大南湖二号煤矿烧变岩疏干井水文地质参数差异性分析

大南湖二号煤矿烧变岩疏干井水文地质参数差异性分析刘同庆杨雪徐克全刘海桐（山东煤田地质局第五勘探队山东泰安271000）摘要：大南湖二号煤矿矿区内中侏罗系西山窑组浅部煤层自燃，导致煤层顶底板围岩烧变，形成孔隙裂隙发育的烧变岩，在地质历史时期内由于大气降水及丰水期地表径流的补给，使得烧变岩孔隙内充满了水。烧变岩含水层对下部煤层的剥离开采是巨大的限制，需要预先疏干烧变岩的水以降低采坑排水压力。成井后的降水井水文地质参数显示烧变岩含水层渗透性极好，为极强富水性岩层，层内水力关系密切，烧变岩含水层的非均质性极强。关键词：烧变岩、疏干降水井、抽水试验、非均质性ThedifferenceanalysisofhydrogeologicalparameterofburntrockunwateringwellinDananhuNo2mineAbstract:TheCoalseaminCollieryTheXishanyaoFormationofMiddleJurassicspontaneouscombustion,leadingtothecoalseamroofandfloorrockburnt,Theformationporeandfracturedevelopmentofburntrocks,Inthegeologicaltimeduetoatmosphericprecipitationandtheabundantwaterperiodrunoffrecharge,Makingtheburntrockporesfilledwithwater.Burntrockaquiferonthelowercoalseamminingstrippingisahugelimitationandneedtopredewateringburntrockwaterdrainagetoreducethepressureofminingpit.Theprecipitationwellhydrogeologicalparameterwellofthedisplayaftertheburntrockaquiferpermeabilitygood,strongwaterrichrock,layerhydraulicclosely,burntrockheterogeneityoftheaquiferisextremelystrong.Keyword:BurntRocks,Precipitationdewateringwells,Pumpingtest,Heterogeneity一、研究区自然地理及地质、构造情况1、自然地理大南湖二号煤矿位于哈密盆地南缘，属中天山褶皱带北东延伸部分，地势开阔平坦，相对高差一般小于100m，地势由西至东逐渐倾斜[1]。地层由中生代侏罗系砂、泥岩及煤系地层组成，地表覆盖着第四系风积、残积层。工作区为典型风蚀地貌区，分布有沙丘、沙垄、沙滩、风蚀洼地等风蚀地貌形态[1]。区内降雨稀少，地表无任何水体及常年性径流，地面几乎无植被生长为典型的干旱区荒漠绿洲自然地理环境。在煤矿生活区排放的生活用水区域零星生长了一些杂草。由于气候极端干旱，工作区附近无地表水体，工作区生产和生活用水由哈密市铺设的300m3/h供水管道提供。区内无居民点，缺少水源。一切生产、生活物资包括饮用水均靠区外居民点供应。2、区域地质概况工作区位于吐哈盆地二级构造单元中的大南湖浅凹陷中。大南湖凹陷是吐哈盆地南湖隆起内的一个次级构造单元，凹陷内基底岩石为石炭系变质火山岩系和海西期花岗岩。盖层沉积自下而上依次为三工河组湖泊相沉积，西山窑组冲积扇-河流-三角洲相沉积，三间房组湖泊相沉积，新近系桃树园组冲、洪积相沉积[2]。3、区域构造区域大地构造单元属北天山地槽褶皱带。为晚古生代地槽型沉积，厚度巨大，火山活动强烈，特别是石炭-泥盆系火山岩发育，华力西期各类侵入活动较频繁，褶皱形态以线状为特征，构造线主要为东西向[2]。4、研究区构造大南湖矿区二矿范围内地层倾角一般3~5°，井田东北局部较陡（达13°），褶曲均宽缓、断层不甚发育。总体构造复杂程度中度，见井田构造纲要图（图1）。二矿范围内发育断层1条（F4），位于本矿区南部边界处，正断层，走向NW转NE，倾向南，倾角65°，落差0～25m，矿区范围内延展长度0.8km，为基本查明断层。矿区范围内主要褶曲1条（南湖北向斜），位于矿区中南部，轴向NE，消失于矿区东部。矿区范围内两翼地层倾角一般3~5°，矿区内延展长度3.45km。[1]二、研究区疏干井概况图1矿区构造纲要及降水井展布图大南湖二号露天煤矿开采过程中，采掘场首先揭露第四系、侏罗系地层和烧变岩层，届时烧变岩含水层潜水将涌入采掘场，成为采掘场直接充水水源。根据拉沟位置南侧Ⅲ火烧区烧变岩含水层组在空间展布上的特点，需要采用地表降水井疏干方式预先降低烧变岩该含水层组地下水位，并在南帮、非工作帮相应平盘设排水沟和集水坑，利用工作面潜水泵排除地下水[3]。本次施工的疏干降水井为地表预先疏干，适用于水文地质、工程地质条件较复杂的工作区。在Ⅲ火烧区地表施工6口疏干钻孔，用深井泵将充水岩层地下水排出地表，预先降低水位和水压，可减小采掘场排水压力。降水井的位置如上图1所示。三、Ⅲ火烧区烧变岩发育情况1、Ⅲ烧变岩发育范围Ⅲ火烧区位于井田中部，走向近南西－北东向，东西长约3000米，南北宽约1400米，火烧面积大约4.2km2，造成本矿区东南部3～30煤层烧蚀，见图1。烧蚀深度最浅101.62m，最深226.42米，烧变岩厚度12.85～188.22m，地面标高414.03～454.35，第四系厚度0～13.10m。[1]水位埋深5.50～57.54m。水化学类型为Cl-Na型，矿化度16.5g/L。[1]本次施工针对该含水层进行抽水试验，单位涌水量为4.995～58.995L/s.m，为强～极强富水含水层。该含水层的特性是接受大气降水能力强，接受地下水补给较快，赋水空间大和下伏地层水力联系密切。2、Ⅲ烧变岩露头特征工作区6口降水井的孔位开孔即为烧变岩，周围低洼地带有少量的第四系细沙覆盖，大部分地带都为烧变岩直接出露区。烧变岩原岩主要为泥岩、粉砂岩、细砂岩、炭质泥岩及煤层，粒级偏小，在地层含硅质、泥质较多的层段，原岩烧变易发生陶瓷化。根据对露头的观察发现，烧变岩较为破碎，裂隙极为发育，具有一定的储水空间，是良好的透水通道。具体见图2-1~2-4露头照片。煤层的火烧导致烧变岩改变了原岩的结构和构造，烘烤裂隙、烧融空隙、坍塌空隙都在烧变岩含水层不同程度的发育，因而烧变岩的储水空间大小及导水通道的良莠具有极强的非均质性，这在6口降水井的渗透系数差别上也有所体现。图2-1烧变岩烧融空隙图2-2烧变岩烧融坍塌空隙图2-3烧变岩烘烤层内裂隙图2-4烧变岩烘烤层间裂隙四、降水井抽水试验水文地质参数1、降水井水文地质参数计算6口降水井穿过均穿过烧变岩含水层，且烧变岩含水层顶界有自由水界面，为潜水含水层，所以参考潜水完整井计算公式：KHsRrRSSHQK)2(732.00（1）式中K——含水层渗透系数(m/d)Q——抽水井流量(m3/d)sw——抽水井中水位降深(m)R——影响半径(m)Ho——潜水含水层厚度(m)rw——抽水井半径(m)q——单位降深涌水量(L/s·m)。表1降水井观测水文地质参数表井号水位埋深（m）静水位标高（m）抽水试验降深s（m）抽水试验涌水量Q（m3/d）含水层厚度M（m）抽水井半径rw（m）SJ151.01402.871.661473.5044.440.25SJ251.08403.062.081117.7146.070.25SJ347.06402.992.861249.0952.190.25SJ445.55403.262.591117.7164.680.25SJ546.21403.092.021036.5968.640.25SJ645.68403.000.19968.4296.920.31根据已知水文地质参数（表1），参照潜水完整井计算公式（1）可得含水层渗透系数K及抽水影响半径R，各井参数见表2。表2降水井计算水文地质参数表井号SJ1SJ2SJ3SJ4SJ5SJ6渗透系数K(m/d)47.80427.91620.86916.21917.58096.110影响半径R（m）153.022149.185188.771167.776140.3435.783单位涌水量q(L/s·m)10.2746.2195.0554.9955.94058.9952、水文地质参数差异性分析SJ6抽水试验较其他5井降深小、单位涌水量大，基本要差一个数量级，分析其原因有二：1）钻探工艺不同。SJ6是采用冲击钻大钻头成孔，会导致成孔口径大，填入的砾料量多，过水面积大；再者冲击钻会震碎井筒周围本已破碎且裂隙发育的烧变岩岩层，形成井筒周围的附加裂隙，增加了含水层导水通道，进一步加大其进水面积。2）烧变孔洞。推测SJ6井筒周围是原煤层烧燃坍塌，空隙发育，上部岩层烧变、破碎、坍塌严重的区域，地下烧变岩含水层孔隙、裂缝及空洞极为发育。其他5井的烧变岩坍塌破碎程度较低。五、结论在烧变区域泥岩烧变后变形，裂隙孔隙发育，而砂岩在受煤层烘烤烧结后产生大量的裂隙孔隙形成导水通道，加之煤层燃烧后导致上覆岩层的坍塌，加大了烧变岩含水层的含水空间及导水通道。烧变岩受大气降水、雪融水的补给形成烧变岩潜水岩。烧变岩含水层渗透性极好，在烧变岩含水层水丰度大，为极强富水性岩层；且地下水径流补给迅速，层内水力关系密切。烧变岩含水层的非均质性极强，研究区烧变岩含水层为，且具备良好的透水通道。作者简介：刘同庆（1987-），男，山东潍坊人，主要从事地球物理勘探及水文地质应用与研究工作，山东煤田地质局第五勘探队，山东省泰安市岱岳区迎宾大道219号，271000，18553808656.参考文献[1]丁启交，孔凡顺，高志军，等.新疆哈密市大南湖煤田二井田勘探地质报告[R].新疆地矿局第一地质大队，2006.[2]王世新.新疆吐哈盆地南缘构造演化地质特征及聚-成煤规律[D].吉林大学，2013.7[3]刘同庆，吕强，等.大南湖二号煤矿疏干降水井工程报告[R].山东泰山地质勘查公司第五工程处，2014.