浅埋煤层开采过程中地下水流场变化规律.pdf

范立民等浅埋煤层开采过程中地下水流场变化规律 第 1 期 葵 海题魏然一鬓 浅埋煤层开采过程中地下水流场变化规律‘ 范立民 ‘ ， 寇贵德“ ， 蒋泽泉3 ， 王宗 3 1 . 陕西省煤田 地质局， 陕西西安 7 1 0 0 5 4 ; 2 . 神东煤炭公司地测分公司， 陕西神木 7 1 9 3 1 5 ; 3 . 陕西省煤田 地质局 1 8 5 队， 陕西 榆林7 1 9 0 0 0 摘要 神府矿区煤层理藏浅， 煤炭开采对浅部具有供水意义的萨拉乌苏组地下水有较大影响， 本 文以某矿2 0 6 0 1 综采工作面为例， 探讨了煤层开采过程中， 萨拉乌苏组地下水流场的变化规律。 关键词 煤炭开采; 地下水流场; 变化规律; 浅理谋层 中图分类号 P 6 4 1 . 4 6 1文献标识码 B文章编号 1 6 7 1 - 7 4 9 X 2 0 0 3 0 1 - 0 0 2 6 - 0 3 230220210200190180170160150140 0 概况 2 0 6 0 1 工作面是神府矿区第一个综采工作面， 位于母河沟泉域， 地貌为沙漠滩地， 地层自 老到新有 延 安 组0 2 y 、 直 罗 组 J 2 d萨 拉乌 苏 组 场。 和 全新 统风积沙。延安组是本区唯一的含煤地层， 最上部 的可采煤层为2 - 2 煤， 厚度4 . 4 7 m， 煤层顶板岩性为 砂岩、 泥岩互层， 厚度3 8 . 8 4 - - 5 1 . 9 5 m， 上覆为富水 的萨拉乌苏组沙层， 是本区唯一的含水岩层， 萨拉乌 苏组厚度2 6 . 4 3 一4 1 . 9 2 m， 水位埋深 1 3 - - 2 0 m， 含 水层平均厚度1 3 m . 母河沟泉域是一个完整的第四系地下水流含水 盆地， 萨拉乌苏组是本泉域唯一的含水岩层， 泉域汇 水面积1 4 . 2 5 k m 2 ， 接受大气降水的人渗补给， 自 然 下渗， 除少量越流补给下部的弱含水层外， 地下水汇 集到母河沟沟口， 母河沟侵蚀下切到含水层使地下 水溢出地表， 补给地表水， 即以下降泉的形式排泄。 据长期观测， 母河沟泉平均流量为7 4 3 0 衬/ d ， 地下 水可开采量为1 6 0 0 衬/ d ， 神府矿区开发初期， 一直 以母河沟泉域地下水为矿区的供水水源。母河沟泉 域的水文地质剖面示意图如图t o 2 0 6 0 1 是神府矿区第一个高产高效综采工作 面， 宽2 2 8 m， 长 2 7 0 0 m, 1 9 9 5 年7 月3 1日始采， 1 9 9 6 年采完， 采高4 . 2 0 m。采前我们对地下水位进 行了统一观测， 开采过程中， 利用疏降水钻孔进行地 二 陕西省煤田地质科技创新研讨会供稿 作者简介 范立民 1 9 6 5 一 ， 男， 山西曲沃人， 1 9 8 8 年毕业于中国地 质大学矿产系煤田地质与勘探专业， 高级工程师， 陕西省煤田地质局 副总工程师。 下水位变化规律观测研究， 各观测点分布如图2 0 图 1 母河沟泉域水文地质横剖面图 I B / Q o }刀2 T 1 .饮樱 匕秘/ / /苟“ 洲195 图2 观测点分布及采前地下水原始流场 1 煤层开采过程中地下水流场的变化规律 1 . 1 采前地下水原始流场 煤层开采前， 地下水原始流场为围绕排泄点一 万方数据 第 1 期 范立民等浅埋煤层开采过程中地下水流场变化规律 母河沟泉为中心的自流盆地， 由于受基岩面古地形 的影响， 在工作面的初期采区即古冲沟区形成相对 富水区， 地下水由东、 西、 北三个方向向古冲沟区运 移， 而且以东部的补给强度较大， 中心部位含水层厚 度2 0 m， 向边沿逐渐变薄， 地下水的径流明显受古地 形的控制， 地下水位标高1 2 0 0 -1 2 1 2 m， 最低处位 于母河沟泉口， 标高 1 1 9 5 . 1 2 m， 母河沟泉域地下 水最终以母河沟泉的形式排泄 图2 0 1 . 2 开采过程中地下水流场的变化 2 0 6 0 1 工作面的首采区切眼正好位于母河沟泉 域的中心地带， 采前进行了突水溃沙地质灾害防治 工作， 提前进行疏降水工程施工， 经过7 4 d 的连续 疏降水， 地下水位下降8 -9 . 4 6 m， 从而改变了地下 水的天然流场， 使原有以母河沟泉为排泄点的排泄 方式， 变为以疏降水井为中心的排泄方式， 形成了以 7 号钻孔 观测点 为中心的降落漏斗， 漏斗半径约 1 0 0 -2 1 0 m， 水力坡度约0 . 0 2 9 .0 . 0 6 ， 同时母河沟 泉流量减少， 但仍有部分排泄量 图3 ， 疏降水后除 古 地 形 低 洼 处 含 水 层 厚 度 仍 有1 5 m 左 右 外， 其 余 部 位一般小于5 m . 给来源主要是东北部的地下径流， 除一部分沿原流 场特征继续补给母河沟泉， 以泉的形式排泄外， 大部 分地下水进人采空区， 沿冒落 裂 带进人矿井， 形成 了矿井水， 但由于本工作面有疏降水钻孔的存在， 大 部分地下水是沿疏降水钻孔进人矿井的集中排水系 统， 再排出井外。回采结束后， 地下水位趋于相对稳 定， 含水层余厚只有0 . 0 9 .5 . 6 0 m， 远离采空区的 观测点， 地下水位一直处于下降状态， 在主径流带 上， 水力坡度为0 . 0 9 7 ， 影响宽度已超过3 0 0 m， 但外 围水位下降较慢， 随着时间的推移， 采空塌陷区顶板 再造逐渐密实， 地下水位趋于稳定状态， 但基本保持 在基岩界面附近。 N 气、 0 2 - 〔 作面 滩 - A} - 1 200llg 尹 - - - 4 1 U t 尹 户 ‘ . 中 ， ， 、尹 户 户 中、 、 ，9 5 r *19 5 1 幸 0 1 V. IT n 价 // 于、 1} -o 2 T 尸 - 气尸. ， 2 二11 户，、.IJ 「 一 一」 } - I洲-。-。 I-o i -r It. [M // I一 .，I、 图4 煤层开采工程中的地下水流场特征 图3 疏降水工程结束时地下水流场 煤层开采过程中， 地下水流场随着开采强度的 加大不断变化， 并逐渐形成了以采空区为中心的排 泄区， 地下水位等高线也向 采空区一侧倾斜 图4 , 形成了以采空区为中心的水力梯度， 水力坡度约0 . 0 7 ， 含水层厚度也减少， 在 1 号钻孔中含水层残余厚 度只有0 . 5 5 m， 比疏降水工程结束时减少 2m左 右， 从图4 可以看出， 形成了以母河沟和塌陷区共同 的排泄中心。 回采结束后， 地下水的流场变化不大， 基本保持 了初次放顶后的流场特征 图5 ， 此时地下水的补 一应 } G202 } Iftr ituT 尹I -If - 4了了不下一一一一一一 N A2 u o书y/日 八 12020012Q019819 竺fF 稀丫一 一 一一 / 1 ，尹，1 oz } Iftr Btu ，1 0 of一作 面 }‘I‘1 图5 回采结束后地下水流场特征 1 . 3 地下水位变化过程分析 本次的主要观测钻孔是 1 - - 9 号共9 个钻孔， 其 中1 , 2 号钻孔处于采空塌陷区以内， 6 - - 9 号钻孔为 泄水钻孔， 钻孔与井下巷道贯通， 通过钻孔将地下水 排人巷道中的集中排水系统再排出矿井。1 , 2 号钻 孔地下水位历时曲线变化幅度不大， 呈统一下降趋 万方数据 陕西煤炭 2 0 0 3年 势， 即使关闭泄水钻孔， 也没有明显的水位恢复现 象， 在关闭泄水钻孔后， 综采工作面巷道上的泄水钻 孔中， 地下水位可以恢复， 但恢复速度较慢， 据观测， 恢复的速度为0 . 4 6 m / 1 0 d 。而强径流带上的5 号 钻孔， 恢复速度为0 . 9 5 m / 1 0 d 。观测期间， 8 月8 -- - 9日 连续两天下暴雨， 降水强度为 1 1 2 . 7 0 m m， 但地 下水位没有上升， 说明地下水的主要补给来源是地 下径流， 而大气降水下渗后， 迅速径流， 通过巷道或 母河沟泉排泄掉。 对 1 9 9 5 年6 月至1 9 年1 1 月的长期观测， 发 现地下水位在煤矿初次放顶后， 迅速下降， 之后曾经 一度上升， 并随着回 采面积的扩大逐渐下降， 之后虽 有起伏， 但总体呈下降趋势 图6 ， 最终稳定在基岩 界面 海拔高度 1 1 5 1 . 附近。 H1259. 富， 开采技术条件较简单， 但水资源贫乏， 生态环境 脆弱， 地下水资源短缺。区内唯一有供水意义的含 水层萨拉乌苏组含水层位于主采煤层之上， 由于煤 层埋藏浅， 煤层开采对地下水有较大影响。通过对 某矿2 0 6 0 1 工作面开采后， 地下水位的长期观测表 明， 煤矿初次放顶后， 地下水位迅速下降， 之后略有 回升， 然后缓慢下降， 并基本稳定在基岩界面附近， 使萨拉乌苏组含水层基本枯竭， 泉的流量减少， 而大 量的地下水转化为矿井水。 本次观测只是对一个工作面的观测结果， 并不 一定具有普遍性， 但神府矿区地质条件基本类似， 由 此可以说明， 浅埋煤层开采对浅层地下水的流场、 运 动规律都具有较大影响， 容易疏干浅层地下水。因 此， 控制煤层开采过程中的地下水位下降， 保持地下 水位的相对稳定， 对矿区的环境保护具有重要意义。 1 9 9 5 年 7 月1 H 9 月1 H I t 月1 日1 9 9 6 r 5 月1 H 7 月1 日9 1 1 1 H 图6 开采过程中观测孔地下水位变化过程 2 观测探讨结论 神府矿区是我国西部地区新建的一个特大型现 代化煤炭工业基地， 矿区突出的特点是煤炭资源丰 3 结语 参加本次野外观测和资料整理、 研究工作的还 有我局 1 8 5 队侯高峰等同志， 工作过程中得到了神 东集团公司刘兴海等高级工程师的指导和帮助， 在 此一并致谢 参考文献 [ 1 ] 韩树青， 范立民， 杨保国. 开发陕北侏罗纪煤田几 个水文地质工程地质间题分析〔 J l . 中国煤田地 质， 1 9 9 2 , 4 1 . [ 2 ] 魏秉亮， 范立民， 杨宏科. 浅埋近水平煤层采动地 面变形规律研究【 J l . 中国煤田 地质， 1 9 9 9 , 3 . 3 ] 范立民. 神府矿区煤矿疏降水工程及施工方法 l i l . 水文地质工程地质， 1 9 9 4 , 5 . 参考文献 李英华. 煤质分析应用技术指南[ M] . 北京 煤炭 工业出版社， 1 9 9 9 . 8 . G B / r 3 5 5 8 -8 3 , 煤中氯测定方法【 S ] . 2 0 0 0 . 3 . 姜英. 我国煤中抓的分布及其分级标准〔 1 〕 . 煤质 技术， 1 9 9 8 . 5 . 陈鹏. 中国煤质性质分类和利用〔 M] . 北京 化学 工业出版社， 2 0 0 1 . 1 0 . 徐旭. 煤中抓的赋存形态与释放特性的研究进展 [ 1 7 . 煤炭转化， 2 0 0 1 , 2 4 一 6 . ，IJlesesJIJ，seJ，..J 1工今妇凡‘︸4一、叶 尸‘胜‘-..Lr.IJL..Lr..J 上接第3 6 页 研究工作以便得到更确切的结论。 4 结论 一般实验室用艾氏卡熔样一硫氰酸钾滴定法测 煤中氯含量结果较稳定， 这一方法已得到认可， 此方 法适用于烟煤、 无烟煤、 褐煤中氯的测定。煤中氯的 赋存形式仍然没有一个统一的结论， 但是煤中氯在 燃烧过程中主要以氯化氢的形式释放。我国煤中氯 的含量普遍较低， 一般为0 . 0 1 - 0 . 0 2 0 6 0 团结奋进 塑煤炭工业新形象 万方数据