榆神礦區(qū)礦井充水因素及礦井水的利用

1、1榆神礦區(qū)礦井充水因素及礦井水的利用榆神礦區(qū)礦井充水因素及礦井水的利用蔣澤泉，姚建明（陜西省煤田地質(zhì)局一八五隊(duì)，陜西榆林719000）摘要：以榆樹灣井田為例，論述了榆神礦區(qū)礦井水文地質(zhì)條件及礦井充水因素。認(rèn)為榆神礦區(qū)礦井水資源較豐富，部分煤礦的涌水量可達(dá)8000m3d左右，是礦區(qū)供水和生態(tài)環(huán)境建設(shè)寶貴的水資源，提出了利用礦井水的建議。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：礦井水；水文地質(zhì)條件；充水因素；保水采煤中圖分類號(hào)中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)示碼文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A文章

2、編號(hào)文章編號(hào)：1671749X（2008）02基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：陜西省軟科學(xué)基金項(xiàng)目（2007KR18）。收稿日期收稿日期：20071028作者簡介作者簡介：蔣澤泉（1967），男，陜西臨潼人，1988年畢業(yè)于陜西水利學(xué)校，曾經(jīng)獲陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（2006）和三等獎(jiǎng)（2004），工程師，從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)工作。0前言前言榆神礦區(qū)是我國新建的一個(gè)大型礦區(qū)，也是陜北大型煤炭基地建設(shè)的核心區(qū)，目前礦區(qū)一期建設(shè)的煤礦主要有錦界、涼水井

3、、榆樹灣煤礦等。為了合理利用資源，促進(jìn)基地建設(shè)持續(xù)健康發(fā)展[1]，作者認(rèn)為，應(yīng)該充分利用礦區(qū)有限的水資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，做到采煤與保水并舉[2]。榆樹灣井田分屬禿尾河和榆溪河流域，東部絕大部分面積屬禿尾河流域，西部以分水嶺為界以西屬榆溪河流域，約占井田面積的15～16。東部發(fā)育的河流主要有東南部的東、西清水河、高家溝、草灣溝、賀家溝和東北部的田家溝、尚家溝兩大溝系，最終都經(jīng)紅柳溝匯入禿尾河。東南部的東、西清水河屬常年性河流，流量隨季節(jié)變

4、化較小，年總徑流量為115萬m3a其它各支溝屬季節(jié)性河流，流量較小且隨季節(jié)變化幅度較大。東北部的田家溝和尚家溝為季節(jié)性河流年總徑流量約為25萬m3a。本文以榆樹灣井田為例，簡要論述榆神礦區(qū)礦井充水因素和礦井水資源化利用問題。1礦區(qū)水文地質(zhì)條件礦區(qū)水文地質(zhì)條件榆神礦區(qū)地下水主要有薩拉烏蘇組潛水和燒變巖潛水[3]，其中榆樹灣井田主要是薩拉烏蘇組潛水，附近的煤礦在采煤過程中，曾經(jīng)發(fā)生過礦井突水事故[4]，礦井水較大，因此，對(duì)礦井水加以利用，不

5、僅可以緩解礦區(qū)供水緊張的矛盾，還有利于煤礦安全生產(chǎn)。1.1含（隔）水層含（隔）水層薩拉烏蘇組潛水含水層：主要分布于井田中部及西北部，多被風(fēng)積沙覆蓋，在低洼處與其構(gòu)成統(tǒng)一含水層，厚度變化較大，一般為0~19.20m，巖性主要為細(xì)砂，偶為中粗砂，局部夾有含泥及腐殖質(zhì)粉砂條帶和透鏡體。水位埋藏較淺，一般為0.73~2.86m。富水性強(qiáng)～弱皆有分布。井田較大部分屬富水性弱區(qū)，在首采區(qū)富水性中等區(qū)占較大優(yōu)勢。含水層主要接受大氣降水的補(bǔ)給，在沙漠灘

6、地區(qū)，地勢平緩，降水入滲系數(shù)為0.6。據(jù)鉆孔抽水資料，榆樹灣井田薩拉烏蘇組含水層單位涌水量0.0655~0.230Lsm，滲透系數(shù)0.968~2.332md，礦化度224~262mgL。離石黃土及三趾馬紅土隔水層：廣布全區(qū)，厚度83.75~175.0m，該層上部為亞砂土、亞粘土，局部柱狀節(jié)理發(fā)育。下部巖性為棕紅、淺紫紅色粉質(zhì)粘土，含鈣質(zhì)結(jié)核。據(jù)C52號(hào)鉆孔抽水資料，上部黃土層單位涌水量為0.000174Lsm，滲透系數(shù)為0.0027md

7、。富水性極差，為區(qū)內(nèi)主要3作用將基巖承壓水全段溝通。故本報(bào)告以22煤層上覆基巖厚度110m為基準(zhǔn)，低于110m范圍為導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育范圍，即在該范圍內(nèi)基巖水將全部被裂隙導(dǎo)通。所以在此應(yīng)特別指出的是尚家溝一帶，22煤上覆基巖富水性強(qiáng)于區(qū)內(nèi)其它地段，根據(jù)Y15號(hào)孔流量測井曲線及抽水資料綜合分析，其主要含水層為基巖頂部巖石強(qiáng)風(fēng)化段，且補(bǔ)給充足。煤層開采頂板巖層垮落形成的導(dǎo)水裂隙將會(huì)導(dǎo)通該含水層，使間接充水含水層轉(zhuǎn)化為直接充水含水層，提請(qǐng)礦建設(shè)計(jì)

8、部門及礦井水文地質(zhì)工作者注意，在井下排水設(shè)備選型時(shí)予以重視，并在將來礦井生產(chǎn)中對(duì)此地段的礦井涌水量的動(dòng)態(tài)變化重點(diǎn)監(jiān)測。除此以外的大部地段巖層富水性弱～極弱，將不會(huì)對(duì)采礦造成危害，需要說明的是此結(jié)論是在目前勘探程度上得出的，除首采區(qū)外，其它地區(qū)還缺少鉆孔的控制。建議在未來的工作中，應(yīng)對(duì)尚家溝地段Y15號(hào)孔附近風(fēng)化巖承壓含水層的水文地質(zhì)特征做進(jìn)一步探明。對(duì)于上覆薩拉烏蘇組潛水，榆神府礦區(qū)保水采煤研究成果[2]，針對(duì)礦區(qū)第四系薩拉烏蘇組含水層

9、下存在有較厚粘土隔水層，且考慮到導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化帶和粘土層。采用有限元法建立對(duì)應(yīng)的模擬幾何模型，使用該模型試驗(yàn)計(jì)算得出：基巖頂部有巨厚粘土層時(shí)（粘土層厚度大于18m），達(dá)到保水采煤的目的則保水煤柱要求最小尺寸為Hbsh，即導(dǎo)水裂隙帶最大高度。該種狀況時(shí)，煤層上覆巖層實(shí)際保水煤柱尺寸為Hbsh實(shí)=基巖厚度粘土層厚度，當(dāng)Hbsh實(shí)＞Hbsh時(shí)則屬于安全保水采煤區(qū)，即松散層潛水不會(huì)因采煤而漏失。報(bào)告著重強(qiáng)調(diào)了粘土層的隔水作用。對(duì)榆樹灣井田

10、而言：Hbsh=91.60m，分析本區(qū)22煤上覆巖層特征，在基巖最薄區(qū)和土層最薄區(qū)所計(jì)算得Hbsh實(shí)均大于Hbsh。因此，本井田全區(qū)均處于安全保水采煤區(qū)[2]。需要說明該結(jié)果是在較細(xì)致的理論研究基礎(chǔ)上得出，截止目前還沒有例證說明，因而，應(yīng)在礦井生產(chǎn)中對(duì)涌水量進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，取得實(shí)測數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的分析，總結(jié)規(guī)律以指導(dǎo)以后生產(chǎn)。據(jù)預(yù)測[7]，榆樹灣煤礦主斜井涌水量為1583.9m3d。用“大井法”計(jì)算，首采區(qū)開采22煤層時(shí)的礦井涌水量

11、為8875m3d。用“積水廊道法”計(jì)算，首采區(qū)開采22煤層時(shí)的礦井涌水量為9040m3d。因此，礦井具有較豐富的礦井水資源。3礦井水利用礦井水利用礦井水主要來源于地下水，研究區(qū)地下水水質(zhì)較好，未受到污染：區(qū)內(nèi)地下水化學(xué)特征主要受古地理環(huán)境及補(bǔ)給、徑流、排泄條件的控制。本區(qū)淺層潛水一般為無色、無味、無嗅、透明度好的中性淡水，礦化度一般小于300mgL，水質(zhì)良好。而基巖承壓水因富水性差，水化學(xué)類型復(fù)雜，多為淡水~微咸水，水質(zhì)相對(duì)較差，并且在

12、垂向上表現(xiàn)出隨深度增加，地層沉積時(shí)代變老，地下水運(yùn)動(dòng)變慢、交替不暢，水化學(xué)類型由簡單到復(fù)雜，由重碳酸鹽逐漸向硫酸鹽和氯化鹽轉(zhuǎn)化，礦化度也逐漸升高的規(guī)律（表1）。表1地下水化學(xué)特征表地下水化學(xué)特征表采樣位置采樣位置含水層含水層時(shí)代時(shí)代總硬度總硬度(mgL)礦化度礦化度(mgL)水化學(xué)類型水化學(xué)類型PH值尚家溝泉10Q3s65.33214.22HCO3Ca7.5榆樹灣井36Q3s82.72274.00HCO3Ca7.8西清水溝掌37Q3s6