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综合勘探技术在煤矿水害防治中的研究与应用

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  摘  要:扎赉诺尔灵露矿为华能扎赉诺尔煤业公司正在建设的重点井工煤矿,该矿为露天矿的深部接续,露天矿勘探孔未进行封孔,未封闭钻孔是否会使主采煤层上部各含水层组导通,对矿井产生巨大威胁是一个急需解决的问题。文章根据矿区具体情况制定了最新的综合勘探技术方法,采用瞬变电磁勘探、水文钻探、水文测井、对比抽水试验相结合的综合勘探技术方法,对未封闭钻孔导水性作出评价。
  关键词:水文钻探;水文测井;对比抽水试验;未封闭钻孔;导水性
  中图分类号:TD745 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2019)13-0163-02
  Abstract: Zhalai Nor Mine is a key well coal mine being built by Huaneng Zhalainoer Coal Industry Company. This mine is the deep connection of open pit mine. The exploration hole of open pit mine has not been sealed, and whether the unclosed drilling will lead to the conduction of each aquifer group in the upper part of the main mining coal seam is a problem. It is an urgent problem to pose a great threat to the mine. In this paper, according to the specific conditions of the mining area, the latest comprehensive exploration technology method is worked out, and the comprehensive exploration technology method of transient electromagnetic exploration, hydrologic drilling, hydrologic logging and comparative pumping test is used to evaluate the conductivity of unclosed borehole.
  Keywords: hydrologic drilling; hydrologic logging; comparative pumping test; unclosed borehole; water conductivity
  1 综合勘探技术方法采用
  未封闭钻孔导水性研究综合勘探技术是一个非常新的课题,目前在国内还不为多见。灵露矿未封闭钻孔较多(达70多个),而且一旦出现导通现象,矿井将产生大量突水,势必会造成淹井,对井下生产和工作人员的生命带来严重威胁,經济损失将不可估量。所以这是一个非常棘手的问题,也是一个新的挑战。针对矿区面积较大、未封闭钻孔较多的特点,对矿区水文地质进行深入研究,制定了最新的综合勘探技术方法,采用瞬变电磁勘探、水文钻探、水文测井、对比抽水试验相结合的综合勘探技术方法,对未封闭钻孔导水性作出评价。
  (1)瞬变电磁勘探:主要是划分出整个勘探区内地层分布情况,以及依据地层沉积规律结合电法电阻率物性反映,划分出主要地层含水层段,主要查明勘查区Ⅱ2、Ⅱ3主采煤层顶部各含水层及层组分布范围及产状。本次瞬变电磁勘探特点是根据区内实测瞬变数据曲线的变化,结合数据反演成果及勘探区内钻孔资料推断解释,圈定出了区内三个含水层组的分布范围、厚度及变化情况,并圈定隔水层较薄区作为的危险地段,为水文钻孔布设提供靶区。(2)水文钻探:根据对工作区以往水文地质资料的分析研究,再结合地层、构造、情况,以及电法勘探成果和本次研究工作的需要,本着经济、合理、有代表性的原则,共施工了四组水文地质孔(共13个水文地质孔)。水文钻探成井采用较新的工艺:a.止水方式采用同径、异径,托盘海带加泥球分层止水;b.过滤器采用钢管桥式过滤器,大大增加了孔隙率。(3)水文测井:主要采用常规测井及流量测井,对所测钻孔进行岩性划分,对含水层的深度、厚度及含水量进行解释。水文测井的特点是对每个含水层都进行了分层流量测井,拟补了混合抽水获取不到的水文地质参数。所获取的各个含水层的水文地质参数,为矿井今后的水文地质工作提供充分的水文地质依据。(4)对比抽水试验:由于本区含水层数目较多,本次工作不可能对每个含水层都进行抽水和观测。所以把全部含水层划分成四个含水层组,分别对四个含水层组进行抽水和观测。本次抽水试验共进行四组孔(13个孔)对比抽水试验。抽水试验特点在于:a.抽水主孔和观测孔分别位于已知未封闭钻孔两侧,更能直接地验证原钻孔中各含水层组之间水位变化和水力联系;b.在不存在未封闭钻孔的原始地层状态下布置一组孔抽水孔,查明原始地层状态下各含水层组之间水位变化和水力联系;c.共布置四组抽水孔(A、B、C、D)进行对比抽水观测,更全面、客观、具有代表性地反应实际情况。
  2 未封闭钻孔导水性分析
  2.1 地层原始条件下各含水层组之间水力联系
  D组孔(D1、D2、D3)附近不存在以往钻孔,所以能够较客观地反映地层原始条件下各含水层组之间水力关系。
  (1)根据D组孔各含水层组静止水头高度分析
  从表1可看出,D组孔三个含水层组静止水头标高均不同,说明三个含水层组之间不存在水力联系。
  (2)根据D组孔抽水条件下各含水层组水位变化分析
   从表2可看出第Ⅰ含水层组与第Ⅱ含水层组之间不存在水力联系;第Ⅱ含水层组与第Ⅲ含水层组之间不存在水力联系。   2.2 钻孔未封闭条件下钻孔中各含水层组之间水力联系
  A组孔的A1、A2、A3分别位于未封闭钻孔77-62两侧;B组孔的B1、B2、B3分别位于未封闭钻孔77-45两侧;C组孔的C1、C2、C3、C4分别位于未封闭钻孔77-57两侧;对上述三组孔进行抽水,能够比较客观地反映出存在未封闭钻孔条件下钻孔中各含水层组之间水力关系。
  (1)根據各组孔各含水层组静止水头高度分析
   从表3中可看出,A组孔三个含水层组静止水头标高均不同,说明三个含水层组之间不存在水力联系; B组孔三个含水层组静止水头标高均不同,说明三个含水层组之间不存在水力联系;C组孔四个含水层组静止水头标高均不同,说明四个含水层组之间不存在水力联系。
  (2)根据各组孔抽水条件下各含水层组水位变化分析
  从表4中可看出:在三组孔抽水试验过程中,各含水层组之间水位不发生变化,由此可判定第Ⅰ含水层组与第Ⅱ含水层组之间不存在水力联系、由此可判定第Ⅱ含水层组与第Ⅲ含水层组之间不存在水力联系、第Ⅲ含水层组与第Ⅳ含水层组之间不存在水力联系。
  3 未封闭钻孔导水性评价
  在地层原始条件下,根据各含水层组静止水头高度不同和抽水情况下各含水层组水位无相对变化两个方面,可判定各含水层组之间不存在水力联系;钻孔未封闭条件下,根据钻孔中各含水层组静止水头高度不同和抽水情况下各含水层组水位无相对变化两个方面,可判定钻孔中各含水层组之间不存在水力联系;通过以上三个方面的代表性结论,可综合判定目前地层条件下研究区内未封闭钻孔正常情况下未导通各个含水层组,不具导水性。
  4 结束语
  针对未封闭钻孔导水性研究的这种综合勘探技术在煤矿水害防治中的应用是一个非常新的课题,目前在国内很少有类似的课题。该综合勘探技术方法在灵露矿实施后,准确地评价了未封闭钻孔不具备导水性,在矿井水害防治方面起到重要作用,保证了煤矿正常安全生产,取得较好的经济效益,节约资金2000多万元。这种综合勘探技术方法通过井下开采验证表明此勘探技术方法非常适合本矿井,对未封闭钻孔导水性评价的结论是准确的,为煤矿下一步安全生产提供了有效保证,非常值得同行业参考和借鉴。
  参考文献:
  [1]煤矿防治水手册[Z].煤炭工业出版社,2013.
  [2]水文地质手册[Z].地质出版社,2012.
  [3]矿坑涌水量预测方法[Z].中国工业出版社,1963.
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