利用盐酸扩寒武系灰岩裂隙增加钻孔涌水量的研究

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1、利用盐酸扩寒武系灰岩裂隙增加钻孔涌水量的研究　　【摘要】有许多缺水矿未了解决矿井生产生活用水，需要打钻取水；打钻过程中由于钻孔施工的原因或其他的原因造成钻孔涌水量较小，不能满足需要或达不到设计要求时，特别是在灰岩中取水时，可利用酸和灰岩反应的原理，扩大灰岩的裂隙，增加钻孔的涌水量，解决用水的问题。　　【关键词】盐酸扩寒武系，灰岩裂隙，钻孔涌水量　　一、工程概况　　云盖山煤矿二矿位于云盖山井田跑马岭（+621.5m）的北侧，坡角为20°左右，对面山坡坡脚13°～16°，两侧山坡形成了狭窄的“V”字型谷，谷底的河谷坡度较大，水流速度快，地表水不易下渗。由于矿井地表的特殊地形，造成

2、矿井为贫水区，日常生产生活用水紧张，对矿井的正常生活生产造成一定的影响。　　　　二、矿区含水层情况（矿井取水源含水层的确定）　　矿区含水层可以划分为松散岩类孔隙含水层组、碎屑岩类裂隙含水层及可溶性碳酸盐类岩溶裂隙含水层等三种类型。松散岩类孔隙含水层在井田东部较厚，井田内不发育，仅在沟谷及河谷处有少量沉积，对矿井开采没有影响。碎屑岩类裂隙含水层位于各可采煤层顶板的砂岩含水层，属煤层开采的直接充水含水层，具有水压高、水量小、补给不良、径流不畅的特点，不能做为矿井的供水水源。　　可溶性碳酸盐类岩溶裂隙含水层主要由寒武系张夏组、崮山组、长山组及石炭系太原组的白云质灰岩、鲕状灰岩、石灰

3、岩、燧石灰岩构成。太原组灰岩井田内补给面积非常有限，除个别地段由于断层切割与下伏厚层灰岩对接，接受一定补给而水量较大外，富水性一般较弱。　　寒武系上统碳酸盐类灰岩在井田内出露面积大，地表溶沟、溶槽、溶洞和溶蚀裂隙发育，对地下水的补给和岩溶的发生、发展提供了良好条件。由于岩溶裂隙发育的极不均一性，导致含水岩组富水程度极不均一，钻孔相距数米而水量可差百倍，水质良好，多属重碳酸硫酸钙镁型，Cao为28.8～31.61%，Mgo为18.99～21.17%，水质类型为HCO3—CaMg及HCO3SO4—CaMg型，目前水位标高在+150米，含水层厚度为16.9～38.6米，渗透系数0.

4、00281～47.62米/日。所以，可溶性碳酸盐类岩溶裂隙含水层的寒武系上统含水层是矿井用水的理想水源。　　经过以上对矿井各含水层分析，确定在井下寒武系灰岩含水层做为矿井的用水水源。　　三、利用直流电法技术确定取水钻孔的位置　　直流电法技术测定含水层位置原理是利用电极发射电磁波，电磁波在不同电介质中电磁传播的强弱不同，从而测定出富水区的位置（由于水是导电体，对电磁波的传播速度和强度较强），根据电磁波的不同表现，从而测定富水区的位置，达到找水的目的（注意，直流电法仪测出的是富水区的位置，不能测量涌水量的大小）。　　为解决矿井生产生活用水问题，2009年元月，该矿利用直流电法仪对

5、井下巷道进行了直流电法探测，确定在回风下山+99m标高处距巷道底板60m有一富水区。遂决定在此施工钻孔，以解决矿井生产生活用水.　　四、施工钻孔情况　　为了施工钻孔，首先在回风下山+99m标高西侧设计位置施工了一个长3m，宽4m，高5m的钻场；钻场与回风下山间做了一个宽2米的泄水槽。使用西安煤矿研究院生产的YJS1900S型液压坑道钻机，复合型超硬钻头，钻杆，设计深度160m。钻孔在58m深时涌水量1.8m3/h，由于此处水为太原组下段灰岩含水层水，H2S、SO2含量较高，不适用生活用水，即注浆进行了封堵。钻进到123m时涌水量达到3m3/h，继续钻进到169m，超过设计位置

6、9m时，涌水量仍没有增加。为了增加钻孔的涌水量，决定用盐酸扩孔寒武系灰岩裂隙增加钻孔的涌水量。　　五、利用盐酸扩孔的原理及实施方案　　5.1、酸的选择　　石灰岩与许多酸都能发生较强烈反应，但选择酸时既要保证能和石灰岩快速反应，达到扩大含水层裂隙，增加钻孔涌水量的目的，又不能因酸的强腐蚀性损坏设备，同时还要保证工作人员的安全，并且价格要适当。　　根据以上要求，对日常比较常用的盐酸、硫酸和硝酸进行比较，由于硫酸和硝酸的氧化性极强，浓度低时与灰岩反应太慢，浓度高时对设备损坏极大且不利于人身安全，通过分析比较，选用盐酸较为合适。　　5.2、利用盐酸扩孔的原理　　由于灰岩的主要成份为C

7、aCO3和MgCO3，盐酸与CaCO3和MgCO3，的化学反应公式为：　　CaCO3+2Hcl=Cacl2+H2o+CO2↑　　MgCO3+2Hcl=Mgcl2+H2o+　　【摘要】有许多缺水矿未了解决矿井生产生活用水，需要打钻取水；打钻过程中由于钻孔施工的原因或其他的原因造成钻孔涌水量较小，不能满足需要或达不到设计要求时，特别是在灰岩中取水时，可利用酸和灰岩反应的原理，扩大灰岩的裂隙，增加钻孔的涌水量，解决用水的问题。　　【关键词】盐酸扩寒武系，灰岩裂隙，钻孔涌水量　　一、工程概况　　云盖山煤矿二矿位