华北型煤田矿井岩溶水涌(突)出机理与涌(突)水量预测方法探讨

北方岩溶水系统的形成与相关河流的发育贯通相辅相成。不同的岩溶水系统模式表现出不同的地下水动力学特征,岩溶水径流带控制的岩溶水网络系统是北方岩溶水系统的基本特征。天然状态下,华北型煤田煤层顶板砂岩地下水系统与底板岩溶地下水系统有水力联系的区域,是矿井岩溶水涌(突)出的危险区。煤矿采掘工程打破了煤层顶、底板地下水系统水压力平衡,在压差作用下,承压岩溶水的"压裂"作用对构造煤系发育层段的疏通有着重要作用。承压岩溶水的释放或涌(突)出,是岩溶承压含水层弹性贮存量的释放,岩溶水运动属非稳定流。将断层等线形过水断面概化成环状井(孔)过水断面,则可用定降深非稳定流承压井流方程,预测可能的岩溶水涌(突)水流量及其变化规律。对流量函数Q(t)定积分,则可预测任意延续时间段的涌(突)水量。基于承压岩溶水弹性释放的非稳定流矿井岩溶水涌(突)水量预测方法,突破了岩溶水涌(突)水量无法预测的禁锢,对提升矿井岩溶水防治水平,解放华北型煤田下组煤有积极、重要意义。     

地下水化学特征在岱河矿涌水水源判别中的应用

岱河矿区地下水系统包含三个主要子系统:第四系全新统孔隙含水层、煤系砂岩裂隙含水层组及煤系下伏灰岩岩溶裂隙含水层组。通过对矿区三个子系统地下水化学特征分析,确定各子系统涌出水来源判别依据的水溶组分并建立各子系统所特有的水质模型,进而提出矿井涌水水源判别模式。实际应用表明,该判别模式具有快速准确的特点,可以为了解矿井涌水来源,预测矿井涌水量,防治矿井突水提供理论依据。     

山西省柳林矿区地下水水化学和同位素特征研究

山西省柳林县地方煤矿众多,各生产煤矿受"太灰"、"奥灰"岩溶水的威胁十分严重,但对整个矿区内含水层的水文地质特征认识程度较低。在山西省柳林县兼并重组整合煤矿区水文地质补充勘探项目基础上,通过研究柳林矿区内各含水层的地下水化学特征,进一步提升该区对煤矿开采有影响的含水层地下水赋存规律的认识程度,确定了柳林矿区主要含水层的特征离子,为今后矿井突水水源的研究判别提供依据;同时通过水化学同位素特征揭示了矿区内奥陶系含水层的补给、径流、排泄条件,即矿区地下水补给来源为大气降水,矿区位于柳林泉域岩溶地下水的集中排泄区下游,区内岩溶地下水径流滞缓、水循环条件差。     

合山煤田矿井水害防治措施探讨

合山煤田是典型的岩溶充水矿床．矿井开采水害严重。煤层的直接顶、底板为碳酸盐岩类,岩溶极为发育,为矿井的直接充水含水层;煤层底部的茅口组为强岩溶含水层,与煤系地层的联系密切,为间接充水含水层;位于煤田两侧的红河水是矿井充水最主要的补给水源。断裂、节理和破碎带等通道是矿井充水的主要通道。通过分析井下突水点的发育特征,认为强岩溶导水带是矿井突水的关键部位,防治矿井水害的重点是切断岩溶导水带,对强导水带进行封堵,防止红水河的侧向补给,对四煤底板灰岩进行加固。总结出地面防治的主要方法为帷幕式、截堵式、堵水点式和地面铺盖式。对井下防治水,提出了有疑必探,先探后掘,设置防水闸门、防水墙,实行分层、分区开采,加强井下排水等防治措施。     

河南新密煤田二1煤层充水特征分析

新密煤田在开采二1煤层时,矿井涌水量从每小时数立方米到上千立方米,差别极大,个别矿井因水量太大多年达不到设计开采能力。在研究矿区水文地质条件的基础上,分析了煤层的充水特征,认为煤层的顶板直接充水含水层是二叠系下统下石盒子组底部的砂岩裂隙水,底板直接充水含水层是石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层,奥陶系岩溶裂隙含水层是煤层底板间接充水含水层;通常情况下顶板水不会对采煤构成威胁,灾害性突水主要来源于煤层底板;石炭系灰岩含水层与奥陶系灰岩含水层水力联系较密切,通常矿井大的涌水都有奥陶系灰岩水参与;大隗断层使得区内寒武系中上统灰岩直接与二叠系石千峰组砂、页岩接触,隔断了南北两侧的水力联系,并将矿区分割为两个水文地质亚区;矿井在开采深度在+50m标高以上时,充水水源主要来源于煤层顶板,底板无水,在开采深度在+50m以下时,矿井涌水量相对较大,随着开采深度的增加,矿井涌水量有逐渐减小的趋势。该研究对确定矿井充水因素,进行突水预防具有指导和借鉴意义     

丰予井田地下水化学特征分析及意义

了解地下水化学特征及其形成作用对于快速识别矿井突水水源、防止矿井突水具有重要意义。在系统分析丰予井田水文地质条件的基础上,运用各常规离子与TDS（溶解性固体总量）的二次拟合曲线、Piper三线图、离子浓度变异系数、地下水Stiff图、TDS等值线图、Gibbs图以及离子比例系数图对各含水层的地下水水化学特征及形成作用进行分析。研究结果表明:各含水层的离子浓度变异系数均小于1,离子的分布比较稳定;山西组和太原组的水化学类型均为HCO₃·Cl-Na+K·Ca,且Na++K+与TDS浓度均较大,山西组和太原组是相对封闭的含水层,新生界和奥陶系的水化学类型为HCO₃-Ca·Mg;水岩作用是影响各含水层化学成分的主要作用,碳酸盐岩溶解、硅铝酸盐溶解以及蒸发岩溶解是影响地下水化学成分的主要因素。      

黑塘煤矿矿井充水因素分析

在充分收集黑塘煤矿地质勘查资料的基础上,对资料进行整理归纳与分析研究,对煤矿含水层结构及开采状况下矿井充水因素进行分析。认为煤矿的主要含水层为永宁镇组、关岭组、飞仙关组第二段、第四段、茅口组等,而矿井的顶板直接充水水源主要为龙潭组地层的裂隙水、老窑水、长兴组裂隙水和滑坡水及岩溶水为间接充水水源,大气降雨是本区地表水、地下水主要补给来源。在煤矿老窑、断裂分布地带井下可能产生突水,指出了煤矿可能突水的地带。在矿井生产中应采取相应防突水措施,保证煤矿生产安全。     

采动影响下矿井突水水源Fisher判别与地下水补给关系反演

为了揭示采动影响下矿井突水水源误判原因,进而推测地下水补给关系,收集了朱仙庄煤矿历年水化学资料,建立了突水水源的Fisher判别模型,并根据水样误判结果以及矿井地质与水文地质条件,反演分析了地下水补给关系.研究结果表明朱仙庄煤矿煤系砂岩裂隙含水层全部水样回判正确,含水层较为封闭,与其他含水层无水力联系;新生界第四含水层、侏罗系砾岩含水层与石炭系或奥陶系灰岩含水层部分水样误判,矿井采动影响下不同时期含水层间的地下水存在不同程度的水力联系,矿井新生界第四含水层水源对侏罗系砾岩含水层存在补给,石炭系或奥陶系灰岩水则通过矿井南部露水补给新生界第四含水层.地下水动力条件的变化验证了地下水补给关系.建立突水水源判别模型,分析回代误判原因,反演地下水补给关系,为正确认识矿井采动影响下地下水循环条件提出了新的研究手段.     

利用水化学特征识别桑树坪煤矿突水水源

及时准确地找到突水水源,是解决矿井突水问题的关键。通过对桑树坪煤矿主要含水层水样进行常规水质分析,并通过Piper三线图揭示了矿区不同地下水含水层的水化学特征,并通过出水点与背景值的水文地球化学特征对比,正确地判断出了该矿区突水水源为奥灰岩溶水。研究认为,水化学特征分析是一种快速判别突水水源的有效方法。     

利用水化学特征识别桑树坪煤矿突水水源

及时准确地找到突水水源,是解决矿井突水问题的关键。通过对桑树坪煤矿主要含水层水样进行常规水质分析,并通过Piper三线图揭示了矿区不同地下水含水层的水化学特征,并通过出水点与背景值的水文地球化学特征对比,正确地判断出了该矿区突水水源为奥灰岩溶水。研究认为,水化学特征分析是一种快速判别突水水源的有效方法。      

宜万铁路野三关隧道“8.5”突水事故成因分析

2007年8月5日宜(昌)万(州)铁路野三关隧道发生了重大的岩溶突水事故.在岩溶水文地质调查的基础上,对野三关隧道所处流域两个主要岩溶洼地以NaCl为示踪剂进行了充水水源和充水途径的示踪试验.两次示踪试验结果查明水洞坪岩溶洼地是"8.5"突水事故的主要水源,茅口组灰岩中发育的周家包暗河被F18断裂切割,将暗河水导入隧道形成突水事故.稻子坪的水在隧道突水段西以渗-涌水的形式进入隧道.水洞坪示踪实验得出二叠系栖霞-茅口组岩溶含水层中的地下水流速为50 m/h.稻子坪示踪试验得到茅口组灰岩含水层中的地下水流速为45.5 m/h;大冶组灰岩含水层中的地下水流速为10.8 m/h.本示踪结果为宜万铁路野三关隧道的后期恢复施工和防渗工作提供了依据,并为岩溶地区深埋隧道的设计和施工提供了试验和分析工作的实例参考.     

川南古叙矿区某矿水质特征及对岩溶发育的影响

川南古叙矿区某矿在基建过程中多次揭露大型导水陷落柱或溶洞,导致突水事故。该矿煤系地层底板为茅口组灰岩,岩溶发育,富水性强,为煤层的直接充水含水层。依据地表水和地下水的水质特征,结合连通试验,分析了矿区地表水和地下水的补给关系,并讨论了地下水水质的成因及其对茅口组灰岩岩溶发育的影响。结果表明,地表水水质为含可溶性固体少的HCO3-Ca型水,呈中性—弱碱性;地下水水质以含可溶性固体少的SO4·HCO3-Ca型水为主,呈酸性—中性,次为含可溶性固体少的SO4-Ca型水。地表水与地下水相互补给,呈酸性的地下水水质源于硫铁矿层的溶解和氧化,对茅口组灰岩岩溶发育有强烈的促进作用。此结果对防治矿井水害具有一定的指导意义。     

淮北煤田张楼井田水文地质特征及矿井涌水量预算

张楼井田内赋存有多个含水层(组)和隔水层(组),地下水会对矿井开采带来不利影响或灾害。通过对井田水文地质条件和充水因素的分析,认为煤系地层中砂岩裂隙水是煤矿开采的直接充水水源,松散层第四含水层砂层孔隙水和古近系底砾岩孔隙裂隙水是主要补给水源,因断层影响或开采10、11煤层时,太原组灰岩岩溶裂隙水可能会对矿坑直接充水。采用地下水动力学公式法和比拟法分别预算了矿井涌水量,建议采用比拟法预算结果。     

潘二矿奥陶系岩溶地下水数值模拟及疏放性分析

奥灰岩溶水是淮南煤田目前A组煤层开采水害威胁主要突水水源,预测和超前防治对于A组煤层安全开采具有十分重要现实意义。采用地下水系统分析、统计分析及数值模拟方法,对潘二矿“5.25”奥灰突水前后岩溶地下水动态进行系统分析,建立了数值模型,对比了防治方案,结果表明：奥灰水与太灰水之间水力联系程度存在较大差异性,其中与C₃III组含水层间水力联系密切,而与上部C₃I、C₃II组联系较弱;模拟结果间接反映了奥灰浅部裂隙、溶隙、岩溶塌陷较为发育,而深部岩溶发育相对较差;在防治方案上,将疏水降压与区域治理相结合是最佳方案,研究成果为矿井及类似矿山岩溶水害防治提供一定参考。     

红岩煤矿岩溶水对暴雨响应特征研究

岩溶地下水系统由于管道流和扩散流同时存在而非常复杂。岩溶区暴雨过程中矿井突水造成了生命与财产的重大损失，因此在这些地区掌握矿井突水对暴雨响应特征是极其关键的。本文在大量监测资料基础上研究了红岩煤矿岩溶地下水系统，利用时间序列频谱分析建立了突水与暴雨之间的响应模型，并利用该模型预测了矿井突水趋势。     

基于矿井排水的水文地质参数识别

由于强烈的非均质性,如何识别岩溶裂隙含水层水文地质参数是一个由来已久的难题。本文利用焦作矿区、荥巩矿区及永夏矿区生产矿井大流量、长时间的排水资料进行识别岩溶裂隙水含水层的水文地质参数,计算结果发现：K值均在100m/d量级上,μ＊值均在10^-3量级上,与孔隙含水层的值相当;用识别的参数预算矿井涌水量与区域降雨补给量接近,回报水位及给定条件下排水量误差均不超过2%。结果表明,可以用渗流理论模型对管道流、裂隙流进行概化处理。研究成果提出矿区岩溶裂隙地下水参数计算的新方法,为防控矿坑突水、安全生产提供了新思路。     

汪家大井岩溶地下水运移特征研究

汪家大井岩溶地下水系统是贵州岩溶山区典型的“封闭型”储水构造系统。垂向上,含水系统具有“双重”性质;平面上,岩溶水补给、径流和排泄的“分区性”显著。通过地面调查、水文地质钻探、水文地质测井、示踪试验、长期动态监测等手段,应用地学、地质力学和地下水动力学原理,分析该类型地下水系统岩溶地下水运移的时空特征,结果可知:汪家大井岩溶地下水系统受永乐堡复式向斜控制,隔水层与含水层空间上呈“圈闭”“船型”和“条带状”分布,含水层的孔隙度、出水段的“分层性”显著;地下水径流在构造应力“控制性”和“方向性”显著,岩溶系统地下水力特征和岩溶发育,流量动态特征属于缓变型。研究结果为水源地的开发和保护提供了技术支撑。     

榆神矿区煤矿防治水的几点思考

为了科学解释榆神矿区矿井涌水量较大的涌（突）水事件,为煤矿防治水奠定基础,分析了近年来区内发生的突水事件及矿井较大涌水情况,提出矿井较大涌水形成机理、红土层水文地质性质、矿井涌水量预测的准确性等疑问,阐述了突破“井田”范围,从区域上研究地下水系统和突水水源,关注延安组、直罗组、安定组、洛河组等砂岩弱富水含水层,从导水裂隙带中寻找突水水源,科学评价各岩（土）层的水文地质条件,采动岩层（含水层）渗透性演化以及探索矿井水害源头预防和区域治理思路等几点思考,提出应该从区域上认识水文地质条件及对煤矿涌（突）水的“贡献”,揭示矿井较大涌水形成机理,进一步加强水文地质补充勘探,准确识别含水层、隔水层及其空间赋存关系,探测大采高、大采面环境下导水裂隙带发育规律,并提出从区域上识别地下水强径流带和局部富水区的基础上,制定矿井水害防控措施的思路,为榆神矿区煤矿水害防治提供借鉴和帮助。      

开滦范各庄矿岩溶陷落柱特大突水灾害的治理

1984年6月2日,开滦范各庄矿2171工作面发生了一场世界采矿史上罕见的奥陶纪灰岩（以下简称奥灰岩）岩溶陷落柱特大突水灾害。根据淹没体积测算。突水高峰期平均涌水量为2053米3/分。范矿淹没后,6日矿井水突破边界煤柱,溃决流入相邻的吕家坨矿,10日吕矿被淹没,12日与其相邻的林西矿发现边界煤柱地段渗水,渗水量随吕矿水位上升而增大（达16米3/分）。为控制灾情发展,决定采用“排,截、堵”相结合的综合治水方针,即(1)用20台大型潜水泵在吕、范两矿进行大流量(300米3/分)排水,控制水位上升,(2)在目、林两矿边界煤柱的漏水段进行打钻注浆加固,在林、赵(各庄)、唐(家庄)矿井下建造水闸墙,以截断吕矿可能过去的水量;(3)在动水条件下对目、范边界处三条过水巷道注浆截流,对范矿2171工作面奥灰岩岩溶陷落柱注浆封堵。      

乙醇示踪剂在岩溶水研究中的应用

<正> 一、前 言 乙醇作为地下水示踪剂,首次在我国典型岩溶地区进行试验,已初步获得成功。 本文具体介绍了山东枣庄、河北峰峰、邯郸王风、广西合山等矿区用乙醇进行地下水示踪试验所取得的水文地质成果,如其中包括探索地下水的流速流向、地下水的迳流补给、含水层之间的水力联系、矿井突水水源、岩溶通道、断层导水性及其主要导水部位、帷幕注浆截流效果检验等方面的实际应用问题。 示踪试验是研究岩溶水运动的重要手段之一,而示踪效果则主要取决于示踪剂的选择等因素。