桃园煤矿Ⅱ4采区放水试验及水文地质条件分析

桂 祥，吴基文

(安徽理工大学地球与环境学院， 安徽淮南232001)

桃园煤矿Ⅱ4采区放水试验及水文地质条件分析

桂 祥，吴基文

(安徽理工大学地球与环境学院， 安徽淮南232001)

为了查明桃园煤矿II4采区各含水层的富水性及其间的水力联系，对井下太灰含水层进行了放水试验；通过大量地面观测孔以及井下监测孔获得水量、水位的变化情况，并对其结果进行分析，得出太灰接受补给不强、太灰含水层与奥灰水之间存在一定的水力联系等结论，为采区开采安全性评价提供依据。

桃园煤矿； 放水试验； 太灰； 奥灰； 水力联系

1 引言

在煤矿的生产过程中，矿井水害对矿井安全生产的影响越来越突出。矿井水害已成为煤矿生产中的一个重要问题，因此对矿井水的灾害进行治理具有重要的意义[1-2]。在承压水上进行开采活动时，经常面临底板突水的威胁[3]。放水试验是根据地下水井流理论，通过监测在井下放水之后的水量及水位的变化情况来获取必要的水文地质参数，进而对水文地质条件进行评价，为预计矿井涌水量、疏水降压和开采安全性评价等方面提供依据[4]。

2 放水试验目的及任务

桃园煤矿位于安徽宿州市埇桥区北杨寨乡桃园镇、祁县镇境内。其北边以F1断层为界，南部与祁南煤矿毗邻，西界为10煤露头线，东界至32煤层-800 m水平投影线[5]。II4采区位于桃园煤矿补3线北100 m至F2断层，浅部以-520 m为界，深部至-800 m水平。采区走向长约2 200 m，倾斜宽约900-1 500 m，面积约2.5 km2。

桃园煤矿水文地质条件复杂，1035工作面南端(原切眼处)曾发生底板隐伏陷落柱奥灰突水事故，突水量达29 000 m3/h，造成全矿井被淹和1人死亡的重大损失[6]。Ⅱ4采区与Ⅱ2采区相邻，且Ⅱ2采区太灰水文地质条件较为异常，鉴于矿井水文地质条件的复杂性，开展Ⅱ4放水试验工作，查明各含水层的富水性及其间的水力联系有重要的现实意义。

本次放水试验主要以太灰含水层(1～4灰)为目的层，观测奥灰、太灰含水层水压变化，查明太灰含水层的富水性，为该采区煤层开采的防治水工作提供水文地质资料，为煤矿安全高效开采提供水文地质保障。

3 放水试验过程及成果分析

3.1 放水试验过程

考虑本次放水试验的目的以及现场条件，本次放水试验井下放水孔(FS1)位置定在北八皮带大巷，并施工井下监测孔4个(G1、G3、G4、G5)，见图1，地面观测主要利用已有长观孔，其中四含观测孔1个(2013观-1)，太灰观测孔4个(95观-1、98观-3、2014观-1、2011观-2)，奥灰观测孔4个(98观-1、2001观-1、2011观-1、2014观-2)。

根据现场条件，本次放水试验采用一次定流量非稳定流方式进行，于2015年12月7日至2015年12月13日进行了井下放水试验工作。总历时138 h，累计放水量约27 600 m3。于12 月7日开始地下水原始观测工作，随后在12月7日16：00开始放水工作。打开FS1孔，钻孔放水量平均为200 m3/h，至2015年12月13日10：00停止放水，之后进行水位恢复观测。

图1 放水试验工程布置图

3.2 放水试验成果

放水过程中主要观测孔水位变化情况见表1。

表1 主要水文观测孔水位动态变化情况

依据表1，分析各观测孔的水位变化情况，可以初步得出以下认识：

井下观测孔的降深基本上一致，基本在20m左右，而4个井下观测孔距离放水孔的远近并不相同，G5孔距放水孔最远，但降深最大，说明G5孔位置可能存在一条渗透性较好的径流通道。

在放水的过程中，地面的长观孔中反应比较明显的有98观3、2014观1和95观1，其中以98观3最明显，且其距离放水区域最近。

从2001观1、2011观1、98观1、2014观2四个奥灰观测孔来看，放水期间各孔水位下降幅度较小，在0.04-0.16 m之间，说明Ⅱ4采区太灰与奥灰之间水力联系程度较弱，补给不明显。

从位于北八采区的太灰观测孔11观2孔水位变化图中可以看出，其水位变化形态与奥灰基本一致，且水位相近，进一步说明北八采区太灰水与奥灰水“同源”，即均为奥灰水，说明太灰与奥灰存在微弱的水力联系关系。

4 Ⅱ4采区水文地质条件分析

4.1 太灰含水层水文地质特征

4.1.1 补给条件

矿区南部长期开采10煤层，故太灰水的疏放成为常态，致使太灰地下水长期由浅部流向深部。太灰水在该矿不存在天然条件下的泄水点，故目前的泄水点大部分为人工泄水点。

钻孔揭露资料显示，II4采区太灰富水性较好。放水试验结果显示，水位降不大，但稳定较慢，表明该区补给较差，放水期间奥灰水位呈波动下降，单降幅较小，说明接受奥灰水的补给较弱，该区太灰与奥灰联系程度较弱。

桃园煤矿的东、南部边界是人为划分的，而太灰含水层并不受人为边界限制，向远处延伸。而桃园煤矿与祁南煤矿、祁东煤矿均存在着水力联系，通过放水试验表明采区太灰主要与本矿太灰存在远程补给关系。

4.1.2 补给强度分析

补给强度指的是单位时间内流入含水层水量的大小。这个数据较难获得，但其相对大小可由放水试验过程中水位稳定情况和关闸以后的水位恢复情况反应出来。

从图2中可以看出，放水孔关闭后水位恢复较慢，在7天后才恢复，说明太灰补给较差；图3是Ⅱ2采区太灰放水试验水位恢复阶段井下观测孔水位变化曲线，Ⅱ2采区太灰受奥灰补给，可以看出Ⅱ2采区太灰水位在14小时内就恢复到了初始水位，通过对比可以看出存在奥灰补给条件下水位恢复曲线与本层太灰自身补给条件下水位变化明显不同，存在强补给源的时候，水位恢复曲线初期较陡，后期逐渐平缓，而不存在强补给的时候，恢复水位曲线整体较缓，这也反映出本次太灰放水过程中，受奥灰的补给较弱。

图2 Ⅱ4采区太灰含水层放水试验井下观测孔水位恢复历时曲线

图3 Ⅱ2采区放水试验关孔后24小时内G2孔水位恢复曲线

4.2 太灰富水性评价

从放水试验放水孔和观测孔施工结果来看，太灰含水层具有一定的富水性，属中等。从表2可以看出，放水试验井下成孔施工过程中，施工5个孔，全部出水，除G4孔出水量较小外，其他孔出水量较大在30-200 m3/h。表明该区域太灰含水层富水性中等偏强。

表2 1035工作面井下放水孔、观测孔成孔情况表

5 结论

通过本次放水试验，基本查明了Ⅱ4采区太灰含水层的水文地质条件。对放水试验的成果分析，得出以下结论：井下观测孔水位稳定较慢，关孔后恢复到初始水位所需时间较长，说明太灰接受补给不强；矿井奥灰水位下降幅度不大，但对比其长期水位变化规律可以看出，在放水试验期间，奥灰水位呈波动下降趋势，且能与放水过程较好吻合，同时祁南矿奥灰水位也有同样规律，说明本区太灰含水层与奥灰水之间存在一定的水力联系，但接受奥灰水的补给强度较弱。

[1] 虎维岳. 矿山水害防治理论与方法[M].北京：煤炭工业出版社，2005：1-6.

[2] 中国煤炭工业劳动保护科学技术学会. 矿井水害防治技术[M].北京：煤炭工业出版社，2007：90．

[3] 王兆会，杨胜利，孔德中,等.承压水上采煤底板破坏深度研究[J].煤矿安全，2014，45(1)：17-20.

[4] 翟晓荣, 吴基文, 韩东亚.补给边界群孔放水试验的含水层参数计算[J].中国矿业大学学报, 2014, 43(5):837-840.

[5] 付文会，李云峰.桃园煤矿II6采区充水因素分析[J].中国科技信息，2013(9):.

[6] 吴基文，翟晓荣， 沈书豪，等.淮北桃园煤矿北八采区太原组灰岩含水层放水试验水质监测成果分析[J].科学技术与工程，2015，15(19)：74-79.

2016-10-27

国家自然科学基金(项目编号：41272278)；高等学校博士学科点专项科研基金(项目编号：20123415110002)

桂祥(1991- )，男，安徽安庆人，研究生，研究方向煤矿工程地质,电话：15675540153。

[文献标识码] [文章编号]1671-4733(2016)06-0001-03

10.3969/j.issn.1671-4733.2016.06.001