侏罗系含水层突水分析研究及应用_张磊.pdf

1642023 年第 5 期侏罗系含水层突水分析研究及应用 张 磊 王绪奎 刘 浩（济宁矿业集团有限公司安居煤矿，山东 济宁 272059）摘 要 为研究侏罗系含水层对开采 3上煤层的影响，提高侏罗系水害防治的水平，通过对侏罗系含水层突水导水通道的分析，突水量、水位、水质等参数变化的分析，充分说明水质化验和水位监测是矿井突水水源判断的重要依据，应严格落实好矿井水水质化验规定，做好含水层水文动态监测。同时，断层作为主要导水通道，必须严格按照规定留设断层防隔水煤（岩）柱。关键词 侏罗系含水层；导水通道；突水量；水源；水质离子中图分类号 TD745 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.053Analysis and Application of Water Inrush from Jurassic AquiferZhang Lei Wang Xukui Liu Hao(Anju Coal Mine of Jining Mining Industry Group Co.,Ltd.,Shandong Jining 272059)Abstract:In order to study the influence of the Jurassic aquifer on the mining of the 3upper coal seam and improve the level of water hazard prevention and control in the Jurassic system,through the analysis of the water inrush and water diversion channel of the Jurassic aquifer,as well as the changes in parameters such as water inrush volume,water level,water quality and so on,it is fully demonstrated that water quality testing and water level monitoring are important basis for determining the water source of mine water inrush.It is necessary to strictly implement the regulations on water quality testing of mine water and conduct hydrological dynamic monitoring of the aquifer.At the same time,fault as the main water diversion channel,fault waterproof coal(rock)pillars must be strictly set up in accordance with regulations.Key words:Jurassic aquifer;water diversion channel;water inrush volume;water source;water quality ions收稿日期 2022-09-21作者简介 张磊（1983），男，山东济宁人，2009 年毕业于山东科技大学泰山科技学院采矿工程专业，本科，工程师，现从事地测防治水技术管理工作。张 磊等：侏罗系含水层突水分析研究及应用张 磊等：侏罗系含水层突水分析研究及应用1 侏罗系含水层安居井田位于济宁煤田的中西部，为全隐蔽的华北型石炭二叠系含煤井田，地层由老到新依次发育有：奥陶系、石炭二叠系、侏罗系和第四系。侏罗系厚度大，厚度 441.201 113.65 m，平均709.95 m。岩性主要由粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、辉长岩及泥岩组成。根据井田内检 1 号、检 2 号、J3-1 及 J3-2 钻孔抽水资料，侏罗系砂岩含水层单位涌水量 0.000 7370.021 00 L/s.m，水位标高-92.343+3.65 m，水质类型以 SO42-K+Na+为主，富水性弱。侏罗系砂岩含水层属裂隙承压含水层，主要接受第四系下组的垂直渗透补给。侏罗系砂岩含水层为 3上煤层间接充水含水层，正常层位区域对3上煤层回采无影响。2 工作面概况1305 工作面位于一采区南翼，西北部-西部-西南部为济宁断层和济宁支一断层，东北部通过准备巷道与东部集中大巷相连，东部为 1303 采空区和古河床冲刷带，如图 1 所示。开采煤层为 3上煤，位于石炭-二叠系山西组上部，煤层整体赋存形态为倾向南西的宽缓向斜构造。根据 X10 钻孔资料，工作面区域侏罗系厚度约 511.7 m，下距 3上煤层约217.0 m，煤层倾角38，平均6，煤厚1.82.9 m，可采系数 100%，变异系数 27%，属稳定煤层。煤层顶板主要为中砂岩、粉砂岩，底板为泥岩、细砂岩。工作面于2014年4月开始回采，8月回采结束。根据三维地震勘探结果及实际揭露情况，工作面及附近主要为断层构造，无岩浆侵入、岩溶陷落1652023 年第 5 期张 磊等：侏罗系含水层突水分析研究及应用张 磊等：侏罗系含水层突水分析研究及应用柱等特殊地质现象。工作面西部发育济宁断层和济宁支一断层，落差分别为 30210 m 和 2590 m。主要水害类型为断层水、顶底板砂岩水。图 1 1305 工作面布置平面图3 突水过程及原因分析3.1 突水过程2013 年 1305 工作面切眼掘进时揭露济宁支一断层（落差 2590 m），为济宁断层（落差 30210 m）附生断层，揭露时未出水，同时开拓期间，东部集中回风、轨道、胶带大巷掘进期间揭露断层时未出水，综合分析断层不含（导）水，因此工作面回采前未对断层进行钻探探查，未重新计算留设断层防隔水煤柱。2014 年 4 月 29 日，1305 工作面回采至 50 m 位置时，采空区侧开始出现涌水，初始观测水量约 10 m3/h，水温 38，1 d 后观测水量增至约110 m3/h，2 d后观测水量减小至70 m3/h并稳定。通过水质化验分析，出水为侏罗系含水层水。3.2 原因分析1305 工作面切眼位置揭露济宁支一断层（落差2590 m），断层上盘为石盒子组紫红色泥岩，断层带明显（宽度约 0.4 m），断层呈接触式胶结状态。经分析突水原因主要两方面：一是揭露区域断层不含导水，但受回采影响大，导致断层活化形成导水通道，且通道波及到侏罗系含水层位；二是揭露断层后未对断层进行钻探探查，未按照侏罗系含水层水压计算突水系数，未重新计算留设断层防隔水煤（岩）柱，导致侏罗系水由断层及顶板导水裂隙进入采空区。突水点位置剖面示意图如图 2。图 2 突水点位置剖面示意图4 相关参数变化4.1 涌水量变化情况2014 年最大突水量 110 m3/h，两天后稳定在 70 m3/h，至 2015 年度水量基本无变化。2016 年开始水量开始衰减，但衰减速度较慢，至 2022 年 8 月，水量衰减至约 60 m3/h。经过 8 年的时间疏放，水量衰减约 10 m3/h，平均每年衰减 1.25 m3/h。图 3 近 8 年单位涌水量变化情况4.2 水位变化情况2019 年 5 月8 月，在工业广场南部约 1900 m位置地面施工 1 个侏罗系水文长观孔，对应井下位置 1305 突水点南部约 1000 m，济宁断层和济宁支一断层之间位置。地面侏罗系水文孔水位从 2019年的+1.21 m 下降至 2022 年的-16.97 m，5 年累计下降 18.18 m，平均每年下降 3.636 m。4.3 水质变化情况侏罗系含水层水质类型为 SO42-K+Na+，近 9年阴阳离子占比变化：SO42-离子 81.12%83.04%，平 均 82.24%；K+Na+离 子 82.73%85.82%，平 均83.92%。阴离子和阳离子含量变化不大。含量偏离平均值情况图如图 4、图 5。1662023 年第 5 期3）根据钻孔资料，能准确界定实际采空区边界，掌握采空区的富水情况，更好指导煤矿安全高效开采。【参考文献】1 蒋邦远.实用近区磁源瞬变电磁法勘探M.北京：地质出版社，1998.2 于景邨.矿井瞬变电磁法勘探 M.北京：中国矿业大学出版社，2007.3 于师建.三软煤层上覆含水层富水性瞬变电磁法探测技术 J煤炭科学技术，2015，43（01）：104-107.4 廉玉广，李文，李宏杰，等.临汾矿区采空区类型划分及综合勘查应用研究 J煤炭工程，2018，50（06）：120-122+127.5 范亮，钱荣毅.瞬变电磁法在煤矿采空区的应用（上接第 163 页）图 4 SO42-含量偏离平均值情况图图 5 K+Na+含量偏离平均值情况图4.4 参数变化分析1）导水通道分析根据历年水量和水位数据变化分析，导水通道变化不大，可根据单孔出水量估算公式，反算侏罗系含水层形成的通道大小。根据公式2qCWgh=（q 为单孔出水量，m3/s；C 为流量系数，0.60.62；W 为通道断面积，m2；g为重力加速度，9.81 m/s2；h 为水头高度，m），反算“漏斗”面积：()22 60 1 3600 0 62 9 81938 55 99 0 000 2 mWq/C/gh././.=根据公式：r2=W，得 2r=16.0 mm。即：突水通道相当于直径 16 mm 的管或孔，且通道是无数个微裂隙形成。参考 2020 年数据：涌水量 60.1 m3/h；水位标高-5.99 m；出水点标高-938.5 m。2）水量、水位关系分析虽然水量每年变化不大，但呈衰减趋势，同时侏罗系含水层水位逐年下降，两者数据变化符合理论，存在正比例关系。3）水源分析根据水量变化和水质重点离子参数变化分析，突水水源为侏罗系含水层水，没有其他水源补给。5 结论1）根据历年水量和水位数据变化分析，侏罗系含水层发生突水形成的导水通道大小基本无变化，因此分析通道稳定，范围清楚，对后期注浆堵水具有重要的指导意义。2）矿井采掘活动应严格按照规定留设断层防隔水煤（岩）柱，严禁在断层防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动。1305 工作面突水就是因为未留设足够的断层防隔水煤（岩）柱，造成断层活化导通侏罗系含水层形成突水。3）水质化验和含水层水位监测是矿井突水水源判断的重要依据，生产过程中应严格落实好矿井水水质化验相关规定，同时对主要含水层进行水文动态监测，并保证系统稳定正常。研究 J.工程地球物理学报，2011，8（01）：29-33.6 于景邨，刘振庆，廖俊杰，等.全空间瞬变电磁法在煤矿防治水中的应用 J.煤炭科学技术，2011，29（09）：110-1137 韦乖强，孙林，张广琦，等.基于 Voxler 和 Surfer软件在瞬变电磁法三维切片图绘制中的应用与研究 J.煤矿开采，2015，20（04）：32-358 孟强华，窦文武.瞬变电磁探测在煤矿采空区积水边界探测中的应用 J.煤炭技术，2018，37（02）：123-125.9 刘树新，周广.瞬变电磁法在煤矿导水构造探测中的应用 J.煤炭技术，2019，38（02）：58-60.10 韦乖强，赵慧.复杂地形条件下小线框瞬变电磁法探测断层的有效性分析 J.煤炭技术，2020，39（11）：121-123.