云驾岭煤矿6#、7#煤层水文地质条件研究与实践

刘俊明

(1.中国矿业大学(北京)资源工程学院,北京市朝阳区,100083;2.冀中能源邯矿集团云驾岭煤矿,河北省邯郸市,056300)

云驾岭煤矿6#、7#煤层水文地质条件研究与实践

刘俊明1,2

(1.中国矿业大学(北京)资源工程学院,北京市朝阳区,100083;2.冀中能源邯矿集团云驾岭煤矿,河北省邯郸市,056300)

针对冀中能源邯矿集团云驾岭煤矿2#煤层煤炭资源接近枯竭,6#、7#煤层能否安全开采的情况,通过施工水文地质观测孔、观测水压、涌水量、放水试验及水质化验,查明了伏青、大青、奥灰含水层的水文地质特征及其相互之间的水力联系,并预计了开采6#、7#煤层时伏青灰岩含水层的正常及最大涌水量,为开采6#、7#煤层的防治水工作提供了可靠的技术依据。

水文地质条件 技术方法 监测结果

冀中能源邯矿集团云驾岭煤矿2#煤层煤炭资源接近枯竭,6#、7#煤层能否开采,实现薄厚煤层配采成为矿井可持续开采的一大课题。由于矿井水文地质勘探程度低,无大青、伏青含水层观测孔,而开采6#、7#煤层主要受底板伏青、大青、奥灰含水层影响,因此,必须提前查明伏青、大青、奥灰含水层的水文地质特征及其相互之间有无水力联系,评价6#、7#煤层开采的安全性和防治水难易程度显得尤为重要。

1 影响6#、7#煤层开采的主要含水层水文地质特征

(1)伏青灰岩含水层:伏青灰岩厚3.5 m左右,含水介质为溶隙溶缝承压水,钻探初见水量27～30 m3/h。因富水性相对较强,且-100 m以下均含水,暂定为含水性中等。6#煤层位于伏青灰岩上部,7#煤层位于伏青灰岩下部,煤层与灰岩间夹有厚度6 m左右泥岩或粉砂岩。因此,伏青灰岩含水层构成6#煤层底板直接充水含水层,也是7#煤层顶板直接充水含水层。

(2)大青灰岩含水层:岩层厚5～6 m,是邯邢矿区下部煤层主要充水含水层。但在云驾岭矿区,大青灰岩含水层因火成岩(闪长岩)侵入变薄;与奥陶灰岩含水层有数层侵入体阻隔,大青灰岩含水层已失去奥灰水力联系,暂定为弱岩溶含水层。

(3)奥陶灰岩含水层:为煤系基地灰岩岩溶裂隙含水层,厚约600 m,岩性以厚层状灰岩和角砾状灰岩为主,分为三组八段。其中七段富水性强,裂隙发育带呈多层状,发育极不均一,垂向变化大,水平较稳定;八段裂隙岩溶发育,但多被铝土充填;六段为相对隔水层。依据已施工的钻孔资料,奥陶灰岩含水层单位涌水量为1.65 L/s·m,渗透系数为11.30 m/d,径流条件好,补给范围大,富水性较强,静水水位为+65 m,是威协下组煤开采的主要充水含水层。

2 研究试验过程及目的

6#、7#煤层水文条件研究定于矿井一水平二采区,方案设计5个观测孔,即伏青含水层2个观测孔、大青含水层2个观测孔、奥灰含水层1个观测,做放水试验时利用南翼已有的奥灰观测孔同时进行观测。

本次研究的目的是通过观测伏青、大青、奥灰含水层的水压、涌水量、水质化验及为期11 d的放水试验资料,综合分析伏青、大青、奥灰含水层的水文地质条件及相互之间有无水力联系,论证下伏含水层是否对6#、7#煤层开采构成威胁,同时预测开采6#、7#煤层的正常及最大涌水量。

3 研究试验结果

3.1 钻孔揭露含水层时水文地质观测结果

本次钻孔揭露含水层试验中,孔口压力表可以测量得到含水层水压;涌水量采用容积法和多普勒管道流速仪对比测量得到;温度计测得的水温误差小于或等于0.5℃。钻探水文测试结果见表1。

表1 钻探水文测试结果表

3.2 放水试验结果

2009年12月13～23日云驾岭矿对伏青、大青、奥灰含水层进行了放水试验,实测了初始水压、水量及稳定水量、水压。奥灰含水层放水试验前后水压和水量变化小;大青、伏青含水层放水试验前后水压和水量变化较大,尤其水压衰减明显,说明富水差,易于疏干。

3.3 观测孔含水层水质监测结果

各个钻孔揭露含水层及放水试验时均采集水样,委托集团公司环境监测站对水样的主要指标进行了化验,主要水质监测结果见表2。

表2 观测孔含水层水质监测结果 mg/L

4 试验分析结果

(1)钻孔初始揭露各含水层的涌水量和水压分析。钻孔施工过程中揭露的伏青、大青、奥灰含水层单孔涌水量、水压均不相同,且伏青含水层涌水量和水压均大于大青含水层2倍以上,奥灰含水层水量和水压为大青含水层7倍以上,说明三者之间无直接水力联系。

(2)放水试验后涌水量和水压分析。通过放水前后涌水量和水压变化,说明大青、伏青灰岩含水性较弱,以静储量为主,易于疏干,而奥灰含水层含水性较强,且三者无水力联系。

(3)水质分析。伏青、大青含水层的水质与奥灰含水层差异显著,说明伏青、大青含水层与奥灰含水层无直接水力联系。

阴离子:奥灰水以偏高的硫酸根(SO4-2)为特征,伏青、大青水以碳酸氢根(HCO3-1)为主。

阳离子:奥灰水以钙镁(Ca+2/Mg+2)离子为主,伏青、大青水以钠钾(Na+、k+)离子为主。

硬度:由于奥灰水硫酸盐偏高,形成永久硬度,而伏青、大青水的碳酸盐形成暂时硬度,总硬度低于奥灰水。

钙镁离子来自于石灰岩,钠钾离子来自于顶底板砂岩及泥岩,硫酸根离子与奥灰岩中石膏成份有关。

5 二采区6#、7#煤层水文地质条件评价及防治水措施

(1)通过放水试验、水质化验、涌水量和水压观测,二采区伏青、大青、奥灰含水层之间无水力联系。

(2)伏青含水层在-50 m水平基本不含水,且掘进和回采过程中伏青灰岩水可疏干。预计-70 m水平以下6#、7#煤层掘进揭露伏青含水层时最大涌水量约80 m3/h,正常涌水量约50 m3/h,回采过程中相邻含水层出水量小于30 m3/h。防排水的重点措施包括-50 m水平以下尽量形成工作面自流排水条件、工作面排水泵排量定为100 m3/h和回采工作面开掘前可在-150 m水平打伏青孔疏水降压。

(3)揭露落差大于50 m的断层之前,需要探测断层是否导通奥灰水。

6 创造的经济和社会效益

通过6#、7#煤层水文地质条件研究,查明6#、7#煤层的安全性和可采性,矿井增加可采储量713.5万t,延长了矿井服务年限。另外,利用奥灰观测孔排出的高压水可满足生产用水和防尘用水需要,年节约抽水电费及设备折旧费约5.7万元,具有显著的经济效益和社会效益。

(责任编辑 张艳华)

Research and practice on#6、#7 coal seams hydrogeological conditions at yunjialing coalmine

Liu Junming1,2
(1.School of Resources Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Chaoyang,Beijing 100083,China;2.Yunjialing Coal Mine,Handan Coal Mining Group of Jizhong Energy Resources Co.,Ltd,Handan,Hebei 056300,China)

Facing to the fact that,the resource of#2 coal seam is approaching exhausted at Yunjialing Coal Mine,Handan Coal Mining Group of Jizhong Energy Resources Co.,Ltd,and we are not sure if it is safe tomine#6、#7 coal seams,research and practice are made through constructing hydrogeological observation hole,observing water pressure and water discharging volume,doing water discharging test and water quality assay,hydrogeological characteristics of Fuqing,Daqing and Ordovician water-bearing stratum and their internal water resources connection relations are clarified.Based on the above,the normal and maximum water discharging volume of Fuqing water-bearing strata while themining of#6、#7 coal seams are predicated.These provide reliable technical foundation for water prevention and control when#6、#7 coal seams aremined.

hydrogeological conditions,technical method,monitoring result

P641

B

刘俊明(1963-),男,河北魏县人,高级工程师,中国矿业大学(北京)采矿工程专业在读研究生,现任冀中能源邯矿集团云驾岭煤矿党委书记。