焦坪矿区冶坪矿井井筒区水文地质特征及井筒涌水量预算.pdf

207 实 践 区域治理 PRACTICE 焦坪矿区冶坪矿井井筒区水文地质特征 及井筒涌水量预算 荆社平 一九四煤田地质有限公司 摘要：在分析井检孔水文地质特征的基础上，对井筒区充水因素进行了论述，认为洛河组砂岩裂隙潜水含水层是其主要的充水水源，也是其水源的主要组成部分。采用地下水动力学公式法对其涌水量进行预算，其结果可作为各含水层疏干状态下的正常和最大值使用。关键词：水文地质条件；充水因素；水量预算；井检孔 中图分类号：S156.1 文献标识码：A 文章编号：2096-4595(2023)28-0207-03 作者简介：荆社平，生于 1973 年，男，汉族，陕西西安人，本科，助理工程师，研究方向为水工环地质。概况 冶坪矿井拟新建井筒三个（主、副、回风斜井）开采冶平煤矿地下的煤炭资源。并在其附近设计施工检查孔（J1、J2、J3、J4、J5、J6）6 个（见图 1），以查明其区域水文地质及工程地质特征，为其设计和施工提供重要依据。一、井筒区地层 根据地表出露及地层揭露，地层由新至老依次有：第四系上更新统马兰组（Q3m）；白垩系下统华池组（K1h）、洛河组（K1l）、宜君组（K1y）；侏罗系中统直罗组（J2z）、延安组（J2y）；三叠系上统瓦 窑 堡 组(T3w)1。二、井筒区水文地质特征 1.第 四系上更新统黄土孔隙裂隙潜水含水层（Q 3m）零星分布于山脊缓坡处，呈不连续状，岩性由灰黄色、棕黄色砂土、砂质粘土组成，中下部含钙质结核层，夹数层棕红色砂质粘土、粘土层与古土壤层。该层透水性差，泉水出露较少，该层富水性弱。2.白垩系下统华池组砂岩裂隙潜水含水层（K1h）地 层 揭 露 厚 度10.10 121.00 m，平均 61.18 m。岩性以紫红色粉砂岩为主，局部夹细粒砂岩、中粒砂岩薄层。据本次 J2 及 J3 号孔抽水资料，水位埋深 4.9224.65 m，标高为 1346.021347.72 m。单位涌水量为 0.0004300.000771 L/s.m，渗透系数为 0.0011910.002752 m/d（文献 2）。该层富水性弱。3.白垩系下统洛河砂岩裂隙潜水含水层（K1l）本 次 地 层 揭 露 厚 度252.00 276.42 m，平 均264.21 m。本次对洛河组上下段分别进行了抽水试验。据 J2、J3 号孔凤凰山砾岩段抽水试验图 1 检查孔位置图 208 实 践 区域治理 PRACTICE 资料，水位埋深 55.8066.64 m，标高 1296.841304.03 m，单 位 涌 水 量 为0.000537 0.0009081 L/s.m，渗透系数为0.0028280.006046 m/d2。该段富水性极弱，可视为上下地层的相对隔水层。J4、J5 号孔均进行了洛河组全段抽水试验，静止水位埋深为204.85 207.77 m，标 高 为1201.821202.11 m。单位涌水量为 0.12250.160961 L/s.m，渗透系数为 0.1105980.2230 m/d。该段富水性中等。4.白垩系下统宜君组砾岩隔水层（K1y）该层全区分布，J6 孔揭露厚度 15.00 m。岩性为紫灰色、棕红色砾岩，基底式泥钙质胶结，致密、坚硬。据 J6 孔抽水资料：水位埋深240.54 m，标高为1203.17 m，单 位 涌 水 量 为 0.000816 L/s.m，渗透系数为 0.003676 m/d（文献 2）。该层富水性极弱，可视为上下地层的相对隔水层。5.侏罗系中统直罗延安组裂隙承压水含水层（J2z+J2y）直罗组全区分布，煤矿区内无出露，J6 号孔揭露厚度 41.50 m。延安组为本区含煤地层，本地层主要含水段为煤层顶板以上细粒砂岩，粒度粗、细相间。本次对 J6 号孔对直罗延安组进行了混合抽水试验，资料显示：单位涌水量 0.000135 L/sm，渗透系数 0.00012 m/d，该层富水性弱（文献 2）。6.三叠系上统瓦窑堡组砂岩裂隙含水层（T3w）该层为 J6 号孔施工的终孔层位，揭露不全，J6 号孔揭露厚度 5.94 m。岩性为浅灰色、灰绿色泥岩砂质泥岩，随着埋深增大，裂隙逐渐减弱，富水性也随之减弱。该层富水性弱。三、井筒涌水量预算 主井、副井、风井采用斜井开拓，所揭露地下水将直接进入矿井，为其直接充水水源。在开拓过程中，依次揭露华池组、洛河组下段、直罗延安组三个主要含水层段，因此涌水量亦分三段分别计算（文献 2）。（一）井筒涌水量预算 1.华池组含水层 其边界条件概化为均质各向同性的无限含水层，底板平坦。采用潜水双侧进水计算公式：Q=BKRSSH)2(公式 1 式 中：Q 巷 道 涌 水 量（m3/d）；B水平巷道长度（m）；K渗透系数（m/d）；H水柱高度（m）；S水位降低（m）；R 影 响 半 径（m,R潜=HKS2）；主斜井以 22倾角穿越华池组地层。按 22角计算，主井穿过华池组地层 剖面斜 长为135.12 m，长度 B 为 125.28 m。副斜井以 20倾角穿越华池组地层，按 20角计算，副井通过华池组剖面斜长为 145.25 m，长度 B 为 136.49 m。回风斜井以 25倾角穿越华池组地层，按 25计算，其通过 华 池 组 地 层 剖 面 斜 长 为100.74 m，长度 B 为 93.11 m。现利用 J2、及 J3 号孔华池组抽水资料计算。渗透系数 K 取两个孔平均值：0.002790 m/d；疏干状态下水柱高度 HS38.49 m；影响半径由公式 R潜=HKS2确定，值为21.21 m。斜井穿越华池组地层疏干状态下正常涌水量预测结果：主、副、回风斜井分别为：0.70m3/h；0.77m3/h；0.52m3/h。2.洛河组下段含水层（1）正常涌水量 其边界条件概化为均质各向同性的无限含水层，底板平坦，且各井筒单独施工，相互之间无干扰，采用潜水双侧进水计算公式：Q=BKRSSH)2(公式 1 式 中：Q 巷 道 涌 水 量（m3/d）；B水平巷道长度（m）；K渗透系数（m/d）；H水柱高度（m）；S水位降低（m）；R 影 响 半 径（m,R潜=HKS2）；主斜井以 22倾角穿越洛河组下段地层。按 22角计算，主井通过洛河组下段静止水位以下剖面斜长为 357.05 m，长度 B为 331.01 m。副斜井以 20倾角穿越洛河组下段岩层。按 20角计算，其通过洛河组下段静止水位以下剖面斜长为 395.82 m，长度 B 为371.95 m。回风斜井以 25倾角穿越河组下段地层。按 25角计算，其通过河组下段地层静止水位以下剖面斜长为 313.62 m，长度 B为 284.24 m。现利用 J4、及 J5 号孔洛河组抽水资料预测。参透系数 K 选取两个孔平均值 0.166655 m/d；疏干状态下水柱高度选取完整井水柱高度 HS135.70 m；影响宽度由公式 R潜=HKS2确 209 实 践 区域治理 PRACTICE 定，值为 1290.65 m。穿越洛河组下段岩层疏干状态下正常涌水量预测结果：主、副、回风斜井分别为：32.79m3/h；36.85m3/h；28.16m3/h。（2）最大涌水量 井筒同时开挖，其穿越洛河段涌水量，可作为单个最大值使用。采用测井解释出水段成果，大井概化为长方形，水量预算采用大井法潜水完整井计算公式：Q=1.336K00r lglg)2(RSSH 公式 2 式中：Q涌水量（m3/d）；K渗透系数（m/d）；H疏干前水柱高度（m）；S水位降低（m）；R 影 响 半 径（m,R潜=HKS2）；r0“大井”半径；R0引用影响半径（R0=R+r0）。1）渗透系数 k 盐化测井成果：J4 号孔深度212.00-219.40 m，厚度为 7.40 m；J5 深度 207.78-214.45 m，厚度为 6.67 m。利用测井成果重新计算渗透系数，J4 号孔是承压水选用承压水公式，J5 孔是潜水水选用潜水公式。渗透系数 k 取两孔的平均值为 2.711971 m/d。2）“大井”半径 r0 概化模型为长方形，则“大井”半径 r0=(a+b)/4。宽度 a为三个斜井纵向宽度 87.00 m；长度 b 为穿越测井解释地层的长度，起点自副井穿越地层顶板开始，至风井穿越底板结束，从剖面上量取长度为 278.16 m；为校正系数，取值为 1.18。则大井半径 r0=107.72 m。3）其他参数 疏干状态下水柱高度选取两孔的平均值，HS10.61 m；影响宽度由公式 R潜=HKS2确定，值为 113.83 m。穿越洛河组下段疏干状态下最大涌水量计算结果：55.54 m3/h。（3）直罗组和延安组含水层 其边界条件概化为均质各向同性的无限含水层，底板平坦，直罗及延安组计算采用巷道承压转无压双侧进水计算公式：Q=BKRhMMH2)2(公式 3 式 中：Q 巷 道 涌 水 量（m3/d）；B巷道长度（m）；K渗透系数（m/d）；H水柱高度（m）；h 动水位至底板隔水层水柱高度（m）；M含水层厚度（m）；R 影 响 半 径（m,R潜=HKS2，R承=10KS）；主斜井以 22倾角穿越直罗延安组，按 22角计算，主井通过直罗延安组 剖面斜 长为170.80 m，长度 B 为 158.36 m。副斜井以 20倾角穿越直罗延安组地层，按 20角计算，其通过直罗延安组剖面斜长为170.27 m，长度 B 为 160.00 m。回风斜井以 25倾角穿越宜直罗延安组。按 25角计算，其通过直罗延安组地层剖面斜长为 153.77 m，长度 B 为 139.36 m。现利用 J6 号孔直罗延安组抽水资料计算主斜井排水量。正常排水量 K 值为 0.000120 m/d；厚度 M 为 68.40 m，疏干状态下水柱高度 H 为 233.32 m；疏干状态下 h 值为 0，影响半径由公式 R潜=HKS2和 R承=10KS的平均值确定，值为 51.82 m。穿越直罗延安组含水层疏干状态下正常涌水量结果。主、副、回风斜井分别为：0.41 m3/h；0.42 m3/h；0.36 m3/h（二）涌水量预算结果及评价 井筒总体排水量主要由华池组、洛河组下段、直罗延安组直接充水含水岩组构成，因此排水量为各地层预测量之和。其中洛河组下段最大涌水量为 55.54 m3/h，各正常水量如下。1.主斜井 Q主总正常=Q1+Q2+Q3=0.70+32.79+0.41=33.90 m3/h 副斜井 Q副总正常=Q1+Q2+Q3=0.77+36.85+0.42=38.04 m3/h 回风斜井 Q回风总正常=Q1+Q2+Q3=0.52+28.16+0.36=29.04 m3/h 本次预算，参数选用较为合理。应用的参数水柱高度 H 和水柱降至含水层底板高度S为实测的参数；渗透系数 k 属于单孔抽水试验求解得到的，长 B 从剖面图上量取，故为半实测的参数；影响半径 R 由经验公式求得，为经验参数。本次巷道排水量选用“大井”法及“集水廊道”法进行评价。计算公式及方法正确。可基本满足未来矿井施工的需要及预测井筒排水的依据。参考文献 1 荆社平.陕西美鑫矿业投资有限公司焦坪矿区冶坪矿井井筒检查工程地质勘查报告R.铜川：煤田地质局一九四队,2014.2 吴小勇,胡学民.陕西省铜川市耀州区冶坪井田煤炭资源勘探地质报告R.铜川：煤田地质局一九四队,2013.