劉 基

(中煤科工集團(tuán)西安研究院，陜西西安710054)

近年來，煤礦水害成為國內(nèi)國外礦井工作者和防治水人員越來越重視的課題。煤礦水害不僅影響煤礦施工的進(jìn)度，更甚者造成淹井事故，造成生命和財(cái)產(chǎn)的雙重?fù)p失。因此礦井一旦發(fā)生突水，如何快速判別出突水水源[1][2][3]，制定相應(yīng)的措施成為目前防治水工作人員最關(guān)心的問題。

1 礦井水文地質(zhì)條件

母杜柴登煤礦位于鄂爾多斯市烏審旗呼吉爾特礦區(qū)東南部，南北最長約10.23 km，東西最寬約7.86 km，面積約59.59 km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6.0 Mt/a。根據(jù)前期勘探資料和巷道掘進(jìn)階段實(shí)際揭露的水文地質(zhì)情況，開采3－1煤的直接充水水源為3－1煤頂板砂巖含水層和通過導(dǎo)水裂縫帶溝通的2－2中煤頂板砂巖含水層。3－1煤層頂板砂巖含水層富水性相對(duì)較弱，但分布不均勻，局部有沖刷帶。3－1煤頂板以上25米左右為2－2中煤，2－2中煤頂板砂巖含水層富水性較強(qiáng)，主、副、風(fēng)井附近2－2中煤頂板砂巖探水孔最大出水量分別為120m3/h、50m3/h和80m3/h，水壓為6 MPa，且不易疏降。因此，2－2中煤頂板的砂巖含水層水為主要的探放水和設(shè)防對(duì)象，需要預(yù)防垂向?qū)畼?gòu)造、集中裂隙帶、封閉不良鉆孔等導(dǎo)水通道將此含水層水導(dǎo)入采掘空間。

2 井下出水情況

母杜柴登在巷道掘進(jìn)階段采用千米鉆機(jī)進(jìn)行超前探，在聯(lián)巷3－1煤頂板施工一長距離鉆孔時(shí)出現(xiàn)涌水情況。該孔鉆進(jìn)至186m時(shí)涌水量為6.5m3/h，鉆進(jìn)至258m時(shí)涌水量為24m3/h，鉆進(jìn)至264m時(shí)涌水量迅速增大為42m3/h，隨著進(jìn)尺的加深，涌水量逐漸增大，鉆進(jìn)至564m涌水量為59m3/h，拔出鉆桿后，涌水量為220m3/h，水壓為3.78 MPa。具體涌水量曲線見圖1。根據(jù)出水情況，礦方懷疑鉆孔出水層位是否與2－2中煤頂板砂巖含水層溝通，為此急需判別出水水源。

圖1 涌水量變化曲線示意圖

3 水質(zhì)分析

為了快速判別出水水源，共收集了3－1頂板砂巖含水層水樣2個(gè)，2－2中煤頂板砂巖含水層水樣2個(gè)，分別與本次出水水質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比，見表1。

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，3－1煤頂板砂巖含水層Na+濃度均在800 mg/L以上，Ca2+濃度均在200 mg/L以上，Mg2+濃度均在15 mg/L以上，CL_濃度均在150 mg/L以上，礦化度在3000 mg/L以上，水化學(xué)類型主要為SO4－Na;2－2中煤頂板砂巖含水層Na+濃度均在500 mg/L以下，Ca2+濃度均在40 mg/L以下，Mg2+濃度均在5 mg/L以下，CL_濃度均在100 mg/L以下，礦化度在2000 mg/L以下，水化學(xué)類型主要為SO4－Na·Ca，水質(zhì)情況區(qū)別非常明顯，5個(gè)水樣所含特征離子濃度及其水質(zhì)類型均顯示該含水層地下水具有循環(huán)深度較深、徑流條件較差的特征。

表1 水樣資料匯總

以水中主要離子的摩爾濃度百分?jǐn)?shù)繪制三角菱形水質(zhì)圖，將各個(gè)水樣陰陽離子摩爾濃度百分含量投影到菱形圖上，繪制出收集的5個(gè)水樣的Piper三線圖，見圖2。根據(jù)樣點(diǎn)投影到菱形圖上分布區(qū)域的不同，可以直觀反映出不同含水層和相同含水層水化學(xué)類型的差異[4][5][6][7]。

圖2 不同含水層的Piper三線圖

由圖可知前期收集的3－1煤層的2個(gè)水樣和本次收集的水樣基本在一個(gè)區(qū)域內(nèi)(黑色點(diǎn))，與2－2中煤頂板水樣集中在3－1煤頂板水的下方。

綜上，本次鉆孔出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)及Piper三線圖特征均符合3－1頂板砂巖含水層的特征。因此初步判斷該出水層位為3－1煤頂板砂巖含水層。

4 簡(jiǎn)易放水試驗(yàn)及水壓分析

本次鉆孔退出鉆桿后，關(guān)閉閥門，測(cè)量水壓為3.78 MPa。然后開閥進(jìn)行簡(jiǎn)易放水試驗(yàn)[8][9][10]，觀測(cè)鉆孔水量衰減情況。水量衰減曲線見圖3。

圖3 涌水量衰減變化曲線示意圖

從圖3可以看出，鉆孔水量衰減很明顯，由初期的200m3/h迅速降至50m3/h，可疏性較好，與前期積累的2－2中煤頂板含水層可疏性不佳不相符合，加之鉆孔初期水壓為3.78 MPa，與2－2中煤頂板水壓6 MPa相差較大，由此可以初步判斷鉆孔出水層位與2－2中煤頂板砂巖含水層無明顯的水力聯(lián)系。

綜上所述，此次出水水源為3－1煤頂板砂巖含水層，與2－2中煤頂板砂巖含水層無明顯的水力聯(lián)系。

5 結(jié)論及建議

(1)根據(jù)對(duì)比母杜柴登鉆孔出水點(diǎn)與3－1煤頂板砂巖含水層和2－2中煤頂板砂巖含水層的水質(zhì)特征，基本可以判斷鉆孔出水層位為3－1煤頂板砂巖含水層，與2－2中煤頂板砂巖含水層無明顯的水力聯(lián)系，為礦井安全掘進(jìn)及制度相應(yīng)的措施提供了可靠的依據(jù)。

(2)建議在今后的生產(chǎn)過程中不斷積累礦井各含水層的水化學(xué)特征數(shù)據(jù)庫，為今后快速判別出水點(diǎn)提供更加充分有力的依據(jù)。

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