內蒙紅格爾礦區開采水文地質條件分析和礦井涌水量計算的認識

孔令珍,遲 波,田忠福

(遼寧省東北煤田地質局 103勘探隊,遼寧遼陽 111000)

內蒙紅格爾礦區開采水文地質條件分析和礦井涌水量計算的認識

孔令珍,遲 波,田忠福

(遼寧省東北煤田地質局 103勘探隊,遼寧遼陽 111000)

內蒙古額合寶力格煤田紅格爾礦區煤系地層為白堊系下統巴彥花組中部含煤巖段(K1b2),主要開采煤層 1煤,150～550m水平共獲得資源量 21 981萬噸,對礦區主采煤層直接充水含水層為中部煤層、砂巖(K1b2)裂隙承壓水,頂板間接充水含水層為頂部砂泥巖段(K1b3)孔隙承壓水,底板間接充水含水層為底部砂礫巖(K1b1),用大井法計算的先期開采地段礦井涌水量為 3 135.81m3/h,利用設計部門提供的采掘工作面計算涌水量 827.03～930.06m3/h,兩種計算結果相差大,據此提出幾點建議和觀點

紅格爾礦區;主采煤層;充水因素分析;充水含水層;涌水量計算

0 前言

內蒙古自治區烏珠穆沁旗額合寶力格煤田紅格爾礦區賦存有豐富的煤炭資源。其礦區總面積 91.19 km2,其中含煤面積 24.4 km2?？碧絽^位于內蒙古自治區錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗烏里雅斯太鎮南西 80 km,錫林浩特市北東 150 km,行政區劃隸屬東烏珠穆沁旗額吉淖爾蘇木管轄。

1 井田概況

井田內出露地層由下至上依次為白堊系下統巴彥花組(K1b)第四系(Q),其中巴彥花組分為 1、底部砂礫巖段(K1b1)、2、中部含煤巖段 (K1b2)、3、上部砂泥巖段(K1b3),含煤地層為巴彥花組中段(K1b2),

可采煤層 2層,其中 1號煤層屬含煤區全區可采煤層。煤層總厚度 0.00～14.40m;煤層平均厚度 6.35m,含煤系數 2.6%;可采煤層平均厚度 7.14m,可采含煤系數 2.8%,總體含煤性一般。1煤和 2煤間距 20.50～110.60 m,平均間距 54.07m,,具有淺部間距小、深部間距大的特點。煤類均為長焰煤。150～550 m水平共獲得資源量 21 981萬噸,煤炭資源豐富。

井田位于額合寶力格復向斜(Ⅳ級)中部,北靠阿太烏拉隆起帶(Ⅳ級),南鄰賀根山復背斜(Ⅳ),區內主體構造線方向呈北東向展布,次為北北東及北西向的構造線,構造程度為簡單。

2 礦區主要含水層及其富水性

井田內對 1煤層開采充水的主要含水層是:頂板直接充水含水層為白堊系下統中部煤層、砂巖裂隙承壓含水層(段),間接含水層為白堊系頂部砂泥巖(k1b3)。底板間接充水含水層為底部砂礫巖(K1b1)。

2.1 中部煤層、砂巖(K1 b2)裂隙承壓含水層(段)

為裂隙承壓水類型。含水層巖性主要以煤層及砂巖為主,一般深埋于距地表 233.05 m～555.25m,該含水層分布于整個賦煤區,含水層的分布面積與煤層大體相當,含水層巖性主要以煤層及砂巖為主,是礦區煤層直接充水主要含水層。

礦區對該層共進行了 2次抽水試驗。其中:穩定流抽水一次,滲透系數 1.2 907m/d,單位涌水量 0.8252 L/s.m,礦化度 2.49 g/L,地下水化學類型為 HCO3·CL-K+Na型水。非穩定流抽水一次,滲透系數 1.2874m/d,單位涌水量1.1277L/s.m,礦化度 2.62g/L。地下水化學類型為 HCO3·CL-K+Na型水。該含水層(段)是勘探區未來礦井開采的直接充水含水層(段)。屬中等 ～強富水性含水層(段)。

2.2 頂部砂泥巖段(K1 b3)孔隙承壓含水層(段)

該層上覆于含煤巖段上部,由灰色、灰綠色、夾紅色和紫色的泥巖、粉砂巖、夾薄層礫巖和砂巖組成,泥巖和粉砂巖中多見煤屑,水平層理、波狀層理和交斜層理。該段廣布整個礦區,一般厚 18.6～288.25m,該段有西北薄、向東南變厚趨勢,含水層巖性主要由灰色、灰綠色砂礫巖、砂巖組成,距主采煤層 1煤 35.05～178.6 m,平均 100.99m。礦區對含水層進行了一次抽水試驗,據礦區抽水孔抽水資料,含水層厚82.95 m,地下水位埋深 15.23 m,單位涌水量 1.1 178 L/s.m,最大涌水量 28.97m3/h,滲透系數 1.2315 m/d,地下水類型為 HCO3·SO4-K+Na型水,礦化度 2.21 g/L,屬強富水性含水層(段),是礦區煤層間接充水含水層。

2.3 底部砂礫巖(K 1 b1)含水層

該含水層(段)下伏于可采煤組以下,以灰綠色、綠色和紫色為主,為一套洪積、沖積形成的礫巖、砂巖、泥巖,該段頂部夾有 1-2層安山巖、凝灰巖等火山碎屑巖,是該段與其上部地層(K1b2)分界的主要標志。據該區揭露鉆孔 605、07-2、07-4、07-5,含水層頂板距 2煤底板 80.6～110m,間距大,巖性以泥巖、細砂巖為主,將來對開采不能造成威脅 ,所以對該層未做專門水文地質工作。

3 充水因素分析及礦井涌水量預算

3.1 頂板充水因素分析及先期開采地段后期的礦井涌水量礦井涌水量預算

煤層開采正常充水方式為頂板采動導水裂隙帶,1煤采煤所波及的導水裂隙帶高度范圍內直接充水含水層為(K1b2)砂巖裂隙承壓含水層,含水層受大氣降水充水影響甚微,經采用多個方法預算對比,認為地下水動力學法預算礦井涌水量較符合礦井實際,由于直接充水含水層為承壓無限含水層,其含水層中的地下水主要沿可采煤層采空冒落帶進入礦井,當地下水位降至其底板時地下水水力性質由承壓 -無壓狀態。故選擇承壓 -無壓大井法公式計算礦井涌水量,計算公式如下:

預算范圍為 2-7勘探線、最低可采邊界至 150m水平所圍成的區域,預算結果為 3 135.81m3/h。

3.2 礦山設計部門的預可研及初步開拓設計預算

按照礦山設計部門提供的有限的礦井開拓設計資料計算的礦井涌水量,

根據設計部門提供的《11采區巷道布置及機械配置》圖1:5000,先期開采地段為 3、11、12個采區,先開采 11采區,首期開采的工作為 1102綜采工作面,1102綜采工作面長為1570m,寬 215m。根據礦井的實際開采情況,首先開采的工作面涌水量的可能性較大(因初期水壓大,靜流量較大),計算結果見表 1:

表1 1102綜采工作區(k1 b2)含水層涌水量計算結果表(原始 H 0)

3.3 底板充水因素分析

該含水層(段)下伏于可采煤組以下,含水層頂板距 2煤底板 80.6～110 m,間距大,巖性以泥巖、細砂巖為主 ,不開采不能造成威脅。

4 結論

(1)地勘單位計算的涌水量是為理想狀態下(均值、等厚、各項同性的)實際地質條件不存在,尤其是含、隔相間的基巖的含水層更存在這樣問題。公式計算(勘探報告)涌水量實際是直接充水含水層的補給量(地下水涌水量),而且是先期首采期后期涌水量人為認定全部給礦井,實際上是不可能,實際上導水裂隙帶水是垂直入滲礦井,垂直入滲系數不是滲透系數 k值,而且礦井開采是按工作面逐步開采的。

(2)通過兩種計算可以看出計算結果相差很大。也是目前地勘單位目前沒法解決的問題,在以往地質勘探工作中地勘單位施工完后先提交地質報告,設計部門的可行性研究報告與礦井采礦開采方案還沒有出臺,地勘單位按照現有規范只能粗略計算礦區先期開采地段后期涌水量,沒法計算首采工作面的涌水量,所以往往計算結果和礦井實際涌水量相差幾倍或十幾倍,這給開采技術條件復雜的礦區和投資方造成一定的困惑不敢開采,這也是目前急需解決的問題,希望國家早日出臺相應的規范和規程。

(3)采用物探與鉆探相結合的方法,建立工作面水情自動探測系統,完善地下水倉、抽水設備等井下防治水應急系統,建立井下突發災害應急預案,發現水情,及時處理。

(4)建立和完善礦井水文觀測系統,特別是加強井下涌水量動態觀測,掌握涌水量與工作面布置方式、推進速度之間的關系,并將所獲得的成果進一步復核、修正,預算的礦井第一開采水平坑道系統涌水量,使其能滿足礦井生產之需要。

[1]遲波等.內蒙古自治區東烏珠穆沁旗額合寶力格煤田紅格爾礦區北段勘探報告東北煤田地質局 103勘探隊 2008

[2]金連生、牟金鎖 ,建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程 ,北京:煤炭工業出版社,煤行管字[2000]第 81號

[3]牟金鎖、馬淑敏,中國煤田地質學,北京煤炭工業出版社 2000

[4]礦區水文地質工程地質勘探規范GB 12719-91

[5]煤炭資源地質勘探抽水試驗規范 ,(80)煤地字第 638號

[6]中國煤炭地質增刊 1,2009第 21卷

TD 12

B

1004-1184(2011)01-0143-02

2010-09-17

孔令珍(1963-),女,遼寧北票人,高級工程師,主要從事水文地質、工程地質、環境地質工作。