙承压含水层，该含水层下部为K3及奥灰强含水层。该区域水文地质条件十分复杂，如果采面底板存在隐伏导水构造导通奥灰强含水层，后果不堪设想。因此有必要查清该区域水文地质条件及各含水层间水利联系。

1.试验过程

本次范各庄矿放水与连通试验共有观测孔18个，其中地面观测孔3个，井下观测孔15个，放水试验分为二个阶段进行。

第一阶段放水试验从1月22日15：00开始，开探11孔放水，至1月26日10：00第一阶段放水试验结束，共历时91小时。第二阶段放水试验从1月26日10：00开始，打开探10、探11孔同时放水，至29日16：30结束，共历时78.5小时。29日16：30第二阶段放水过程结束后，总放水量10835m3，同时关闭探10、探11两个放水孔，开始水位恢复期间的观测。至2月2日16：00水位恢复稳定，放水试验结束，共历时95.5小时，放水实验总共用时11天零1小时。

放水试验的放水孔及观测孔分布见下图1，其中主要放水孔有2个，分别为2120（3）运道625m迎头处探10、探11，在图上以黄色圆圈表示，并插有三角形蓝色的旗子，主要观测孔有18个，分别为2120（3）运道200m钻窝内探1、探2、探3、探4孔，400m钻窝内探13、探14孔，515m钻窝内探17孔，625m迎头处探5、探6、探7、探9、探12孔，北翼露头区域冲14、J17孔，井口区域2-17、K下3、O14孔，用绿色圆圈表示。

图1 放水试验钻孔布置平面图

2.放水试验分析过程

2.1奥灰水分析

本次试验放水过程中，每班对放水孔水质进行化验，未发现NO3-，探10、探11、探17孔水质对比208平7孔水质明显有区别；本次试验过程中，地面奥灰含水层观测孔O14孔水位无明显变化，综合可得2120（3）区域12煤底板含水层水无奥灰水参与。

2.2K3水分析

本次试验K3含水层观测孔有两个，分别是探17孔和K下3孔，其中探17孔12煤至14煤段经注浆封堵，为纯K3含水层水，K下3孔为混合水。

第一阶段放水探17孔水位前8小时不降反升，影响时间约为9小时30分钟，放水过程中水位不稳定，上下波动，第一阶段放水结束水位降深9.12m；K下3孔水位影响时间约为7小时10分钟，放水过程中水位逐步下降，第一阶段结束时水位降深11.2m。第二阶段放水探17孔水位在探10孔打开后，立刻降低4m，且在放水过程中逐步下降，第二阶段放水水位降深16.8m；K下3孔水位逐步下降，第二阶段放水水位降深4.1m。

水位恢复阶段，前8小时探17孔水位恢复13.7m，恢复初始时间20分钟，K下3孔水位恢复1.02m，恢复初始时间5小时5分钟，最终恢复水位探17孔比K下3孔高50米左右。

综合分析可知，2120（3）区域12煤层底板含水层水几乎不接受K3含水层越流补给，仅通过探10孔导通部分K3含水层水。2120（3）区域K3含水层水位较井口区域高50米。

2.312煤底板水分析

本次试验12煤底板含水层观测孔有14个，分别是探1、探2、探3、探4、探5、探6、探7、探9、探12、探13、探14、2-17、大巷探4和地面J17。

该区域12煤层底板砂岩含水层水力联系密切，径流条件好，探11、探10孔放水时，周边钻孔水位均反映灵敏，下降速度快；关水后，水位恢复快，同时通过总放水量10835m3计算平均放水量为1.06m3/min，最终稳定时探11孔和探10孔总涌水量为1.09m3/min，分析可知，该区域12煤层底板含水层横向补给量稳定约为0.94m3/min，探10孔受底部K3含水层补给量约为0.12m3/min。水位恢复阶段，北翼大巷探4孔恢复比井口区域2-17孔快。

通过最终水位恢复值，可看到水力梯度由高到低顺序依次为北翼大巷探4、探10、探12、探14、探6、探11、探9、探13、2-17、探1。

结论：2120（3）面区域12煤底板至14煤顶板含水层观测孔水位降深93.3m-120.9m，水位呈平盘状下降，降深明显，反映了该地段水力联系良好、补给水量较小的特点。放过过程中放水量由1.35m3/min衰减为1.09m3/min，水量衰减了19.2%，静储量的消耗。说明了2120（3）工作面区域内无奥灰水参与，不存在垂向补给通道，奥灰强含水层对工作面回采施工无水害威胁。

参考文献：

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