朱庄矿Ⅲ63 采区放水试验成果分析

李孝朋

（山东省煤田地质局物探测量队，山东 济南 250100）

井下放水试验通过放水以及对放水孔与观测孔的流量、水位等记录整理研究，对获得水文地质参数并评价采区水文地质条件有较好的效果[1]。

朱庄矿III63 采区位于安徽省淮北市，属华北型石炭二叠纪含煤岩系采区，现开采6 煤，受底板太原组石灰岩岩溶裂隙含水层（简称太灰）突水的威胁。采区初次水文地质勘查程度较低，难以查明采区准确的水文地质条件，为了评价太灰水对该区煤炭开采的影响，进行了井下放水试验工作。利用现有放水孔与观测孔对水位、流量及压力等指标进行了观测与记录，获得大量的基础数据并整理分析研究，为该区煤炭的安全开采提供了必要的水文地质保证[2]。

1 地质与水文地质条件

III63 采区位于朱庄井田东南部，该地段褶曲、断层均较发育，地质应力较为集中，地层走向变化大，呈0～360°，倾角为6°～34°。6 煤层开采的直接充水含水层为6 煤顶底板砂岩裂隙含水层，富水性受裂隙发育程度控制，总体富水性较弱；间接充水含水层为太灰含水层。太灰为以薄层灰岩为主的含水组，灰岩共12 层，累计厚度约69 m，该含水组以溶洞为主，溶蚀裂隙次之，灰岩溶洞发育，是富水性较强的含水组，并且与奥灰含水组为互补关系，虽然与6 煤含水组无直接水力联系，但在回采中当底板岩石结构破坏后，太灰水在较大的静水压力作用下，有可能沿煤层底板破碎带或裂隙带突出，采区安全生产受到威胁。太灰含水层富水性较强，是6 煤层开采时矿井安全生产的重大隐患[3]。总体来看，该区地质与水文地质条件复杂。

2 放水试验钻孔布置与试验过程

2.1 钻孔布置

结合III63 采区水文地质情况、排水能力以及进行放水试验的目的，主要放水孔安排在轨道巷。考虑到若放水孔位置距离过远，不足以引起充分的整体孔位降深而无法为后续的数据分析提供基础，因此放水孔布置应相对集中。根据三维地震勘探工作所查明的褶曲构造和断层分布，合理地布置了放水孔具体位置，为充分揭露含水层提供了保证。

观测孔的布置应满足控制到边界整个流场的条件，在分析各含水层之间可能的水力联系后进行布置，一般应在井上和井下均布置观测孔。井上观测孔应充分利用已施工的孔位，再依据不足补充设计施工，井下观测孔根据井下具体工程情况布置。放水试验中放水孔有Ⅲ63 放1、Ⅲ63 放3、Ⅲ63 放4、Ⅲ63 放5、Ⅲ63 探10，太灰观测孔有90-观1、朱井90-观4、363 探3、朱井97-观2、放Ⅵ-1、Ⅲ63 观2 和Ⅲ63 放2，奥灰孔有90-观3，共计13 个。除了90-观1 和90-观3 是地面孔外，其余孔均为井下孔，放水孔及观测孔具体布设见图1。

图1 太灰含水层放水试验放水孔观测孔布设图

2.2 试验过程

本次放水试验采用稳定流和非稳定流相结合的方式，放水阶段进行了1 个落程的试验，持续时间20 日。

3 放水试验数据整理与分析

3.1 观测孔水位降深变化分析

（1）各观测孔水位及其变动情况见表1。可以看出，各观测孔均形成了一定的降深，距离放水孔群最近的III63 观2 孔形成了320 m 的降深，90 观1、97 观2 和III63 放2 距离放水孔群较远，降深相对较小。各有效观测孔都形成了一定的降深，说明III63 采区放水孔控制范围内存在降不下去的水位异常区的可能性较小，开采中可以采用疏降水保证安全。

（2）放VI-I 孔和III63 观2 孔在打开放水孔之后，在短时间内迅速产生了约35 m 和300 m 的降深，说明太灰水静储量较小，径流条件较好；随后水位有一定的波动，但波动范围都在可控的误差范围之内，说明有一定的补给来源。受S2 向斜的影响，III63 放2 的水位降深较小。

（3）距离放水孔群较远但距离90 观1 较近的奥灰观测孔90 观3 也形成了3 m 的降深，说明奥灰含水层与太灰含水层之间存在着水力联系，奥灰水对太灰水可能存在着一定的补给关系。

（4）定流量放水，随着放水时间的延长，水位总体上不断下降，但在中期出现一定的波动，说明该区放水试验影响范围内动储量与静储量并存。在中后期90 观1 孔降深与时间的倍比较于初期和中期更大，水位降得更快，可能的原因是，定流量放水随着时间的增大总流量相应的增大，疏通了原有的岩溶裂隙通道，或者打通了太灰含水层中原有的某些隔水通道，增强了水流的畅通性。

表1 放水过程中太灰和奥灰水位及其变动情况

3.2 水文地质参数求解

考虑到放水孔相对于观测孔的位置较为集中，因此取放水孔中心位置为总大井，放水试验的目的层为太原组灰岩承压含水层，结合该含水层水位地质特征及放水试验类型，符合承压水完整井定流量非稳定流特征，因此选用Theis 和Jacob 公式依据放水观测数据进行含水层参数的计算。Aquifertest软件在处理放（抽）水试验数据、分析水文地质条件、求参等方面较为准确实用。为了更精准地求取参数，同时使用该软件与人工手动求参互为对比校正。流量取放水孔总流量213 m³/h，含水层厚度取前三层灰岩平均厚度12.81 m，选取中后期放水数据进行处理。

3.2.1 配线法求参

在EXCEL 双对数坐标系中，分别绘制W（u）-1/u 标准曲线与实测S-t（水位降深-时间）曲线，移动坐标系使两条曲线大致重合，取一配合点，读取其W（u）、1/u、S 和t 值，代入Theis 公式T=0.08Q×W（u）/s 与K=T/M 中计算其参数（表2）。

表2 K 值计算结果（单位：m/d）

3.2.2 Jacob 直线图解法求参

考虑到观测孔与放水孔距离r 较小，且放水时间t 较大，满足u ≤0.01，为了充分利用抽水后期的数据，避免配线法的随意性，可利用Jacob 公式进行求参。根据观测孔资料做出s-lgt 曲线，利用EXCEL 的曲线拟合功能做出散点图的拟合公式，读取斜率i，代入Jacob 公式T=0.183Q/i 与K=T/M进行计算（表2）。

3.2.3 Aquifertest 软件求参

配线法：打开Aquifertest 软件后，依次进行units、Test-create well、Test-create pumping test、Create Datalist、Theis Analysis 各个步骤，每个步骤输入相应的数据或参数，运用专业能力结合放水试验过程以及水文地质特征对曲线进行调整拟合，以达到最佳拟合效果。

Jacob 直线图解法：在配线法的基础上，依次选择Create Datalist、Cooper-Jacob Time-Drawdown，求出参数。

3.2.4 结果分析

由表2 可以看出，相同观测孔利用不同方法求得的渗透系数大致接近，在可控范围内，但不同观测孔之间求得的渗透系数结果相差较大，说明了太灰含水层渗透性及富水性的不均一性。

3.3 水质变化特征分析

通过对太灰水质资料分析，太灰水质类型为HCO3-Ca～HCO3-Ca·Mg 型，pH 值都大于7 呈碱性，显示了典型的灰岩水特征。Mg2+的增加，指示着放水过程中水流可能流经了白云岩或白云质灰岩存在的岩层，也有因放水导致浅部太灰与深部太灰水相互混合运动的原因。本区太灰水矿化度较低，平均577.43 mg/L，说明太灰水运动流经途径相对较短，速度相对较快，太灰水循环交替条件较好。

4 结论

（1）本次放水试验按照非稳定流技术要求进行，通过布设太灰观测孔与奥灰观测孔，采用自动检测系统与人工检测系统结合的方式实时观测，数据准确，为下一步分析工作提供依据。

（2）该采区太灰含水层渗透系数介于0.99～21.65 m/d 之间，渗透性及富水性不均一，静储量较小，易于疏降，但考虑到与奥灰含水层有一定的水力联系，有一定的动储量来源，若疏降水量过大，疏降时间长，排水费用昂贵。建议下一步工作评价疏放水的可能性。

（3）通过放水试验以及后续的分析工作，基本查明了采区的太灰含水层的水文地质条件，为该区矿井水害防治工作提供了可靠的依据。