骆驼山煤矿奥灰放水试验及水文地质条件分析

李凯（中煤科工集团西安研究院有限公司 水文所，西安 710054）

骆驼山煤矿奥灰放水试验及水文地质条件分析

李凯
（中煤科工集团西安研究院有限公司 水文所，西安 710054）

骆驼山煤矿为查明奥灰水文地质条件施工了大量地面勘探孔，并在FS53、F64断层附近施工了4个井下探水孔，揭露了较大的奥灰含水层涌水。利用地面勘探孔和井下探水孔实施奥灰放水试验，取得了丰富、可靠的奥灰水位动态变化数据，并对放水试验成果进行了分析，得出了井田内奥灰含水层富水性不均一、补给充沛、地下水由东向西径流的结论。

骆驼山煤矿；奥灰；放水试验；水文地质条件

1　水文地质概况

骆驼山煤矿矿井目前处于基建阶段，设计开采山西组9煤和太原组16煤，开采水平为+920 m 和+870 m水平，区域奥灰水位标高为+1 070 m，属于带压开采矿井。矿井早期针对奥灰含水层所做的水文地质工作较少，一般认为奥灰含水层富水性普遍弱，矿井16煤中央大巷部分甚至设计在奥灰含水层顶部。在井田北部16煤轨道大巷开拓过程中，奥灰段巷道曾多次发生奥灰突水[1]，尤其在巷道穿过FS53、F64断层后，发生了断层滞后突水，最大突水水量为289 m3/h，造成了矿井重大损失。

FS53、F64断层突水段注浆加固治理完毕后，骆驼山煤矿在井田范围内针对奥灰含水层进行了大规模水文地质补充勘探[2]，并在FS53、F64断层附近施工了X1、X2、X3、X44个探放水钻孔（见图1），揭露奥灰涌水量分别为28 m3/h，32 m3/h，246.5 m3/h、252 m3/h。骆驼山煤矿随后利用奥灰探放水钻孔及部分地面奥灰长观孔进行了群孔放水试验[3-4]，以评价井田奥灰含水层的水文地质条件。

图1　探放水孔钻孔施工示意图

2　放水试验概况

骆驼山煤矿奥灰放水试验历时21 d，总放水量约为42 480 m3/h，共有9个钻孔参与了放水试验，其中井下孔4个（X1、X2、X3、X4），地面孔5个（O2观1、B1-3、B2-2、B3-2、BC6），钻孔位置分布见图2。井下孔水量、水压采用脉冲流量仪和水压计人工观测，地面孔水位采用遥测仪自动观测，放水孔孔口安装两级阀门控制放水量，涌水通过排水管路直接排入井底水仓。

图2　放水试验钻孔布置示意图

放水试验分为三个大阶段：奥灰水位原始动态观测阶段、试放水阶段、正式放水阶段，其中正式放水阶段又分为三个放水阶段和一个水位恢复阶段，如表1所示。水位原始动态观测阶段主要是观测奥灰含水层水位动态变化规律，评价含水层水位变化对放水试验成果分析的影响程度[5]；试放水阶段对井下四个探放水孔分别进行单孔最大流量放水，了解了井下放水钻孔的最大可放水量，解决了排水、观测及人员配置方面存在的部分问题；正式放水阶段的主放水孔为X3、X4孔，划分为三个放水阶段和一个水位恢复阶段，放水阶段通过孔口阀门控制依次增大放水量，以形成三个不同的水位降深落差[6-7]，三个放水阶段的放水量分别为130 m3/h、180 m3/h和245 m3/h。

表1　放水试验各阶段一览表

3　放水试验成果

3.1放水量变化

试放水阶段X4孔单孔初始最大放水量约为250 m3/h，随后逐渐衰减，后期放水量稳定为230 m3/h左右。X3孔施工时揭露奥灰涌水量为246.5 m3/h，但试放水阶段放水量仅为25 m3/h，初始涌水为深黄色泥浆水，且正式放水第三阶段时放水量继续衰减为15 m3/h，由此判断X3孔内部可能发生塌孔，致使钻孔拥堵，涌水量减少。

放水各阶段初始时，钻孔涌水量均有衰减的现象，但衰减率小于10%，放水持续一段时间后，水量均基本保持稳定,正式放水各阶段放水量变化动态曲线见图3。

图3　正式放水各阶段放水量变化动态曲线

3.2含水层水位变化

把放水试验过程中观测孔的水位数据进行统计，绘制成曲线进行分析（见图4）。通过分析发现，O2观1、B1-3、B3-2、BC6等4个钻孔在放水期间的水位动态变化与井下放水量的变化并不同步，水位降升未受放水影响。B2-2、X1、X2等3个钻孔的水位变化与井下放水量变化基本保持一致，水位随放水量的增大而下降，形成三个水位降深过程。由于各孔距放水中心的距离不同，水位变化的时间也相应不同，水位下降幅度也存在较大差异，其中B2-2孔水位最大降深为16.82 m，X1孔水位最大降深为29.58 m，X2孔水位最大降深为7.14 m。放水孔关闭后，B2-2、X1、X2孔水位也随之回升。

图4　正式放水阶段观测孔水位动态变化曲线

B2-2孔与BC6孔距离放水中线平面距离分别为929.97 m和1 091.57 m，但B2-2孔水位变化受放水影响明显，BC6孔水位变化基本不受放水影响，由此推断放水中心附近的奥灰含水层径流条件受FS53、F64断层控制，断层走向方向奥灰含水层径流条件较好（放水中心至B2-2孔方向），垂直断层走向方向奥灰含水层径流条件较差（放水中心至BC6孔方向）。

3.3试验成果分析总结

1）井田内奥灰含水层富水性极不均一，局部存在强富水区。

2）井田内奥灰含水层具有较好的连通性，且补给充沛。

3）井田内奥灰含水层的径流方向受井田内东西向断层控制，含水层水主要由东（地层浅部）向西（地层深部）径流。

4　结束语

通过对奥灰放水试验的成果分析，很好的解释了奥灰含水层的水文地质条件特征，其分析结论与地面钻探补充勘探所得的结论基本一致，能够较为充分、合理的评价奥灰含水层水文地质条件，为矿井下一步进行带压开采安全评价提供了基础资料和评价依据。另外骆驼山煤矿地处西北贫水区域，通过放水试验证明了井田内奥灰含水层具有较为丰富、稳定的水源，也为矿井下一步综合利用地下水资源提供了有利依据。

[1]刘生优.骆驼山煤矿16煤大巷奥灰突水封堵工程设计[J].煤炭工程，2011（10）：37-39.

[2]杨志斌.骆驼山煤矿岩溶裂隙水抽水试验[J].煤矿安全，2012，43（11）：41-44.

[3]许光泉，桂和荣，张连福,等.矿井大型放水试验及其意义[J].地下水，2002，24（4）：200-202.

[4]芮平.煤矿复合含水层疏放水试验[J].煤矿开采，1996，23（4）：10-14.

[5]齐跃明，江玉祥，孟茜，等.肥城矿区充水含水层地下水动态研究[J].水资源保护，2008，24（1）：12-15.

[6]李忠建，魏久传，徐建国，等.南屯煤矿群孔奥陶系石灰岩放水试验及数值模拟分析[J].水文地质工程地质，2010，37（2）：16-20.

[7]徐连利，牛志刚，高建中.大口径群孔抽水试验成果在评价赵固一井水文地质条件中的应用[J].中国煤田地质，2005，17（6）：17-20.

（编辑：樊敏）

Dewatering Test of Ordovician Limestone and Analysis of Hydro-geological Condition in Luotuoshan Mine

LI Kai
（Hydrologic Center of Xi'an Research Institute,China Coal Technology and Engineering Group,Xi'an 710054,China）

In Luotuoshan Mine,to investigate the hydro-geological condition of Ordovician limestone, a large quantity of exploration boreholes were constructed.In addition,in the vicinity of faults of FS53 and F64,four underground water detection boreholes were drilled to disclose water burst of the larger aquifer in the Ordovician limestone.Based on dewatering test for the Ordovician limestone with ground boreholes and underground water detection ones,rich and reliable dynamic data on the water level of Ordovician limestone were achieved.The results show that the aquifer of Ordovician limestone is characteristic of heterogeneous water abundance,rich water supply,and underground water runoff from east to west.

Luotuoshan Coal;Ordovician limestone;dewatering test;hydro-geological condition

TD741

A

1672-5050（2016）02-0065-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.02.020

2015-12-09

李凯（1980-），男，陕西西安人，硕士，工程师，从事水文地质、工程地质以及矿山水害防治等方面的研究工作。