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评价煤层顶板涌(突)水条件的“三图
2019-04-29  出处:煤客网  煤客新闻网  煤矿网  来源:网络   人气:0   

顶板涌(突)水灾害定量评价的“三图-双预测法”,即顶板直接充水含水层的富水性分区图、顶板冒落安全性分区图、顶板涌(突)水条件综合分区图及回采工作面整体和分段工程涌水量预测、顶板直接充水含水层采前预疏放方案预测.其中涌(突)水条件综合分区图由富水性和冒落安全性分区图复合叠加而成.

1 矿井水文地质背景

  根据对荆各庄矿井水文地质条件的系统综合分析认为,与煤9顶板突水关系密切的主要充水含水层为煤5顶板砂岩裂隙含水层和第四系底部卵砾石孔隙含水层,它们分别是煤9顶板突水的直接和间接充水含水层,在两含水层之间存在一粉粘土弱透水层.
  荆各庄井田东部和东南部以F1~F3断层组为界,其余部分以隐伏露头为界.由于第四系底部卵砾石含水层覆盖于整个井田之上,因此该含水层的边界条件属于二类流量边界;煤5顶板砂岩裂隙含水层四周均为隔水边界,在垂向上通过窄条状隐伏露头内边界接受上部含水层补给;底卵底部粘土层为一弱透水层,它的外边界均作为隔水边界,该层在矿区东南部不发育,致使底卵含水层几乎与基岩含水层直接接触,而在西北部发育较厚,底卵含水层与砂岩裂隙含水层的水力联系较弱.

2 煤9顶板充水含水层富水性分区研究

  针对矿井水文地质条件的复杂多变性、各种勘探资料在地域上的局限性和在观测精度上的不真实性,笔者运用多源地学信息复合叠加原理〔1〕,尽可能多地挖掘了荆各庄矿自建矿以来的所有勘探资料,对各种水文地质物理场的地学信息进行了系统综合叠加处理,信息源之间相互对比印证,取得了很好的效果.
2.1 第四系底部卵砾石孔隙含水层
  本含水层为煤9顶板突水的间接充水水源,根据现有资料对含水层厚度和渗流场特征进行了分析.
  (1)含水层厚度 本充水含水层位于冲积层下部,厚度随整个冲积层的沉积厚度变化而变化,具有北薄南厚的特点,大、小极值分别为1.12和53.10 m,茅草营以北不足10 m,向南最厚达53.10 m.
  (2)渗流场特征 根据底卵含水层抽水试验结果可知,其渗透系数由南向北逐渐增大,在井田南部大约为4 m/d,而在井田北部可达32 m/d,说明该含水层北部渗透性大于南部;含水层单位涌水量为0.93~2.25 L/(s.m),由西向东逐渐增大.
  综上可知,底卵含水层北部渗透性较好,南部却较差,而富水性从西向东逐渐增强,在东南部达到最佳.
2.2 煤5顶板砂岩裂隙充水含水层
  通过对该充水含水层的岩性岩相变化、构造场、水化学场、抽水试验场、突水事件渗流场和钻孔冲洗液消耗量变化等6个方面地学信息的综合分析,提出了煤5顶板砂岩含水层富水性分区的划分方案.
  (1)岩性岩相变化特征 在分析岩性岩相变化时,主要考虑了充水含水层厚度和脆性岩(以砂岩、粉砂岩为主)、塑性岩(以泥、页岩为主)所占的比例.该含水层中间厚、两边薄,在向斜轴附近较厚,大约为170 m.从轴线向东西两侧逐渐变薄,西部坡度较大,厚度变化明显,在边缘地带为30 m左右,东部坡度较小,厚度变化缓慢,在荆1和湾水3号钻孔附近略有波状起伏,在东部边缘大约也为30 m.煤5顶板砂岩裂隙含水层的厚度变化趋势与整个盆状向斜相符.
  煤5顶板砂岩裂隙含水层主要由砂岩、粉砂岩和页岩组成,脆性岩厚度远大于塑性岩,其厚度为2.65~185.1 m,平均为80.81 m;而塑性岩厚度为0.025~66.07 m,平均12.73 m.脆性岩与塑性岩比值变化较大,荆26孔最小,为0.42,荆27孔最大,为152.03,在轴线以东,比值相对较小,一般为0.42~30,而在轴线西部,比值较大,多为30~150.
  (2)构造场特征 荆各庄矿地质构造以断裂为主,褶曲不发育.落差大于3~5 m的断层共有50多条,走向主要为NEE向,其次为NW向,近似呈直角.因受来自南西和北西2个方向挤压力的作用,井田内节理裂隙以NEE向最为发育,其次为NNW(NNE)和NW向.在井田中部,地层产状平缓,节理面较陡,大部分在70°以上,有的甚至直立,而在边部,节理产状较缓.
  (3)水化学场特征 根据钻孔水样六大常规离子的水质分析结果,井田东部水化学特征具有明显的一致性,故可划分为一个独立的水流系统.井田西部各钻孔的阴阳离子含量有所不同,这需要结合其它物理场信息进一步细化.
  (4)抽水试验场特征 荆各庄矿煤5顶板砂岩含水层的单孔抽水试验资料显示,含水层的单位涌水量为0.206~1.942 L/(s.m),平均0.974 L/(s.m),渗透系数为1.586~8.945 m/d,平均4.617 m/d.二者的变化趋势为:单位涌水量由西向东逐渐变大,在湾水1号孔处达到最大,为1.942 L/(s

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