奥灰含水层水文地质条件研究范文

摘要：东庞矿-300m以深的9号煤奥灰突水系数大于临界值0.1MPa/m，煤层开采受奥灰水严重威胁。针对这一问题，对井田内奥灰含水层的地质、水文地质资料进行收集整理，综合分析和研究，总结奥灰含水层的水文地质特征规律。研究结果表明，东庞井田内奥灰含水层具有一定程度的岩溶裂隙发育，岩溶发育的层段主要集中在峰峰组七段和八段；含水层主要涌水层位在峰峰组八段，但富水性极不均一，具有明显的分区性；SO42-、Ca2+、Mg2+可作为奥灰水的判别指示离子；奥灰含水层区域注浆改造的层段可以选为含水层顶界面以下0~40m。

关键词：水害防治；奥灰含水层；水文地质条件

0引言

东庞井田位于河北省内丘县大孟村镇吴村附近，属于石炭-二叠系沉积煤层[1]，煤田主要可采煤层为二叠系山西组2号煤和石炭系太原组9号煤。东庞矿9号煤开采受奥灰水严重威胁，9208工作面开采过程中曾发生底板奥灰突水事故，最大突水水量为1500m3/h，造成工作面被淹。东庞矿-300m以浅奥灰突水系数小于0.1MPa/m的9号煤资源所剩不多，-300m水平以深的9号煤储量可观。为了安全开采深部9号煤资源，东庞矿经过论证及研究，以“超前主动、区域治理、全面改造、带压开采”为理念，预采用钻探和注浆技术[2-3]，在地面开展奥灰含水层区域注浆改造工作，为9号煤采区巷道开拓和工作面回采创造安全条件。在进行奥灰含水层区域改造工作之前，开展奥灰含水层水文地质条件的分析和研究对指导奥灰含水层区域注浆改造具有重大意义。

1奥灰含水层的补、径、排条件

东庞矿处于邯邢水文地质单元中百泉水文地质单元的西北边界地段。百泉水文地质单元为一基本独立且封闭的单元，东北部边界为邢台大断层，西部边界为寒武系中统毛庄组相对隔水层，南部边界为北洺河地下分水岭。东庞矿井田为三面封闭、一面开口的半封闭型水文地质单元，井田东北、东南、西北部边界均为隔水断层，西南部奥灰含水层与区外水力联系密切，为井田内奥灰含水层的主要补给区。大气降水在奥灰裸露区沿灰岩露头直接下渗，形成面状补给；白马河、七里河、沙河、马会河、北名河等地表河流在奥灰覆盖区对奥灰含水层进行渗漏，形成线状集中补给。井田内奥灰含水层水径流受地形、地质构造控制，自西、西北向南径流，在百泉水文地质单元中部的达活泉、百泉排泄出地表形成泉群。井田内奥灰含水层水位标高为+34—+40m。

2奥灰含水层的结构及岩性特征

井田内奥陶系灰岩总厚约560m，分为三组八段[4]，根据钻孔取芯、简易水文观测和抽水资料分析，奥灰含水层上部的峰峰组七段、八段岩溶裂隙相对发育，是矿井充水的主要含水段。峰峰组八段厚度为13～28m，岩性主要为白云质角砾状石灰岩，夹縞纹状石灰岩及角砾状石灰岩，偶见燧石结核，岩溶裂隙较发育，七段厚度为70～110m，岩性以厚层、中厚层灰岩、花斑灰岩为主，上部夹少量角砾状薄层泥灰岩，含少量燧石结核，下部夹角砾状灰岩，局部夹有薄层石膏层。

3奥灰含水层的岩溶发育特征

井田内揭露奥灰含水层的钻孔中，有25个钻孔出现遇岩溶掉钻或进尺很快的现象，揭露单个溶洞高度0.20～0.70m。据钻孔奥灰岩芯统计，标高-300m以浅的奥灰含水层裂隙率为0.50%～1.0%，岩溶率为0.1%～0.2%，标高-300m以深的奥灰含水层裂隙率为0.3%～0.5%，岩溶率为0.001%～0.1%，在标高-600m以深，奥灰含水层中少见岩溶现象。垂向上，峰峰组八段顶界有风化裂隙带，厚度10～25m，风化裂隙带一般被方解石全充填，局部裂隙带未被充填区域，钻进时出现岩溶掉钻或进尺很快的情况，同时进奥灰即发生漏水。井田内奥灰岩溶裂隙发育规模受构造和埋藏条件等因素的控制，埋藏浅部和构造带附近，岩溶裂隙发育，显示出岩溶裂隙发育的不均一性。

4奥灰的水化学特征

根据井田内含水层水化学统计资料，奥灰水的水质类型与井田内其他含水层水质存在明显的差异。

5奥灰的富水性特征

据已往勘探结果来看，单位涌水量0.00427～4.532L/s•m，渗透系数0.05～304m/d。1992年至1994年底实施的井下水文地质勘探中，井下钻孔揭露奥灰含水层最小涌水量为2.5m3/h，最大涌水量为600m3/h，说明奥灰含水层的富水性极不均一。整体上，埋藏浅部和构造带附近的奥灰岩层，岩溶裂隙发育，富水性强，随埋藏深度的增加，富水性减弱。井田的富水性可分为4区，即强富水区（q=1.0～10L/s•m），中等富水区（q=0.1～1.0L/s•m），弱富水区（0.01～0.1L/s•m）和极弱富水区（q<0.01L/s•m）。

6结论

（1）奥灰含水层具有一定程度的岩溶裂隙发育，岩溶发育的层段主要集中在峰峰组七段和八段，奥灰含水层埋藏越深，岩溶发育程度越弱。（2）井田内奥灰含水层主要涌水层位为峰峰组八段，但富水性极不均一，具有明显的分区性特征。（3）奥灰含水层与井田内其他含水层的水质类型有明显的差异，其阴离子SO42-、阳离子Ca2+、Mg2+在矿井突水水源快速判别中可作为奥灰水的判别指示离子。（4）奥灰含水层区域注浆治理的目标层段可以选为含水层顶部岩溶裂隙较为发育，涌水量较大的层位，即奥灰顶界面以下0～40m的层段，通过区域注浆治理工作，将奥灰顶部改造为弱含水层或相对隔水层，降低9号煤开采的奥灰突水系数，减小奥灰突水的可能性，满足9号煤安全开采的需要。

参考文献：

[1]王梦玉.矿井防治水和水资源管理研究论文选集[M].北京：煤炭工业出版社，2011.

[2]赵庆彪.奥灰岩溶水上带压开采区域超前治理防治水技术[J].煤炭科学技术，2014，42（8）：1-4，21.

[3]赵兵文，关永强.大采深矿井高承压奥灰岩溶水综合治理技术[J].煤炭科学技术，2013，41（9）：75-78.

[4]葛亮涛.中国煤田水文地质基本特征与规律[J].中国煤田地质，1996（8）：46-52.

[5]李凯.兖州煤田中深部奥灰含水层水文地质条件研究[J].煤炭科学技术，2016，44（4）：146-148.

[6]白喜庆，白海波，沈智慧.新驿煤田奥灰顶部相对隔水性及底板突水危险性评价[J].岩石力学与工程学报，2009，28（2）：273–280.

作者：袁明 单位：冀中能源股份有限公司