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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 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