喻希乐，王 毅

(淮南矿业集团潘北煤矿，安徽淮南 232088)

潘北矿灰岩地下水温度变化特征及影响因素分析

喻希乐，王 毅

(淮南矿业集团潘北煤矿，安徽淮南 232088)

灰岩地下水温度可以反映地温随深度的变化规律，为判别地下水来源提供依据。以潘北矿灰岩地下水温度为研究对象，利用该矿－490 m太原组灰岩巷道的放水试验工程，布置50个水温观测点，分四个时间段来系统观测了东、西两翼放水孔水温时空变化规律及异常特征，结果表明:C3Ⅰ组灰岩水源补给不仅来自本层灰岩含水层，在局部地段通过断层、裂隙通道与深部奥陶系和寒武系灰岩水发生了水力联系，这为A组煤层开采时灰岩水的防治提供了依据。

灰岩含水层;观测系统;地下水温度;导水构造

矿井突水与瓦斯爆炸是矿井最大的灾害事故，其中矿井突水造成人员伤亡，经济损失位于其之首，一旦矿井突水，如何查明突水水源，找出突水通道，是下一步矿井水害防治的关键因素［1］。地下水温度时空动态变化受地温梯度的影响，不同深度的含水层，其水温存在差异［2－5］。如利用煤层底板砂岩含水层放水试验的前、后水温等值线图的对比，判断其中水温相对较高的水是奥灰含水层的水;利用钻孔测温曲线梯度变化判断出寒武系含水层段。因此，利用含水层水温变化间接推断水源来自不同深度含水层，是判断突水水源最有效的途径［6－8］。

为了安全开采潘北矿二叠系下部的A组煤层，须查清其下部的底板灰岩富水性程度，为此在490 m水平的太原组第一组灰岩内布置了一条近东、西走向放水巷道，施工了钻场和相应的放水钻孔，开展了放水试验。通过测量并统计每个钻场中的各放水孔温度变化值，查明了C3I组灰岩含水层之间的水力联系程度。

1 研究区地质背景

潘北矿位于淮南煤田中部水文地质单元，处在潘集背斜北翼及局部转折端，为全隐伏式井田。其地层自上而下依次为:新生界松散含、隔水层、二叠系煤系地层、石炭系、奥陶系、寒武系灰岩地层。其中，二叠系的山西组和上、下石盒子组为含煤地层。整个矿井单斜构造，发育了F1、F66及F72等井田断层以及次一级的DF9、DF1、DF1 －1、DF70 等，如图1。

图1 区域地质图

2 观测系统布置

2.1 观测方法

根据放水试验设计，采用先密后疏的观测方法，观测仪器主要为自动化温度计。其中，东翼段按照8个小时观测一次，而西翼根据二个放水阶段情况，在不同的时段内，其时间疏密程度按照放水试验设计。

2.2 井下观测点布置

图2 －490 m水平东翼放水试验观测点位置

依－490 m水平C3I组灰岩巷道布置，结合该段地质剖面资料、富水性以及施工过程中各钻场钻孔出水情况以及断层发育情况，以DF1断层为界，将试验区C3I组灰岩放水段分为东、西两翼放水巷道。其中，在1 300 m东翼C3I层灰岩放水巷道内，按 100 m 间距布设 E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9、E10、E11、E12 等钻场，并在 E5 至 E6 钻场间布设了EG钻场，在E6至E7之间布设ES1灰岩石门，在E10至E11之间布设了ES2灰岩石门。每个钻场内布置3个钻孔，其中1个为放水孔，如图2所示。

在－490 m水平西翼放水巷道内，按100 m间距布置了W4、W5、W6、W7、W8、W9、W10、W11、W12 等 9 个钻窝，在W7－W8钻窝之间布设WH回风石门钻场，在W9－W10钻窝之间布置WS1石门。每个钻场设置的钻孔数量及类型与东翼巷道相同，在WS1石门内布置7个远程的放水孔，如图3所示。

图3 －490 m水平西翼放水试验观测点位置

3 观测数据统计与分析

3.1 东翼水温数据统计与分析

东翼巷道各钻场的钻孔在整个试验期间始终处于放水状态。各孔的放水量从E1至E13具有逐渐减小的特点，各放孔水温度统计特征变化如表1所示。

表1 东翼放水孔水温统计

由此可知，东翼30个放孔水温度在29.00℃ ～38.50℃之间变化，其均值范围为29.61℃ ～36.91℃，中值及众数分别为33.00℃和35.00℃为主;其中ES1C33上－4的峰度值为10.09，相对较大。其中，E1、E2、E3、E11、E13、ES2 等孔水温均大于38.0℃，说明其出水水源为相近深度。

3.2 西翼水温数据统计与分析

西翼巷道从W4至W9各放水孔水量较小，且始终处于放水状态，而WS1石门内的各个放水孔按照设计的二个阶段进行放水，且各孔的施工距离较远，与其他构造之间存在一定水力联系，如WS1C3上－1、WS1C3上－2、WS1C3下－1、

333WS1C33下－2孔，因此放水量较大，各放孔水温度变化如表2所示。

表2 西翼放水孔水温统计

以上统计表明:西翼14个放水孔水温值在30.0℃ ～39.8℃之间变化，均值为 35.08℃ ～38.08℃，中值及众数分别以35.00℃、36.00℃为主;其中 W5 －1、WS1C33 上 －1 及WS1C33 上 －2 孔的峰度值分别为18.00、11.27、8.48，相对较大。反映了它们变化幅度相对其他孔较大。此外，水温值超过38.0℃依次为 W9－2、WS1C33上－ 1、WS1C33上－ 2、WS1C33下－1、WS1C33下－2孔，且在整个试验过程中持续保持，为异常现象。

在整个试验过程中，西翼放水孔的水温相对东翼均较高，且整体变化幅度也较东翼大。在整个疏放孔中，西翼WS1C33上－1、WS1C33下－1及W9－2等孔水温最大值分别为 39.00℃、39.80℃、39.80℃。

3.3 异常点温度及影响因素分析

据以上统计分析，水温持续异常孔为WS1C33上－ 1、WS1C33下－1、W9－2，整个试验过程中各个孔的水温随时间变化曲线分别如图4、图5和图6:

图4 WS1C33上－1孔水温变化曲线

图5 WS1C33下－1孔水温变化曲线

图6 W9－2孔水温变化曲线

由图4、图5和图6可以看出，疏放过程中水温由小逐渐变大，说明有远距离的深部补给;温度出现一些跳跃现象，存在一定的波动方位，说明灰岩补给具有多个裂隙通道特点;温度峰值比较接近，说明来自同一补给水水源。

潘集背斜轴部断裂构造复杂，其中近东西向断层形成于中生代，活动时间长，错断了下古生界奥陶系，并切割地热异常区;同时该类断层也控制地区其他一些断裂构造的发育，特别是一些张性正断层，对地下水的富集、运移有利，是良好的导水控热断层。本次放水试验的位置位于矿井背斜一翼的转折端，不同尺度的裂隙和断层较发育，其中F1断层为矿区边界断层，切割背斜范围内的灰岩含水层，且深度较大，而次一级断层，如DF1、DF1－1、Fa－1断层为其主导断层，切割转折端下部太原组灰岩、奥陶系灰岩及寒武系灰岩含水层，尤其是DF1断层与F1断层之间发生切割与相交，使得不同含水层之间发生水力联系。在整个放水过程中，深部灰岩水沿着断层裂隙发生水平方向的径流补给。

根据相邻矿井及本矿前期勘探与抽水试验资料，太灰水温一般为26℃ ～36℃，奥灰水温一般为33℃ ～44℃，而太灰、奥灰混合水温则一般为30℃ ～43℃。由于地下水温度取决于地温变化，依潘谢矿区以往地温资料，潘北矿开采煤层深度与温度的回归关系式为，经计算得出WS1C33上－1、WS1C33下 －1、W9－2等孔深度分别为 －840.52 m、－840.52 m、－809.51 m，而实际深度分别为 －429.11 m、－391.37 m、－485.80 m。因此，太原组灰岩在实际疏放过程中，得到了深部奥陶系灰岩与寒武系灰岩水的补给，其通道主要为F1、DF1、DF1－1、以及转折端的裂隙通道。

另外，根据位于井田转折端补水1线附近的5个水位观测孔(包括寒武系和奥陶系灰岩孔)测试的数据，在放水和恢复阶段水位变化具有同步性，也间接说明深部灰岩水通过不同尺度的断层补给C3I组灰岩，导致不同层位的灰岩水相互混合，并出现地下水温度偏高的异常现象。

4 结语

通过对放水试验地下水温度的系统观测，发现多处水温异常区，经分析其水源来自深部的奥陶系和寒武系灰岩含水层，深部灰岩水通过裂隙通道对A组煤层的浅部灰岩水进行补给。同时也说明了潘集背斜不同深度的灰岩含水层的裂隙、溶隙已经形成了统一的地下水含水系统，在整个放水过程中水温异常变化为该矿A组煤层开采过程中的水害防治提供了很重要依据。

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［6］朱绍军，新郑矿区地温异常及成因分析［J］.煤矿安全，2005，36(2):27－28

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Analysis on Temperature Variation Characteristics and Influencing Factors of Limestone Groundwater in Panbei

Yu Xile，Wang Yi
(Panbei Coal Mine，Huainan Mining Group，Huainan 232088，Anhui)

Temperature variation of limestone groundwater not only reflects the variation of earth temperature with depth，but also provides scientific basis for the classification of groundwater source.With of the test project of limestone tunnel at －490 meter，the paper makes a research on the variation and abnormal characteristics of water temperature in the eastern and western dewatering boreholes by noting the temperature of the limestone groundwater in 50 water temperature observation points in different time.The results show that recharge of the limestone groundwater of C3Ⅰgroup is mainly achieved by its own aquifer，and in some region is also because of the hydraulic relationship with the limestone groundwater of Ordovician and Cambrian system through fault and fracture channels at partial section.The research provides scientific basis for the prevention and control of the limestone water of a group coal during mining process.

Limestone aquifer，observation system，groundwater temperature and water conductive structure

P641.12

A

1004－1184(2013)05－0026－03

2013-05-13

喻希乐(1962-)，男，安徽淮南人，高级工程师，主要从事矿山开采及防治水工作。