工作面顶板含水层特征探测与分析.pdf

2 0 1 7年第 9期 艇茬 斜技 l 5 l 工作面顶板含水层特征探测与分析 栗荣华 山西汾 西矿 业集 团南关煤业 ，山西晋 中 0 3 1 3 0 0 摘要 在 分析 了 5 3 0 1工作 面邻近 工作 面涌水情 况及 工作面主要含水层 、隔水层 的基础上 ，采用理论 分析、物探 及现场 钻探手段对工作面上方覆岩主要含水层情况进行详细的探查与分析。掌握了工作面主要富水区域 ；工作面开采主要受顶板 砂岩 水威胁 。在 开采前需要对砂岩水进行疏放 ，保 障工作 面安全 开采 。 关键词 砂岩含 水层 大地电磁 法 三维 电法 中图分类号T D7 4 1 ；P 6 3 1 ． 3 4 文献标 识码 B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ．i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ．2 0 1 7 ．0 9 ． 0 6 5 De t e c t i o n a nd an a l ys i s o f r o o f a qui f e r c ha r a c t e r i s t i c s i n wor ki ng f ac e Li Ro n g h ua S h a n x i F e n x i mi n i n g g r o u p Na n G u a n c o a l i n d u s t r y , S h a n x i J i n z h o n g 0 3 1 3 0 0 A b s t r a c t B a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e wa t e r i n g s i t u a t i o n o f a d j a c e n t wo r k i n g f a c e a n d the ma i n a q u i f e r a n d a q u i f u g e i n 5 3 0 1 wo r k i n g f a c e ， u s i n g t h e o r e t i c a l a n a l ys i s ，g e o p h y s i c a l e x p l o r a t i o n a n d f i e l d d r i l l i n g me t h o d e x p l o r e d a n d a n a l y z e d t h e m a i n a q u i f e r a b o v e wo r k i n g f a c e i n d e t a i l e d ． T h e ma i n d i s t r i b u t i o n a r e a o f t h e r i c h wa t e r a r e a i n the f a c e i s g r a s p e d ， a n d t h e e x p l o i t a t i o n o f the f a c e i s ma i n l y t h r e a t e n e d b y t h e s a n d s t o n e wa t e r ,i t i s n e e d t o d r a i n s a n d s t o n e wa t e r b e f o r e m i n i n g f o r mi n i n g s a f e t y wo r k i n g f a c e ． Ke y wo r d s s a n d s t o n e a q u i f e r ma g n e t o t e l l u r i c me t h o d t h r e e d i m e n s i o n a l e l e c t r i c a l me t h o d 南关煤业在 4 3 0 1 工作面开采过程 中，出现过 较大的出水 ， 其主要出水层位为 3 煤顶底板砂岩 “ 3 砂” ，矿井最大涌水量达到 1 7 0 0 m ／ h 。为了避免与 其相邻的 5 3 0 1 工作面 出水量激增现象 ，甚至有更 大出水的可能，进行了 5 3 0 1 工作面涌水量预测及 防治措施，以保证工作面正常安全生产。 1 相邻 4 3 0 1工作面涌水情况 表 1 表 1 相邻工作面涌水情况表 正常涌水量 最大涌 水量 工作面 平均 煤厚 m m ／ h In ／ h 、 4 3 0l 2 5 5 4 9 5 8．2 4 3 0 2 6 0 8 0 8 ．9 1 3 0 2 7 0 - - 9 0 2 9 0 4-2 8 1 3 0 4 1 4 2 4 ． 9 1 3 0 6 1 4 8 4 2 0 5 ． 7 通过表 1可以看出，位 于 5 3 0 1 工作面西侧的 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 4 1 9 作者 简介栗荣华 1 9 8 6 一 ， 男 ，山西灵石县人 ，助理 工程 师， 毕 业于山西煤炭职业技 术学 院矿 山地质专 业。 4 3 0 1 工作面涌水量较大 ，且在开采过程中出现过大 的出水情况 ，其采用综放开采，平均煤厚 8 ． 2 m，与 5 3 0 1 工作面开采条件较为相近。而 4 3 0 1 工作面西 侧 的4 3 0 2工作面涌水量较小 ，分析可能是 4 3 0 1 工 作面受其东侧断层影响，导致顶板砂岩富水分布不 均，所以在开采过程中受到突水的威胁。5 3 0 1 工作 面开采厚度较大，并且受其西侧断层影响，在开采 过程中容易出现大的出水 ，因此需要对顶板砂岩含 水层富水性等内容进行研究分析 ，以确保开采的安 全 性 [ 1 - 2 ] 。 2 顶板砂岩含水层沉积组合特征分析 2 ． 1 工作面主要含水层 根据勘探及钻孔抽放水资料分析 ，砂岩厚度 3 9 ． 7 1 2 5 9孑 L ～ 1 0 1 ． 9 1 m 卒 2孑 L ， 平 均 6 5 m， 以 细砂岩为主，部分 区域含有粉砂岩和中砂岩。水 位 标高 3 5 ． 0 2 ～ 3 5 ． 2 3 m，平均 3 5 ． 1 l m，单位涌 水量 为 0 ． 0 0 4 9 8 ～ 0 ． 0 1 4 8 5 L ／ s m，富水性弱，渗透系数为 0 ． 0 0 8 1 ～ 9 ． 0 2 7 5 l m ／ d 。通过 l 0 ． 3 s孑 L 抽水试验结果 ， ～ 开始抽水量很小 ，后滴水 ，5 0 mi n后无滴水，测 的恢复水位 自地表算起 1 0 5 ． 5 5 m， 水位标高 ． 6 2 ． 3 6 m， 1 5 2 - 慝 舛救 说 叫 了砂 禽水J 富水性 小均 “简 施 ㈨ 0 过 程 中最人 f ff j 水 7 9 m ／ h ，⋯ n风人 巷揭露 3 砂 l I 、 f 人 涌水量 1 9 0 m ／ h 3 煤 顶底板眇柑 水』 ， J 谢 水 丰要受构造 干 n 性 控 制 卡 H 似 条什 的矿 J 卜 。 l 卜 揭 丧『 J月， 裂隙较发 f 『 地段 ，⋯水 4 咬人 川 为l } ， 细 砂岩f i lf 的富水性较 强 ，粉砂 f, t l 『 I lf 饵水 r l - 较刺它 是 1 作i 开 采过 l f I 自 勺 A拔 充 水水源 ， 1 『 I J 多 为静储水 ，并 } 1 - 富 水性 较 ．f l } f u 1 j j l 邴f l“J 叠 系 含水层 贯通 ，会 敛 有 tZ j r l ,J 补给 水源 ， 矿 井生产带来 大的灾害 0 2 ． 2 工作 面 主要 隔水 层 I 作 而 顶扳 丰 要隔水 二 稳 系 f 、 卜 r 组 隔水 中 l 盒 了纰 卜嘤I l I 泥 fi t 、粉砂 fi t 1‘ 成 ，下 石盒 子组 卞要 F t t , 匕J fi l l‘ 组 成 ，陔 水J 业 大 ，H透 水性 ，能够很 好地 I 水J fl 作而 的直接 充水 水 的水源 补给 ，刈 I 作 l il f 的 安伞扦采起刽了 定的保护作川 ‘ 、 为 J 保 障 5 3 0 1 作 煤 的 发 个 采 ，仃必 婴金 叫 顶板砂 水』 的沉积 合 构特 ] 作而内 L ． 2 2 钻孔 资料分析 ，I 侔l n 顺扳坫 内 I I t 、 粗粒砂岩为禽水层，粉砂 、泥 等 水J 把 含水层 『 1 下 } 分别命 为砂 l 、 砂 2 、 渺 3 、 砂 含 4 和砂 禽 5 ， 隔水层 广 I 下而 I 为 一I5 Il1 { 、 、-i l； iV i 、 四隔和瓦隔 ， _j l 体 禽隔水 化 2 表 2 工作面顶板沉积组合 结构 特征 J 氐 } J氐抖j l_l ， 煤 顶 废 煤 f川 ii J 业 含水层 ”r l 水J 川 - 扳 离 【 l 1 1 1 擞趴 离 f 1 l 1 1 11 1 1 【 l 1 1 l I 1 粒 渺 泥 砂 岔 l 8 7 3 I I I 0 6 粉砂≥ 7 3 强 } I 粒 砂 砂 含 2 2 6 I 1 ll J 3 2 7 ． l 9 ． 7 9 粉 妙 6 3 2 I 1 l 粒{ 沙 粉t i, I； 砂禽 3 4 5 l l J 5 ． 3 8 隔 2 9 3 8 、 l 5 6 2 tl ‘ j l i I { 粒砂 、 砂含 4 J O 0 8 L￡I 9 3 8 5 O 3 8 4 g 8 2 f f 。 { t 粗粒砂 粉砂 砂 5 l 2 6 7 6 l1 J 7 7 9 ／ i l； t／ 1 l 】 l l 6 5 8 通过 表 2可 以看 f } l 1 板砂 水J Il1{ 水J 交 相沉积 ，隔水层 可以较 地 符 水J 之 川的 水 力联 系 含 水 层 丰 要值 十 板 底 f l O m、 3 0 m、5 0 m、l O O m 和 1 2 0 m 处 ，为 J J 解 顶板 水 层 的富水性 ，还 需 采用勋 探 千 f I 钻 探等 法 进f 探洲 研究 3 顶板砂岩含水层探测分析 3 ． 1 可控 源音 频 大地 电磁 法勘 探 抖 { 槲 前述 刈 水 的 C 卡 f 合特 逊 的 分 忻 可 水 卜 化 J 3 蝶 顾 扳 f I O m、 3 0 m、5 0 m、l O O m、1 2 0 m 处 ．采川 I J 『 源 人地 电磁法 埘这些位 进 行勘探 ． l l I l I 利 卜 分 J Y 『 j 为 3煤 f 1 2 0 m 砂 5、3 一 l 1 O O m 眇 4、 3煤 J一5 0 m 砂 3、3煤 I 3 0 m 眇 2、3 煤 L l O m 砂 I、3煤 t ． - l O m f 3煤 卜3 0 m JJ JJj 切片罔 罔 1 从 个 切片 ，由砂 l 刮眇 5视电 牢 的逐渐 变低 ， 鄙 电阻牢低 的范⋯逐渐 小 ， 说叫砂岩 含水性 随着深度 的增大 仃减 趋毋洲 西部 的视 电 率较 尔部偏 骶 ，存 J 十 ．『 部 视I I 5 l 【 半 低 ，说明这些 域 的富 水性较好 ． 郎饼水一 最强 ；洲 I x l 尔北 ⋯,a 7 “． i I 电m率较 离 ． 1 li _ 化较小 ， 有存 硒部 区域呈 现卡 埘低 阻 ，说 f 洲 f x J 匕 部谢 水 较 蓐，局 部富水性 可达 『 I l 等。洲 f扣邴寓水 f f ． i I i 强 域 对 所研 究 的 5 3 0 l J f 1 m ． 果l J 、f 受到 水的威胁 】 ， 3 s 铀 3 ] 1 泄一 l 蛾， m 图 l 砂 顺 层综 合 切 片 图 罔 2为 3煤 顶板砂 岩寓 水分 ，从 叮 以 看m富水 t婴 分 住洲 的 南 部，该处谢水I x 异常呈近南北 走 向 -5 断 走 向一 致 ， r ， l U 阻牢低 ， L 1 线 小 号段 电脚 l 牢最 低 ，说 f i』 】 陔I 段 1 人 】 富水性达 到最强住 L l l 线大 化 L I ． t l t i O 10 I x f 尔部 巷道处仔在 一富水 异常 ，陔 常 【 fl1 心酃 视电 、 雠 ■遗～滕鞴●■■ 2 0 1 7年 第 9期 堪蕉 科技 l 5 3 阻率低 ，富水性 强 。 图 2 3煤 顶板 砂 岩 富 水 分 布 图 3 ． 2 工作面井下高密度三维电法勘探 通过可控源音频大地电磁法勘探结果可以了解 到，在 5 3 0 1 I 作面内顶板砂岩富水性强。因此利 用井下高密度 维 电法技术对 5 3 0 l r 作面顶板砂 岩富水性进行采前探测。 顶板最大探测高度为顶板上 l 2 0 m．构建了顶 板砂岩地层 电阻率 i维数据 体 ，圈定顶 板砂岩地 层 富水区域 作面富水区域主要分布在切眼以南 ， 一 、二联巷之间和_l lI l 作 面南部停采线 以北区域 ， 面积共 2 2 5 5 9 6 m 图 3 ，占1 二 作面开采 面积的 4 4％ 图 3 5 3 0 1工作 面顶板 三砂 富水 区域分布情况 3 ． 3 三砂 水 文钻 孔分析 从 在 5 3 0 l 面施 。 I 的三砂孔 表 3 看 ，T作 面 北部区域 一联巷以北 顶板 砂富水性较强 ，f{ l 水量 l O m ／ h以上的 6个，最 大 4 2 m ／ h ，和可控源 音 频大地 电磁法勘探 解释结果 相符 。三砂富水性 不 均一 ，局部较强 ～强 ，根据相似矿井 水水源看 ， 一 作面开采主要受顶板砂岩水威胁。提前施工钻孔 对三砂水提前进行疏放，以减少_ [ 作丽开采期间的 j砂涌水量，保障采区及工作面安全开采的措施非 常有效 表 3 工作面探 放水钻 孔施工情 况表 钻深 角度 出水部 初始 _r 作面 钻场位置 水压 脱水压 出水黾 m 。 位 m MP a m ／ h MP a 2 钻场 1 5 0 ， 3 4 5 无水 6 钻场 1 5 O 4 5 1 0 6 ／ l 5 O 0 ．6 6 ． 5 1 l 6 6 0 1 1 6 0．9 0 ． 8 4 2 7 钻场 l 5 O 6 0 无水 8 钻场 I 5 0 6 6 1 0 I ．4 0 ． 8 7 9 钻场 l 5 0 7 0 7 0 O ．4 3 5 3 0 l I 二 1 0 钻场 l l 7 6 0 l 0 2 ．6 0 ． 9 0 ． 5 l 3 5 作晰 I l 6 45 l l 6 0 ． 6 2 3 】 】 钻场 9 5 4 5 9 4．5 0 ． 6 2 2 l 8 0 4 5 l 67 ． 7 0 ， 6 l 8 I 2 钻场 l 6 O ． 5 4 5 无水 l 5 0 4 5 无水 1 4 钻场 4 5 无水 4结论 通过对相邻T作面的涌水情况分析，可以了解 到在 5 3 0 l 1 二 作面内顶板砂岩富水性较强，在 I 作 面西侧存在较大断层 ，导致顶板砂岩富水性不均， 开采过程中容易发生较大出水。因此对1 作面顶板 砂 岩含水层 的沉积组合 结构特征 、富水性进行 了分 析，最后根据经验总结了顶板富水影响的因素。 r 作而富水区域主要分布在切眼以南 ，一 、二 联巷之间和 作面南部停采线以北区域。钻孔揭露 顶板砂岩富水性不均 ，局部较强 一强，根据相似矿 井出水水源看， 作面开采主要受顶板砂岩水威胁。 在开采前需要对砂岩水进行疏放，保障安全开采。 【 参考文献 】 [ 1 ] 于师建 ． 三软煤层上覆含水层富水性瞬变电磁法 探测技术 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 1 5 1 5 6 5 9 ． [ 2] 周峰 ．新疆 富蕴县 舍勒 高工 区矿 物勘 查中瞬 变电磁 法的应 用效 果分析 [ J 1 ． 资 源信 息与． Y - 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