【正文】 底板巖體強度的基礎(chǔ)上, 結(jié)合水文數(shù)值模擬計算的結(jié)果, 對底板灰?guī)r水賦存狀況進行分析與評價之后, 來確定合理突水系數(shù)的值, 從而對底板進行分段處理, 具體做法為: 對不需疏水或加固段, 不進行處理。（2）通過大型放水試驗, 查明了一定區(qū)域范圍內(nèi),不同含水層之間的水力聯(lián)系, 主要構(gòu)造的邊界條件性質(zhì), 如松散層中不同含水層之間的越流補給情況、導(dǎo)水斷層、隔水斷層以及構(gòu)造單元內(nèi)的水文地質(zhì)條件?；谝陨锨闆r, 進行大型井下放水試驗, 有著重要的現(xiàn)實和長遠意義。對煤層下部灰?guī)r含水系統(tǒng)而言, 由于其裂隙、溶隙、溶洞發(fā)育具有不均勻特點, 尤其是奧陶系灰?guī)r與太原組灰?guī)r存在密切聯(lián)系, 對煤層底板有較大的水壓力, 不同的部位這種壓力大小又存在懸殊差異, 煤層在開采過程中, 往往在底板薄弱地段出現(xiàn)底板突水現(xiàn)象, 小到影響生產(chǎn), 大到淹沒采區(qū)工作面。 大型放水試驗的意義對于煤系地層上部而言, 在徐淮地區(qū), 主要為新生界松散層中的底部含水層, 古沉積環(huán)境屬于沖洪積以及河流等多種沉積相形成的砂礫層, 不同構(gòu)造單元, 不同古風(fēng)化面, 其沉積時期所形成的沉積物不盡相同, 利用特殊情況下的放水試驗不僅能夠分析突水含水層在區(qū)域范圍內(nèi)的地下水動力場的變化情況, 而且對于了解區(qū)域范圍內(nèi)不同含水層之間的水力聯(lián)系,創(chuàng)造了重要的外部條件。所以對二水平進行疏水降壓是非常必要的。把這種因素考慮在內(nèi)，在開采到600水平時， MPa/m，大于突水系數(shù)臨界值，太灰水在遇地質(zhì)構(gòu)造處或地質(zhì)裂隙帶，將有極大可能進入工作面并造成突水，最大突水量可達1171m3/h，可造成淹巷、淹面事故。與下伏奧陶系（O2）不整合接觸。其中六煤層為主采煤層，但是六煤層底板灰?guī)r水對于礦井生產(chǎn)影響巨大。劉橋二礦即屬于華北型煤田，具有華北型煤田煤系地層的特征。在底板灰?guī)r承壓水水壓過高，而隔水層較薄，其隔水能力不足，或隔水層局部遭受破壞形成突水通道時，采掘工作面一旦揭露這些區(qū)域，則很容易發(fā)生底板突水事故。這些灰?guī)r往往巖溶發(fā)育，含有豐富的承壓水。我國華北煤田煤系地層多為石炭二疊紀地層，普遍缺失上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系和下石炭統(tǒng)，石炭二疊紀地層直接沉積于中奧陶統(tǒng)之上，中奧陶統(tǒng)為巨厚的石灰?guī)r，簡稱奧灰。礦井開采巷道在不斷向下延伸的過程中, 這種表現(xiàn)更為明顯。 (3) 灰?guī)r巖溶含水系統(tǒng), 位于煤系地層下部, 為太灰與奧灰含水系統(tǒng), 由于太灰、奧灰的裂隙、溶隙、溶洞以及陷落柱發(fā)育, 它呈現(xiàn)出不均勻性和各向異性特點, 從而決定其富水性的不均勻[1]。煤層開采時,水害一般來自三套含水系統(tǒng): (1) 煤系地層上覆的一套新生界松散含水系統(tǒng), 它分為多個含水層和隔水層, 在有些地區(qū), 以基巖風(fēng)化面為古底基, 還發(fā)育沖、洪積相的“底含”沉積物, 例如, 在淮北的祁東、桃園、臨海童等地區(qū)均發(fā)育, 它是煤層開采上部的主要補給源。安徽省恒源煤電公司二水平放水試驗設(shè)計研究項目設(shè)計書 研究目標 本論文是結(jié)合安徽省恒源煤電公司二水平放水試驗設(shè)計研究項目進行的，擬研究疏降條件下劉橋二礦二水平底部含水層地下水的運動規(guī)律、降落漏斗的擴展規(guī)律以及影響疏降效果的各個因素，同時研究太灰含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。 選題背景煤炭開采過程中, 對安全生產(chǎn)有影響因素除了瓦斯外, 就是礦井涌、突水的危害了。 (2) 煤系裂隙含水系統(tǒng), 主要賦存在煤系地層的頂板砂巖中, 表現(xiàn)為受構(gòu)造條件控制的斷層、裂隙水,主要以靜儲量為主, 與“底含”之間存在一定的水力聯(lián)系。在三類含水系統(tǒng)中,后二者對煤層開采影響頻率較高, 其中構(gòu)造控水表現(xiàn)較為明顯與突出, 某種程度上, 區(qū)域構(gòu)造單元的邊界條件與性質(zhì), 控制著礦井水突水程度大小。為了查清不同含水層、同一含水層之間的水力聯(lián)系程度以及不同區(qū)域構(gòu)造單元的水力聯(lián)系, 進行同一礦區(qū)、不同礦井的大型(大流量、大降深) 放水試驗, 不僅目的明確, 且意義重大。煤系地層中也沉積有厚度不等的薄層灰?guī)r?；?guī)r含水層至煤層的間距一般從幾米到幾十米不等，其間是有砂巖等巖層組成的隔水層。底板突水量小的可以是每分鐘幾個立方米，大的則可達上千立方米（1984年6月2日開灤范各莊煤礦2171工作面陷落柱奧灰突水量達2053m3/min）。目前該礦一水平400m以上資源已經(jīng)開采大部，二水平400m～600m資源將是下步接續(xù)的重要目標。6煤層以下石炭系太原組中3灰、4灰為主要含水層，6煤層底板距離石炭系太原組3灰、4灰50m左右。隨著礦井二水平打開，回采深度加大，六煤層底板承受水壓增加，太灰水位雖以每年20m的速度下降，但遠不及礦井回采深度的增加。同時，奧陶系灰?guī)r水也存在通過大的導(dǎo)水構(gòu)造（如陷落柱、基底斷裂等）突破煤層底板進入采場的可能，其后果不可估量。本文就為針對二水平的放水試驗設(shè)計。尤其是通過計算評價區(qū)域或不同礦井范圍內(nèi)的含水層的富水性, 提高了重要的試驗條件。于是, 一些礦區(qū)對底板突水進行防治上, 采用的大流量疏干灰?guī)r水的片面辦法, 這不僅花費了大量排水費用, 而且出現(xiàn)礦區(qū)“排水”與“供水”之間日益增長矛盾, 破壞地下水資源和地表生態(tài)環(huán)境。（1）通過大型放水試驗, 結(jié)合解析法、數(shù)值模擬, 能夠較為合理得到開采煤層上部松散層中含水層系統(tǒng)、下部灰?guī)r含水系統(tǒng)不同范圍內(nèi)的一些重要參數(shù), 如滲透系數(shù)、儲水系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)。（3）通過對含水層參數(shù)的綜合分析, 深入了解含水層富水性情況、補給條件、徑流條件及井田內(nèi)的邊界性質(zhì)等, 從宏觀和微觀上對研究區(qū)的水文地質(zhì)情況進行一定深入的分析。 疏水段, 在該段由底板強度與水壓力的大小來確定適宜的疏降水位。5) 大流量、大降深、大范圍的放水試驗, 使研究區(qū)的水文地質(zhì)條件得到了充分的顯現(xiàn), 可得到不同條件下的動態(tài)流場, 可以查清本井田, 甚至相臨井田的范圍水文地質(zhì)條件和塊段水文地質(zhì)條件。 研究現(xiàn)狀疏降開采技術(shù)，是世界各國應(yīng)用最為廣泛的同礦床地下水害作斗爭的一種有效方法。據(jù)前蘇聯(lián)有關(guān)文獻資料，深井降水孔疏放，對于滲透系數(shù)5～150m/d的含水層最為有效，而歐美一些國家的露天礦生產(chǎn)實踐經(jīng)驗認為，對于滲透系數(shù)大于3m/～，利用深井降水孔疏降均可取得良好效果[6]。例如，印度奈維里褐煤礦在大規(guī)模抽水疏放的同時，對回水問題進行了研究；贊比亞康柯拉銅礦將地下疏干和地表排水相結(jié)合，人為增加流域內(nèi)地表水流速，從而減小地表水對含水層的補給量；加拿大松樹尖露天礦還解決了在低涌水量礦區(qū)如何提高疏干效果、選擇鉆井間距的問題；日本常磐煤礦通過巷道向基巖和斷層的交叉點打鉆孔，預(yù)先強制疏放70%的高溫水，工作面幾乎達到無水采煤，防止了大涌水事故的發(fā)生；美國雙峰銅礦井下疏降排水系統(tǒng)總長度達1020m，巷道內(nèi)共布置12個放水孔，使水壓下降67%；Eungyu Park等研究了淺部裂隙孔隙含水層中水平疏放井中水頭分布規(guī)律等。如舒蘭一、二井開采第三系軟巖間煤層，其中一煤層直接底板為45m厚的富含水流砂層，通過四個深度的4條直線形孔排，組成疏降網(wǎng)，經(jīng)過1981年～1990年十年的抽排水，保證了一煤層在無水條件下的正常開拓、掘進和回采；又如開灤礦務(wù)局趙各莊礦在井下四至七水平地層倒轉(zhuǎn)區(qū)相應(yīng)位置開掘放水石門，采用向奧陶系灰?guī)r打平孔方法疏水降壓，安全采出煤炭700萬噸；撫順西露天礦采用疏降排水方案控制大型沉陷滑移邊坡；江蘇沛城煤礦通過探放水疏降含水層，降低礦井涌水量，實現(xiàn)了立井開鑿；淮北閘河煤礦利用井點疏放防治煤層頂板水害；王儒軍等人經(jīng)過多次分析論證，通過實踐證實了元寶山大水露天煤礦采用巷道疏降基巖含水層的可行性[3]；龍口糧家煤礦等礦通過分段探放、疏降降壓老空積水，保證了老空區(qū)下的安全采煤；安徽劉橋礦Ⅱ624工作面利用近位疏放降低了水壓，加大了采高，[5]；廣東陽春硫鐵礦為了整治地下涌水，采用疏干放水措施，并對疏放產(chǎn)生的地表塌陷問題提出了建議；毛允德等提出預(yù)采疏放法防治煤層頂部含水層突水技術(shù)，并在山東高莊煤礦實施并獲得成功等。如湖南煤炭壩礦區(qū)，原采用單井或兩個井共同疏干仍經(jīng)常淹井，后采用4個井同時疏干（井下巷道疏干），使總排水量達到8000m3/h，至此不再發(fā)生淹井事故；淮北朱仙莊礦首次采用直通式放水鉆孔疏放煤層頂板復(fù)合含水層；濟寧太平煤礦在開采厚煤層時，井下疏放水與井上封堵深水井相結(jié)合，保護了水資源，實現(xiàn)綠色環(huán)保開采等。井田開拓方式采用分水平上下山開拓方式，一水平采用立井、主石門、集中運輸大巷開拓方式；二水平采用暗斜井、集中運輸大巷的開拓方式。其以上資源已經(jīng)開采大部，二水平400m～600m資源將是下步接續(xù)的重要目標。其中，六煤層底板灰?guī)r水對于礦井生產(chǎn)影響巨大。與下伏奧陶系（O2）不整合接觸。把這種因素考慮在內(nèi)，在開采到600水平時， MPa/m，大于突水系數(shù)臨界值，太灰水在遇地質(zhì)構(gòu)造處或地質(zhì)裂隙帶，將有極大可能進入工作面并造成突水，最大突水量可達1171m3/h，可造成淹巷、淹面事故。由于該區(qū)礦井條件的復(fù)雜性，開采過程中受到底板太原組灰?guī)r含水層的高承壓和強富水威脅。放水試驗是通過在實際井孔中放水時，水量和水位變化的觀測來獲取水文地質(zhì)參數(shù)，評價水文地質(zhì)條件，為預(yù)測礦井涌水量和評價地下水允許開采量等提供依據(jù)。 本文采用的具體技術(shù)流程如圖11圖11 技術(shù)路線流程圖2 礦區(qū)概況及地質(zhì)條件 礦區(qū)概況 位置及交通（1）礦井位置、范圍“恒源煤礦”位于安徽省淮北市濉溪縣劉橋鎮(zhèn)境內(nèi)。其地理座標為：東經(jīng)：116186。30＂～116186。15＂北緯：33186。30＂～33186。00＂礦井東～東南淺部以土樓斷層和谷小橋斷層與劉橋一礦為界，西～西北以省界與河南省永城市的新莊煤礦相接。礦井范圍由24個拐點組成，表21。表21 礦井范圍拐點座標 點號X坐標Y坐標點號X坐標Y坐標137533143946669713376007539468560237537323946620814376065039469500337538963946622815376072039469850437542903946576616376058539470315537545033946584417375989039470300637541473946625818375794039470170737542343946627019375701039469800837542193946639820375671539469785937551123946637521375531539468900103759250394668752237547303946835511376017539467500233754440394679681237605503946822524375395539467190表22 主、副井位置　緯度(x)經(jīng)度(y)標高(z)主井坐標 副井坐標 風(fēng)井坐標 （2）交通條件礦井交通十分方便，濉溪縣至永城市公路從礦區(qū)通過，可直接接通河南省和安徽省內(nèi)公路網(wǎng)。礦區(qū)內(nèi)地勢平坦，地表自然標高+30m～+32m左右，有自西北向東南傾斜趨勢。礦區(qū)屬淮河流域。礦區(qū)內(nèi)農(nóng)用灌溝縱橫，村莊星羅棋布。 氣象及地震情況（1）氣象該地區(qū)氣候溫和，屬北溫帶季風(fēng)區(qū)海洋～大陸性氣候。冬季寒冷多風(fēng)，夏季炎熱多雨，春秋兩季溫和。年平均降雨量785mm，雨量多集中在8月份。無霜期210～240天，凍結(jié)期一般在12月上旬至次年2月中旬。據(jù)歷史資料記載，安徽北部一帶，自公元925年以來發(fā)生有感地震近50次，其中1960年以來本區(qū)發(fā)生較大的地震有7次（見表1301）。表23皖北地區(qū)有感地震統(tǒng)計表 時間震 中固 鎮(zhèn)靈 璧臨渙固 鎮(zhèn)固 鎮(zhèn)菏 澤利 辛級別 礦區(qū)地質(zhì)條件 井田地層（1）區(qū)域地層概況“恒源煤礦”屬于淮北煤田濉肖礦區(qū)，位于淮北煤田中西部，在地層區(qū)劃分上屬于華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)徐宿小區(qū)。區(qū)內(nèi)所發(fā)育地層由老到新，層序為青白口系（Zq）、震旦系（Zz）、寒武系（€）、奧陶系（O1+2）、石炭系（C2+3）、二疊系（P）、侏羅系（J）、白堊系（K）、上第三系（N）和第四系（Q）。巖性為淺灰色厚層狀的石灰?guī)r，質(zhì)純、性脆、微晶結(jié)構(gòu)，局部含白云質(zhì)，高角度裂隙發(fā)育。a 中統(tǒng)本溪組（C2b）～。含鋁泥巖為中厚層狀，含有鐵質(zhì)結(jié)核及菱鐵鮞粒。b 上統(tǒng)太原組（C3t）。泥巖、粉砂巖中多見有炭屑或植物化石碎片；石灰?guī)r13層，%，大多數(shù)石灰?guī)r中富含動物化石，四灰以下的石灰?guī)r中含燧石結(jié)核或夾燧石薄層。頂部一灰為淺灰色，細晶結(jié)構(gòu)，含大量生物碎屑，頂、底泥質(zhì)含量較高。③ 二疊系（P）a 下統(tǒng)山西組（P1s）下部以太原組頂部一灰之頂為界，上界為鋁質(zhì)泥巖之底。巖性由砂巖、粉砂巖、泥巖和煤層組成。與下伏地層整合接觸。巖性由砂巖、粉砂巖、泥巖、鋁質(zhì)泥巖和煤層組成，為本礦井主要含煤段。與下伏地層呈整合接觸。含3個煤層（組），均不可采。④ 上第三系（N）上新統(tǒng)（N2）～。下部厚0～，以灰綠色、灰白色粘土、鈣質(zhì)粘土為主，夾1～2層薄層砂。底部多含礫石及鈣質(zhì)團塊?！?。～。頂部富含鈣質(zhì)鐵錳結(jié)核。與第三系呈假整合接觸。上部主要由棕黃色夾淺灰綠色粘土、砂質(zhì)粘土組成，夾1～3層砂或粘土質(zhì)砂，頂部含有較多鈣質(zhì)或鐵錳質(zhì)結(jié)核。以褐黃色細砂、粉砂、粘土質(zhì)砂為主，夾粘土及砂質(zhì)粘土，含螺螄、蚌殼化石，近地表為耕植土壤，屬現(xiàn)代河流泛濫相沉積。因石炭系和二疊系上石盒子組煤層在本區(qū)不穩(wěn)定且不可采，不作為研究對象。①下段（一灰～6煤層）～。上部常發(fā)育淺灰色細砂巖與深灰色泥巖（或粉砂巖）互層（俗稱葉片狀砂巖），層面多含云母碎片，水平～緩波狀層理、透鏡狀層理發(fā)育，具底棲動物通道,含菱