豐龍煤礦礦井充水因素分析與涌水量預測

陳 凱，劉茂強

（1．江西省煤田地質勘察研究院江西 南昌 330001；2．江西煤業集團公司尚莊煤礦江西 豐城 331141）

·問題探討·

豐龍煤礦礦井充水因素分析與涌水量預測

陳 凱1，劉茂強2

（1．江西省煤田地質勘察研究院江西 南昌 330001；2．江西煤業集團公司尚莊煤礦江西 豐城 331141）

對豐龍煤礦礦井充水因素進行分析，主要為大氣降水、地表水、風化裂隙水，第三系紅層底礫巖裂隙巖溶水，大冶灰巖裂隙巖溶水，長興灰巖裂隙巖溶水，茅口灰巖裂隙巖溶水，封閉不良鉆孔漏水，并通過地下水動力學法、礦井水文地質比擬法對豐龍煤礦的涌水量進行了計算和預測，為新建礦井的設計及首采區開采提供依據。

豐龍煤礦；充水因素；涌水量預測

豐龍煤礦位于江西省豐城市城區320°方向，直線距離約8 km，礦井于2005年10月開工建設，目前尚未正式投產，礦井開采標高：-1 300～-600 m，主要開采二疊系上統龍潭組老山段B4煤層，B4煤層主要充水水源為龍潭組老山段砂巖裂隙水，礦井水文地質條件簡單。豐龍煤礦地層見表1。

1 充水因素分析

1．1 大氣降水、地表水及風化裂隙水

礦區為覆蓋型結構，巨厚的第三系、侏羅系均為相對隔水巖系，大氣降水、地表水及風化裂隙水只能以弱滲透形式補給地下水，構不成礦井充水水源。

1．2 第三系紅層底礫巖裂隙巖溶水

第三系紅層總體向南傾伏于礦區內老地層之上，其在淺部接受大氣降水、第四系孔隙水及地表水的補給后向南滲透，將對煤系地層隱伏露頭區附近的煤層開采產生影響，但考慮到煤系地層隱伏露頭埋深較大（最淺處為-500 m標高），紅層底礫巖在此處巖溶不大發育（礦井北翼范圍內無鉆孔過紅層，直接見龍潭組地層），只要是在煤層開采時引起注意，不會成為煤礦開采的直接充水水源。

1．3 大冶灰巖裂隙巖溶水

大冶灰巖多伏于第三系、侏羅系之下，在深部巖溶不發育，富水性差，且因為其下部發育1層厚度為18．1～63．3 m的泥灰巖，形成大冶灰巖與長興灰巖2個裂隙巖溶含水層水力聯系的天然屏障。也就是說，大冶灰巖裂隙巖溶水，一般情況下不會直接補給長興灰巖裂隙巖溶水，不會構成今后礦床開發的直接水害。

1．4 長興灰巖裂隙巖溶水

礦區內長興灰巖巖溶不發育、連通性差，富水性不均。造成這一狀況的原因：一是蓋層厚度較大，相對隔水；二是大冶灰巖底部的泥巖起到了隔水作用，造成長興灰巖溶水補給條件很差。根據計算，B4煤層的冒落帶高度為19．13 m，最大導水裂隙帶高度為68．11 m。所波及到的地層為P2l2-1～P2l2-2，因此，長興灰巖裂隙溶水在正常情況下不會直接危及B4煤層的開采。今后開采要注意切割長興灰巖和老山段地層的斷層。

1．5 茅口灰巖裂隙巖溶水

礦區內茅口灰巖巖溶不發育，只是在灰巖頂界面附近發育溶孔及溶蝕裂隙，連通性差，富水性不均。據鄰區資料，官山段厚度198．54～239．77 m，盡管茅口灰巖水水壓很大，但也不至于構成底板穿水，正常情況下不會對礦坑充水造成威脅。

表1 豐龍煤礦地層表

1．6 對斷層充水性的分析

F9斷層在礦區內切割了淺部的長興灰巖，孔組抽水時F9斷層觀測孔水位與主孔同步下降，是富水性很強的導水斷層。勘探時對其導水性了解不夠，開采時應留有足夠保安煤柱，以防穿水。

從三維地震資料看，在向斜南翼23線以西斷層較多，且部分切割了長興灰巖和茅口灰巖等含水層，今后礦井開采時應注意觀察，并采取有效措施，以防患于未然。

1．7 封閉不良鉆孔

豐龍煤礦進行過多次勘探，其封孔要求與質量不同，封孔質量欠佳的鉆孔，可溝通其它含水層對礦坑充水（如尚莊礦2001年開采380工作面到一半時，因封閉不良鉆孔導水而使工作面被淹，現仍在放水，出水處見大量的鈣華，據調查是因為82-1孔封閉不良使上部長興灰巖水進入礦坑，此孔原為尚三礦供水孔，現已停用），今后礦井開采時應注意防范。

2 礦坑涌水量預測

根據地質勘查情況，對B4煤層先期開采地段的正常礦坑涌水量進行預測。

2．1 地下水動力學法

本礦井B4煤層坑道系統充水水源主要為其頂部的細砂巖裂隙承壓水，厚度穩定，巖性單一，符合裘布依方程所設的條件。礦井在排水過程中，必然會形成以坑道系統為中心的降落漏斗，在降落漏斗的相當范圍內，承壓水位已降至隔水頂板以下，所以選用承壓轉無壓的地下水動力學公式進行預測比較合適。即：

式中：

F—豐龍煤礦北翼-1 300 m以上B4煤層儲量計算面積，m2，取787．0×104；

K—滲透系數，采用19．2101孔抽水試驗成果，m/d，取0．046 2；

R—礦井開采時，地下水降落漏斗的影響半徑，m，經計算取2 833；r0—根據（3）式計算的大井半徑，m，取1 585；M—含水層厚度，采用19．2101孔含水層厚度，m，取6．7；

H—水頭高度，采用19．2101孔靜水位標高+18．23 m減去-1 300 m水平得1 318．23，m，此亦為排水時的水位降深S。

將以上參數代入（1）式，即可求得本區B4煤層-1 300 m水平坑道系統正常涌水量。經計算Q= 2 497．64 t/d=104．07 t/h。

2．2 水文地質比擬法

尚莊煤礦位于豐龍煤礦北翼淺部，其于1958年建井，1968年10月建成投產，現已開采到-650 m水平，其正常排水量約35 t/h左右，具體排水情況見表2。

表2 尚莊煤礦涌水量情況表

尚莊煤礦的充水水源為龍潭組砂巖層間裂隙承壓水。與豐龍煤礦類似，因此，利用尚莊煤礦的排水資料預算豐龍煤礦開采時的涌水量具有一定的合理性，計算過程如下：

聯立方程求得根指數，m=1．467，n=0．929

比擬公式：

尚莊煤礦-650～-230 m水平礦坑涌水量的季變系數為：

式中：

F—豐龍煤礦-1 300 m以上B4儲量計算面積，m2，取787．0×104；

S—豐龍煤礦-1 300 m煤系地層水的水位降深，m，取1 318．23；

Q0—尚莊煤礦-650 m以上的涌水量，t/h，取34．89；

F0—尚莊煤礦-650 m以上的總開拓面積，m2，取719．8×104；

S0—尚莊煤礦-650 m煤系地層水的水位降深，m，取695．97；

Q—預計的豐龍煤礦到-1 300 m水平的涌水量。

將上述數據代入（4）、（5）式，計算得礦坑正常涌水量為71．99 t/h；礦坑最大涌水量為132．03 t/h。

預測結果評述：

由以上計算結果可知，利用比擬法得礦坑正常涌水量為71．99 t/h，礦坑最大涌水量為132．03 t/h，利用地下水動力學法（大井法）得礦坑涌水量為131．89 t/h，所得出的結果相似，且與以往的開采經驗相符，因此，可以作為礦井建井的設計依據。-1 300 m水平礦坑涌水量見表3。

表3 -1 300 m水平礦坑涌水量表

3 結論與建議

通過對勘探資料和相鄰礦井生產地質資料的分析，得出了豐龍煤礦充水的主要因素，運用比擬法和地下水動力學法對豐龍煤礦涌水量進行估算，為礦井提供了基礎資料，還可以進一步優化礦井的水泵數量，節省投資。由于礦井涌水的不確定性，在設計和生產過程中應充分注意老窯及斷層突然穿水量和暴雨時的最大滲透補給量。

［1］劉小滿，邢學玲，王心義．躍進礦充水因素分析及礦井涌水量計算［J］．礦山安全與勞動保護，2011（10）：4-5．

［2］曹代勇，杜振川，陳江峰，等．煤炭地質勘查與評價［M］．徐州：中國礦業大學出版社，2007：117-119．

［3］陳崇希．地下水動力學［M］．北京：中國地質大學出版社，2003：215-217．Water Filling Factors Analysis and Water Inflow Prediction in FengLong Coal Mine

Chen Kai，Liu Mao-qiang

The water filling factors of Fenglong coal mine are analyzed，mainly are atmospheric precipitation，surface water，weathering fissure water，third red layer basal conglomerate karst fissure water，Daye limestone karst fissure water，Changxin limestone karst fissure water，Maokou limestone karst fissure water，poor sealing borehole water leakage，and through the groundwater kinetic method，mine hydrogeological analogy method carries out calculation and prediction of water inflow in Fenglong coal mine，and provides the basis for the design of new mines and mining．

Fenglong coal mine；Water filling factor；Prediction of water inflow

TD742

A

1672-0652（2013）08-0044-03

2013-05-21

陳 凱（1988—），男，山東聊城人，2010年畢業于河南理工大學，助理工程師，主要從事煤田地質及相關技術工作（E-mail）378821441＠qq．com