地面水源井取水对井简稳定性影响研究

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1、煤矿现代化2012-'r第3期总第108期地面水源井取水对井简稳定性影响研究杨建华，张广学，许延春，姜鹏(1．兖州煤业有限公司济宁三号煤矿，山东济宁272069；2．中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院，北京100083)摘要基于第四系冲积层水位下降是井筒破裂的主要因素之一，以济宁三号煤矿为例，分析工广周边第四系水源井取水活动对煤矿主井、副井和风井井筒稳定性的影响。根据水源井取水层位不同对水源井分类，结合第四系冲积层水位观测孔观测结果，研究了不同取水层位水源井取水对含水层水位的影响。结果表明：工广

2、周边地面水源井取水会引起相应含水层的水位下降，但对工广区含水层水位下降影响有限；第四系含水层水源井取水对井筒稳定性有影响，但影响不大。关键词含水层；水源井；水位下降；井筒稳定性中图分类号：TD265．3文献标志码：A文章编号：1009—0797(2012)03—0074—03目前对井筒破裂原因进行研究分析的结果认为：人为活动引起新生界冲积层底部含水层水位下降，使深部土层固结压缩，其上部地层不断沉降，地层在沉降过程中，由于对井壁有向下的相对运动，在外井壁产生向下的摩擦力，外井壁的摩擦力在井壁内产生竖向

3、附加压应力，井壁压应力随埋深增大，一般在冲积层底部界面达到最大，当超过井壁强度时，井壁出现破裂，并且造成井筒内的设备变形，影响矿井的生产，危及安全，造成重大经济损失[】l。因此水位、松散地层结构和井壁结构强度是井筒破裂的三要素。由井筒破坏机理可知，松散含水层水位下降对井筒稳定性十分不利。采用有限元数值(CON2DQ)模拟兴隆庄矿三含(底部埋深约189m)、二含(底部埋深约119m)联合疏水对井壁应力的影响同。根据计算结果，得出只要含水层有疏水，则井壁就将产生附加压应力，井壁应力随疏水层位的埋深增大而

4、增大；疏水速率高可增大井壁的附加压力，增大井壁的破裂可能性8l。即松散含水层水位持续下降是井筒破裂的动力。因此，分析含水层水位下降的原因是预防井筒破坏的关键。以济宁三号煤矿为例，通过水位观测’研究不同取水层位水源井取水活动对含水层水位下降的影响，进而推断地面取水活动对井筒稳定性图1各水源井与井筒位置关系的影响。1．2水源井使用情况根据水源井位置不同，分区统计各水源井使用1济宁三号煤矿水源井基本情况情况。水源井有关参数见表1。1．1水源井位置1．3水源井抽水量济宁三号煤矿(以下简称济三煤矿)工业广场及

5、济三煤矿工业广场、码头、电厂生活和生产共附近共有水源井23口。其中工业广场区7口，泗河港需水量25867m3／d，其中从第四系水源’井取水约码头2口，济三电厂14口。电厂厂区内6口，厂区外20967m3／d，占总需水量的81．1％。水源井取水量构8口，分别位于金黄庄、兴隆庄以西，济三煤矿工业广成详细情况见表2。场东北位置。各水源井与井筒位置关系见图1。2水源井取水对井筒的影响兖煤科技合字(2010)第67号·74·煤矿现代化2012年第3期总第108期表1水源井有关参数(2008年)内外各取水源井一

6、口，进行水位观测，第四系水位观测孔的观测层位(见表3)。表3第四系冲积层水位观测孔水位观测孔观测结果见表4。袭42008年lO月第四系水位统计表由表4可知：(1)位于工广内的1#水源井抽水段为第四系上组下部，观测水位为29．16m，相对原始水位升高2．14m。根据地质报告对上组下段的描述：砂层纯且松散，透水性好，砂层水面近似水平，富水性中等～强。可以推断，第四系上组下部在有地面取水的情况下，水位不下降，进而不会造成地层压缩及井壁破坏。即，工广和码头取水段为第四系上组下部的水源井现有取水状态不会造成井

7、筒破坏。地点m~t(m3／d)百分比(％)(2)D5和J1号水源井位于电厂内外，相对原始水位，观测时水位分别下降0．62m和1．75m。与D5比较，J1号水源井取水段除上组下段和中组外，还包括下组上部，其水位下降量也较D5大。可以推测，电厂的大量取水一定程度上加速了第四系中组和下组的水位下降。2．1水源井取水段分类(3)以距工广相对较近的D5号水源井为研究济三煤矿各水源井取水段主要为第四系上组下对象，该水源井取水段为上组下部和中组，启用于部、中组和下组上部。根据《济三矿生产矿井地质报2004年11月

8、。如果只抽取上组下部，水位不变化，告》中所述：第四系冲积层上、中、下组的平均厚度分则假设D5水位下降完全由中组引起，截止到观测别为80．61m、54．23m和64．73m，即各组段的底界深日，D5的水位平均年降幅为0．155m／a；同为观测第度分别为：80．61m、134．84m和199．57m。依此并结合四系中组的Q下一4号孔截止到观测日水位平均年各水源井取水段深度，对各水源井取水段进行分类如降幅为1．071m／a。表明中组水的疏降漏斗中心更靠下：工广和码头水源井取