煤矿水文地质勘探中群孔抽水试验的应用

摘要：近年来，经济的发展带动着煤炭的开采量不断增大，深度开采已经成为煤矿企业开采的主要方向。煤矿的地质结构相对复杂，因此，在开采前要用科学的方法进行一定的地质勘测，对所开采煤矿的水文和地质情况有一定的了解，才能使开采工作顺利进行。本文就介绍了煤矿水文地质勘探中群孔抽水实验的运用。

关键词：煤矿；水文地质勘探；群孔抽水实验

现代经济社会的发展，对煤炭的需求不断增大，我国浅部的煤炭资源已经枯竭，因此煤炭开采的深度逐渐加大，深度开采已经成为今后煤炭开采的主要方向。有些煤矿企业的地质条件相对复杂，在开采过程中，就会使煤矿表现出其高温、高渗透、高地应力的特点，含水层突涌水已经成为了影响煤矿企业开采的重要原因。如果发生含水层涌水现象，必然会造成一定的经济损失和人员伤亡，所以在开采煤矿前，对其进行水文地质勘探有着重要意义。

一、 煤矿企业水文地质特征

对煤矿企业的水文地质特征有一个基本的了解，可以制定清晰的群孔抽水实验的方案和具体实施步骤，为顺利开展群孔抽水实验奠定基础。

某煤矿区域内沉积岩发育，但是其形成和蕴藏的条件受区域地层、区域构造、地形及地貌等综合控制，在井筒施工中容易发生较大涌水，为防水工作带来了较大困难。影响该煤矿主要开采煤层的地下水主要有十、十四灰岩及奥陶系灰岩含水层。在十七煤层的底板构造地段间接充水水源（十三、十四灰岩及奥陶系灰岩）可转化为直接充水水源，十三或十四灰岩含水层出水能力中等，而奥陶系灰岩含水层出水能力极强。

二、 群孔抽水实验的分析

（一）实验作用

煤矿企业开采前对煤矿的水文地质进行勘探是必不可少的，利用群孔抽水的方法对煤矿的水文地质进行勘探更是具有大作用。首先，可以增加对要开采地区水文地质的了解。有些地质复杂的区域，在开采前如果没有进行群孔抽水实验，对区域的水文地质情况不了解，不仅加大了开采工程的难度，还容易造成安全事故，进行群孔抽水实验可以对开采地区了解的更多，利用实验获得相关的数据，为制定开采方案提供依据；其次，可以提供更多关于涌水量的信息。群孔抽水实验可以在一个主孔内抽水，在其周围设置若干个观测孔观测地下水位，再通过计算取得相应的涌水信息，为开采人员提供数据支持，做好涌水事故的控制措施，一旦发生涌水现象可以及时解决，减小事故损失；最后，群孔抽水实验还有利于寻找更多的水源信息。煤矿在开采过程中需要大量的水源，如果开采地区的地下水资源不足够多，就可以利用群孔抽水实验中获取的水源信息找到矿坑水，给水源做补充，这样不仅可以满足煤矿的开采工作，还减少了对地下水的消耗，避免对周围居民的生活用水造成影响。

（二）实验过程

试验方法：目前在对煤矿水文地质情况勘探进行群孔抽水实验，一般都采用稳定流试验方法。此方法流量较大、时间较长，可以对煤矿开采区域含水层的水文地质条件充分了解。还要用泰斯及雅各布等公式对抽水孔和观测孔半径、影响半径、渗透系数等相关数据进行计算。

根据当前水动力学的相关原理和群孔抽水实验承压水渗透系数以及影响半径，都可以用公式计算，公式为： ，

其中，K——渗透系数m/d；R——影响半径（m）；r——孔径（m）；M——含水层厚度（m）；S——水位降深（m）。

此次试验中选择了5个放水孔，放水孔的平均放水量为每小时423.63平方米，各个观测孔降深的情况见表1。

表 1 群孔抽放水试验各观测孔降深

实验开始后，抽水孔开关开到最大，利用观测孔不断对水位观测，并详细记录水位信息，实验结束，将抽水孔开关关闭，观察每一个观测孔水位恢复的情况，并详细记录。

实验结果：根据观察所记录的数据发现，实验刚开始时抽水量有比较大的波动情况，在实验后期抽水量明显趋于稳定，而且观测水位变化也较小。经过群孔放水试验后，奥灰、十三、十四灰各自形成较为稳定的降深，另外，放水孔经过一段时间后，十三、十四灰均有不同程度的降深，也进一步证明了十三、十四灰含水层与奥灰含水层存在着断裂构造，有一定的水力联系，在一定条件下会引起地下水位发生巨大变化。水位观察记录的数据还体现出奥灰含水层的水位相对稳定，并且变化不是很大。水位监测数据显示地下水位是从西向东逐渐降低的变化形式，这就表明了地下岩溶水的流经方向是自西向东呈现扇形分布结构，水位的梯度变化也逐渐减小，水流逐漸趋向于平稳，岩溶水动力条件相对减弱。

三、结语

中国煤矿资源虽然总量较多，但人口基数较大，煤炭的人均占有量就较少，深部开采煤矿就成为主要的开采方向。煤矿地质的不同，对开采的安全性造成一定的影响，因此加强煤矿企业开采前的水文地质勘探工作是非常重要的。实验表明，群孔抽水技术对煤矿水文地质的勘探起到很大的作用，应该在煤矿水文地质勘探工作中广泛使用。

参考文献：

[1]刘明，张林华.煤矿水文地质勘探中群孔抽水试验的应用初探[J].华夏地理，2015，（6）：89-90.

[2]董一鹏.煤矿水文地质勘探中群孔抽水试验的应用研究[J].能源与节能，2016，（2）：6-7，23.

[3]张江涛.煤矿水文地质勘探中群孔抽水试验的应用研究[J].城市建设理论研究（电子版），2016，（14）：2222-2222.

作者简介： 吴威（1983.11—），辽宁义县，助理工程师