水质特征模型在下组煤首采面突水水源判别中的应用

水质特征模型在下组煤首采面突水水源

判别中的应用

宋淑光1，孟辉1，张牧1，奚修军1，朱术云2

（1．淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿，山东济宁272175；2．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116）

摘要：通过对淄博矿业集团公司岱庄煤矿影响下组煤开采的3个主要含水层以前所做的大量

水质化学成分化验结果的资料整理，建立了该矿下组煤主要充水水源的水质特征模型。根据最

近突水点水质特征指标与已建立的水质特征模型进行综合对比，准确及时地确定了突水水源。

关键词：地下水；水质特征模型；水源判别；对比分析；煤矿

中图分类号：TD745文献标志码：B文章编号：1003－496X（2012）06－0122－03

The Application of Water Feature Model for Water－bursting Source Judgment at the First Mining

Face of Under－group Coal Seams

SONG Shu－guang1，MENG Hui1，ZHANG Mu1，XI Xiu－jun1，ZHU Shu－yun2（1．Daizhuang Coal Mine，Zibo Mining Group Co．，Ltd，Jining272175，China；2．School of Resource and Earth Science，

China University Mining and Technology Xuzhou221116，China）

Abstract：Through processing the large number of water quality chemical composition test results of three main aquifers，which affect the under－group coal mining at Daizhuang coal mine of Zibo mining group，the water feature model of mainly water filling resource in the under－group coal seam is established．According to the comprehensive comparison between the water feature indexes of a recent water bursting point and the established water feature model，the source of bursting water is determined timely and accurately．

Key words：groundwater；water feature model；water source judgment；comparative analysis；coal mine

在下组煤采掘生产实践中，常会遇到某工作面或掘进头突水问题，首先要考虑的是突水水源问题，判别井下突水水源的方法很多［1－3］，其中根据突水水质的化学成分进行判别仍是目前矿井突水中重要的方法［4－5］。地下水化学成分的形成主要有溶滤及溶解作用、阳离子交替吸附作用、浓缩作用、混和作用、脱碳酸作用和生物化学作用，通常地下水化学成分是很复杂的，但对于给定区域含水层的地下水，其水化学性质指标的变化仍将具有自身的基本特征。故只要把握不同含水层水质的基本属性，就可以根据水化学特征分析水文地质条件，根据水质特征模型判别不同含水层之间的水力联系，从而可区分矿井突水水源。结合淄博矿业集团岱庄煤矿下组煤首采工作面胶带顺槽突水的水质化学特征和已有相关资料进行研究。

1水文地质概况

根据水文地质补勘资料［6］，岱庄煤矿属全隐蔽型煤田，首采区主要可采煤层为16#、17#煤层。采区内对16#、17#煤层开采影响的主要含水层为十下灰、

十三灰和奥灰3个主要的充水含水层。

1）十

下

灰含水层。十下灰含水层平均厚5．32

m，岩溶裂隙发育不均。据2009年8月25日十

下

灰地面观测孔平均水位标高－64．637m，q=0．00157 0．1857L/（s·m），K=0．3551 5．1686m/d，属补给条件较好、中等富水的含水层。该含水层是16#煤层的直接顶板，为该煤层开采的直接充水含水层。

2）十三灰含水层。十三灰厚度1．75 9．30m，平均4．03m，局部有泥岩夹层，钻孔漏水孔率极低，且漏水钻孔分布很分散，表明薄层灰岩富水空间不发育，富水性较弱。2008年1月25日1160采区内

L

13

－4观测孔观测水位标高为+16．130m左右（最近3年最高水位），十三灰至奥灰间距为18．85 27．85m，一般23．4m，但部分地段存在一定的水力联系。

3）奥灰含水层。采区内绝大多数钻孔揭露奥灰厚度50m左右，主要揭露奥灰六段，奥灰最大揭

·221

·（第43卷第6期）应用·实践

露厚度177．87m。根据2011年8月10日1160采区内O2－3观测孔观测水位标高为+15．930m，单位涌水量为0．0161 3．098L/（s·m），渗透系数为0．0289 2．4766m/d，水质属SO4－Ca·Mg型和SO4－Ca型。奥灰含水层厚度大，富水性好，一般作为太原组灰岩含水层的主要补给水源，也是下组煤开采的间接充水含水层。

2充水水源水质特征模型

为快速判别出水水源，矿上及时采取突水点水样送到山东省鲁南地质工程勘察院水质化验室进行水质特征指标的化验。根据水质化验结果，结合该采区以前开拓和掘进期间以做的其它出水点不同含水层已有相关水质化验资料，以前的相关资料共收集30个水质化验结果，其中十下灰6个，十三灰水14个，奥灰水10个。为增加可靠性和准确性，只采用各个含水层相关水质指标的平均值，测试的水化学成分其详细结果见表1。

根据表1中大量以前3个主要充水含水层水化学相关指标进行对比分析，可建立主要影响下组煤开采的主要3个含水层的水质特征模型。

2．1十

下

灰水水质特征模型

①水质类型为SO4．HCO3－Ca．Na（K）型；②在阳离子中Ca2+和Na+K+离子含量较高，占主要阳离子毫克当量百分数的35%以上；③在阴离子中

SO

42－．和HCO

3

－离子含量较高，分别占主要阴离子

毫克当量百分数的66．1%和27．6%；④总硬度和矿化度均相对较低，总硬度为933．0德国度，矿化度为2207．1mg/L。

2．2十三灰水水质特征模型

①水质类型为SO4．HCO3－Ca．Mg型；②在阳离子中Ca2+和Mg2+离子含量较高，分别占主要阳离子毫克当量百分数的71．8%和18．5%；③在阴离子中SO42－．和HCO3－离子含量较高，分别占主要阴离子毫克当量百分数的78．5%和16．5%；④总硬度和矿化度均比十下灰水相应指标高，总硬度1768．0德国度，矿化度为2846．6mg/L。

2．3奥灰水水质特征模型

①水质类型为SO4－Ca．Mg型；②在阳离子中Ca2+和Mg2+离子含量较高，分别占主要阳离子毫克当量百分数的74．3%和20．1%；③在阴离子中SO

4

2－．离子含量占绝对优势，占主要阴离子毫克当量百分数的81．1%；④总硬度和矿化度在这3个主要含水层中均最高，总硬度为2178．2德国度，矿化

表1突水点和以前水样平均值水质特征主要

指标综合对比

充水水源

十下灰

水样

（6个）

十三灰

水样

（14个）

奥灰

水样

（10个）

突水点

水样

（2个）总硬度/933．01768．02178．21512．7

矿化度

/（mg·L－1）

2207．12846．63100．02286．9

主要阳离子

含量

/（mg·L－1）

K+Na+314．3132．081．063．9

Ca2+279．4629．9694．9448．8

Mg2+57．197．1112．595．2

∑阳离子650．8859．0888．4607．9

主要阳离子

毫克当量

/（meg·L－1）

K+Na+10．14．32．62．1

Ca2+14．031．534．722．4

Mg2+4．88．19．47．9

∑阳离子28．943．846．732．4

占主要阳离

子毫克当量

百分数/%

K+Na+35．19．75．66．4

Ca2+48．471．874．369．1

Mg2+16．518．520．124．5

主要阴离子

含量

/（mg·L－1）

Cl－82．277．491．152．0

SO42－1160．01665．21945．31351．9

HCO3－308．2221．3210．2249．7

∑阴离子1150．41963．92246．61653．6

主要阴离子

毫克当量

/（meg·L－1）

Cl－2．32．22．61．5

SO42－24．234．740．528．2

HCO3－10．17．36．98．2

∑阴离子36．644．250．037．9

占主要阴离

子毫克当量

百分数/%

Cl－6．35．05．13．9

SO42－66．178．581．174．3

HCO3－27．616．513．821．8度为3100．0mg/L。

3突水点水源判别分析

3．1突水工作面概况

11601工作面位于1160采区胶带上山的东北侧，是该采区的首采工作面，故四周均为16#煤层待采区。工作面2个顺槽设计长度分别约为1520m 和1574m，工作面倾向净宽约60m。该面胶带和轨道2个顺槽从2011年5月开始进行掘进施工，到现在轨道顺槽已经掘进施工了354m，迎头标高约－528m左右，胶带顺槽已经掘进施工了406m，迎头标高约－533m左右，如图1。

3．2出水概况

2011年7月4日夜班11601工作面胶带顺槽测点F4前1134m巷道迎头断面右上方煤层因打炮眼从炮眼中出水，如图2。该出水点距离巷道右帮约0．5m，距离顶板约0．3m。水从打炮眼的孔中向外流出，有压力，但感觉不大。用大桶法进行流量测

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（2012－06）