鸟山矿首采区砾岩含水层下开采可行性研究1.docxVIP

??

?

??

鸟山矿首采区砾岩含水层下开采可行性研究

?

??

?

?

?

?

?

?

?

???

?

?

?

?

?

摘要：鸟山矿设计能力120万t/a，根据鸟山煤矿初步设计，首采区为一水平南四采区主要开采3号煤层，3号煤距石头庙子组砾岩裂隙含水层平均70m左右，一旦开采，导水裂隙带高度波及上部砾岩含水层，因此，鸟山煤矿首采区回采面临的主要问题就是顶板砾岩含水层威胁，本文主要针对3号煤层上部的砾岩含水层进行研究，以达到3号煤层安全回采。

关键词：砾岩含水层导水可行性措施

1.引言

石头庙子组砾岩含水层厚度大，富水性具不均一性，相对富水异常区分布大部分位于构造破碎带附近，主要是断层附近区域，大致呈南北条状分布，特别是断层交汇、切割的密集带，往往是造成突水的导水通道。

2.砾岩含水层特征

根据水文地质勘探抽水试验资料，石头庙子组岩芯一般完整，坚硬，硅质胶结；局部受构造影响，岩芯破碎，裂隙发育。含水层单位涌水量0.1506～1.059L/s·m，富水性中等～强，正常地段一般裂隙较发育，富水性中等；局部断裂构造带及其伴生小断层密集部位裂隙发育，富水性强。该含水层矿化度为257.61～483.74mg/L，水化学类型主要为HCO3-Ca、HCO3-Na·Ca、HCO3-Ca·Mg·Ca型。石头庙子组砾岩含水层相对富水异常大致呈南北条状分布，相对富水异常区分布大部分位于构造破碎带附近，主要是F15、F34、F77等断层附近区域，而且异常区分布相对集中。

综上所述，砾岩含水层富水性具不均一性，受南北向断层及北东向断层影响，在断层带及其附近，特别是断层交汇、切割的密集带，裂隙发育、富水性中等-强，对煤矿安全生产存在直接影响。

?

对砾岩含水层开展的专题研究

3.1开展水文地质条件综合评价

1）主采煤层顶板主要含隔水层空间展布特征研究：对首采区主要含隔水层进行详细层段划分及含隔水性评价，对其空间展布特征进行分析。

2）地下水动力场研究：对首采区地下水补、径、排条件、地下水流场以及含水层之间的水力联系等进行分析研究。

3）水文地球化学研究：分别在矿区地表水、水源井、水文孔以及井下出水点等地点采取水样，在实验室通过测试地下水水化学组分，包括PH、矿化度、总硬度、总碱度、K+、Na+、Ca2+等离子来研究地下水的水文地球化学特征、赋存条件、各含水层水力联系等。

4）首采区水文地质条件综合分析及评价：对首采区水文地质条件进行综合分析及评价，掌握3号煤层上部砾岩含水层的富水性、导水通道、充水水源等，对煤层开采可行性奠定了基础。

3.2开展砾岩含水层充水规律研究

1）分析原始砾岩含水层的富水规律：综合鹤岗矿区其他矿井相关地质资料及采动对含水层的揭露情况，从含水层水文地质参数空间分布、地质构造控制作用、含水层揭露部位的涌突水特征与含水层露头补给条件方面，综合分析石头庙子组含水层富水特征。

2）运用沉积分析方法对含水层进行精细划分：通过分析地面三维地震探测成果，钻孔抽水试验、含水层厚度、岩性岩相测井、流量测井、简易水文观测、水化学测试数据等，运用沉积分析方法对含水层进行精细划分。

3）首采区煤层顶板含水层富水性分区研究：利用GIS的空间叠加技术综合评价首采区煤层顶板含水层富水性，并对首采区煤层顶板含水层富水性分区进行研究，为未来井下探放水设计以及顶板水害防控提供决策依据。

4）地下水渗流场的动态模拟：以矿井水文地质资料为基础、结合上覆含水层的分区特征，通过对砂岩裂隙含水层的赋存特点、含水层与煤层空间关系的研究，采用地下水模拟软件GMS建立矿区水文地质的概念模型和数值模型，模拟鸟山矿首采工作面井下疏排水以及开采过程中含水层地下水流场、含水层水位变化、含水层疏降时间，以及采动影响对砂岩裂隙水渗流场的影响。

3.3开展深部厚煤层综放开采覆岩破坏预计与实测研究

1)鹤岗矿区厚煤层综放开采覆岩破坏高度理论研究：结合矿区其他矿井导水裂缝带高度实测结果，综合采用统计回归、经验类比、理论分析、相似模拟和数值模拟的手段对鹤岗矿区厚煤层开采造成的覆岩破坏规律进行理论研究。

2）厚煤层综放开采覆岩破坏高度的实测研究：采用的方法为井下仰斜孔导高观测方法，实测的内容包括采前钻孔裂隙发育和采后采动裂隙发育特征，通过在首采工作面回采前布置采前观测孔，回采过程中布置采后“两带”观测孔，进行实测研究，得到鸟山煤矿覆岩破坏高度、覆岩裂隙分布特征。

3）覆岩破坏与顶板含水层渗流耦合研究：在覆岩破坏高度与特征实测的基础上，采用数值模拟建立覆岩破坏与渗流耦合的数值模型，与相关实验室与理论研究成果进行比较分析，研究煤层采动影响下裂隙岩体渗流量与采动应力的关系，指导矿井涌水量预计，为水体下安全开采提供依据，指导巨厚砾岩含水层下安全开采。

3.4

开展首采工作面掘采不同阶段涌水量预测分析