王洼煤礦礦井涌水量預測探析

楊麗美 孟云芳.2

(1. 銀川能源學院,建筑工程技術(shù)教學團隊,寧夏永寧 750105;2.寧夏大學,土木與水利工程學院,寧夏銀川 750021)

王洼煤礦礦井涌水量預測探析

楊麗美1孟云芳1.2

(1. 銀川能源學院,建筑工程技術(shù)教學團隊,寧夏永寧 750105;2.寧夏大學,土木與水利工程學院,寧夏銀川 750021)

本文以王洼煤礦實測排水資料為依據(jù),建立了最小二乘法預測公式對技改后礦井涌水量進行了預測,同時在井田水文地質(zhì)及充水因素分析的基礎(chǔ)上,給出了舍棄“大井法”采用最小二乘法在王洼煤礦涌水量的預測中的合理性。

王洼煤礦 最小二乘法 礦井涌水量 預測

在水資源極度短缺的形勢下，將礦井水計入具有一定可靠保障的水資源，對礦井水涌水量進行科學預測分析顯得十分重要。本文在其他學者對王洼煤礦礦井涌水分析研究的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有排水資料，采用最小二乘法進行數(shù)值計算，力求獲得更加準確的礦井涌水量預測值。

1 煤礦概況

王洼煤礦位于寧夏彭陽縣王洼鎮(zhèn)境內(nèi)。井田面積10.26km2，可采儲量1.05億t，原設(shè)計能力21萬t/a，經(jīng)2003年技術(shù)改造后，05年核定生產(chǎn)能力近45萬t/a，06年實際產(chǎn)量近60萬t/a。09年該礦再次進行技改，設(shè)計生產(chǎn)能力120萬t/a，服務年限92.6a。

圖1 礦井涌水量與原煤產(chǎn)量的關(guān)系

表1 最小二乘法對該礦礦井涌水量及產(chǎn)量分析

2 井田主要含水層特征分析

2.1 水文地質(zhì)條件

(1)中奧陶系平原群分布于井田西部外圍及煤系地層下部，埋深于95.49～514.52m以下。含裂隙-溶洞承壓水，水位較深(160.40m)，水量小，單位涌水量為0.0028L/s·m，滲透系數(shù)0.0011m/d，為涌水量很小的巖層。(2)上三迭統(tǒng)延長群分布于井田西部及南部，埋深于248.27～589.53m以下，無涌漏水現(xiàn)象，含水不大。(3)侏羅系分布于井田內(nèi)部。單位涌水量0.00347～0.00012L/S·m，滲透系數(shù)為0.000110～0.00261m/d。(4)下白惡統(tǒng)六盤山群分布較廣，埋深于87.8～272.80m之下，含水微弱。(5)第三系在全礦井普遍發(fā)育，埋深于0～224.23m以下，鉆孔揭露最大厚度160.03m，含孔隙—裂隙承壓水。(6)第四系遍布全礦井，具多孔性，垂直透水性較好，水平透水性較差，普遍含孔隙潛水。

2.2 充水因素分析

礦井充水水源主要有大氣降水、地表水和地下水。

大氣降水：多集中7～9月，多年平均降水量441.9mm，最大降水量613.5mm均滲入地下，為間接充水水源。

地表水：僅有3個小水庫，煤層開采形成的冒裂帶、導水裂隙帶可能與這些水體溝通，而導致采煤時礦井充水強度增大，但不同地段差別很大。

地下水：直接充水水源為松散巖類孔隙水及各煤層頂板基巖裂隙水，煤層開采后在王洼背斜以西導水裂隙帶可能溝通上覆第四系松散巖類孔隙水，由間接充水水源變?yōu)榈V井直接充水水源，而在王洼背斜以東的絕大部分地段導水裂隙帶均未與上覆第四系潛水溝通，通過補給煤系地層之上碎屑巖類裂隙水成為礦井間接充水水源。

礦井充水通道主要是煤層開采后所形成的冒落帶和導水裂隙帶。礦坑充水強度主要取決于直接充水水源的富水程度和冒落帶及導水裂隙帶發(fā)育程度兩個因素，并受隔水層明顯影響。王洼煤礦礦井涌水量比較穩(wěn)定，在強降水時涌水量無明顯增加。

3 最小二乘法對礦井涌水量的計算

3.1 最小二乘法公式建立

王洼煤礦屬技改項目，礦井水文地質(zhì)條件比較穩(wěn)定，具有一定期的礦井涌水量與原煤產(chǎn)量統(tǒng)計資料。表1中給出了王洼煤礦2004-2008年礦井涌水量和原煤產(chǎn)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)。根據(jù)以上資料，建立礦井涌水量Q和原煤產(chǎn)量Ti之間的最小二乘法經(jīng)驗公式，見圖1。求得比擬參數(shù)，進而推出新開拓規(guī)模下的預測涌水量。

從(圖1)可知，礦井涌水量和產(chǎn)量呈現(xiàn)線性關(guān)系，可以將近似公式設(shè)為：

現(xiàn)根據(jù)最小二乘法得出5年計算值與對應實測值進行對比分析。

由(表1)分析知，該法計算04年的理論與實測涌水量之間誤差較大，根該礦開采實際情況分析，該煤礦在03年進行了技改，04年開采量和涌水量都不穩(wěn)定，05年重新核定生產(chǎn)能力近45萬t/a，06年實際產(chǎn)量近60萬t/a。對于05-08年的計算值和實測值相對誤差較小，在合理范圍內(nèi)。因此，本文將利用公式(2)進行該礦涌水量預測。

3.2 礦井涌水量預測

對于有監(jiān)測資料的王洼煤礦，通過分析礦坑排水量資料的合理性、可靠性、排水量變化及其影響因素，選擇了5年排水量變化穩(wěn)定，能夠代表技改后礦井相應年度的礦井涌水量均值，作為了礦井涌水量計算的依據(jù)。

根據(jù)建立的最小二乘法計算公式，王洼煤礦在技改后，年產(chǎn)120萬t的情況下，礦井涌水量為

Qi=0.444×120-0.44=52.84萬m3

3.3 預測值合理性分析

根據(jù)學者對該礦井涌水量的研究，穩(wěn)定流大井法計算涌水量為1715.71m3/d[1]。穩(wěn)定流大井法屬解析法，其假定礦坑為中心的穩(wěn)定流場，利用裘布依公式求解，假定條件：①地下水處于穩(wěn)定流態(tài)、呈層流緩變運動，并遵循達西定律；②水流為承壓轉(zhuǎn)無壓，靜水位水平且降落漏斗的供水邊界呈圓形；③含水層均值等厚，分布寬廣，集水井為完整井。也有學者認為穩(wěn)定流裘布依公式，在大降深、形狀不規(guī)則的礦坑涌水量預測中不可盲目應用，應盡量采用數(shù)值模擬方法，輔以其他類比外推法[2]。

根據(jù)該礦實際條件分析，煤層開采后第四系松散巖類孔隙水在王洼背斜以西和以東充水情況不一，充水水源及速率不平穩(wěn)；煤層開采時，冒落帶和導水裂隙帶將連通地表水體從而增大采煤時礦井充水強度，但不同地段差別很大，水流流態(tài)不穩(wěn)定；根據(jù)水文地質(zhì)資料參數(shù)知，中奧陶系埋深于95.49~514.52m以下，為涌水量很小的巖層，上三迭統(tǒng)延長群無涌漏水現(xiàn)象，侏羅系單位涌水量0.00347～0.00012L/S·m；下白惡統(tǒng)含水微弱；第三系埋深于0～224.23m以下，含孔隙—裂隙承壓水，第四系普遍含孔隙潛水，各個含水層之間差異性大，并非均值等厚的無限邊界。

由此，本報告對于有實測統(tǒng)計資料的王洼煤礦優(yōu)先選擇了運用實測資料進行礦井涌水量的預測，并根據(jù)實測資料的數(shù)值特征選擇了最小二乘法，建立了礦井涌水量和原煤產(chǎn)量之間的關(guān)系式，求得比擬參數(shù)，進而推出了新開拓規(guī)模下的預測涌水量，具有一定的合理性。

4 結(jié)論

1)根據(jù)王洼煤礦礦井涌水量與原煤產(chǎn)量統(tǒng)計資料建立了最小二乘法計算公式，預測了技改后年產(chǎn)120萬t情況下礦井涌水量為52.84萬m3/a。

2)通過對穩(wěn)定流大井法公式建立的假設(shè)條件和王洼煤礦水文地質(zhì)及充水條件的分析，本文認為依靠最小二乘法建立預測方法，具有一定的合理性，而且計算簡便。

[1]李金燕,張維江.寧夏王洼煤礦礦井涌水分析與涌水量計算[J].煤炭工程：研究探討,2012,8：81-84.

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[3]陳江峰.許亞坤.蘆溝煤礦水文地質(zhì)特征及礦井涌水量計算[J].煤礦安全：技術(shù)經(jīng)驗,2009-11：39-42.

[4]郭天輝.寧夏馮記溝煤礦水文地質(zhì)特征及礦井水利用分析[J].中國煤炭地質(zhì),2009,21(2)：39-42.

寧夏回族自治區(qū)級高等學校建筑工程技術(shù)教學團隊基金項目(寧教高[2012]348);銀川能源學院科研項目金費支持,項目編號：2013-KY-Y-16。

楊麗美(1987—)女,回族,碩士研究生,主要從事水資源理論與技術(shù)研究,寧夏永寧縣王太堡銀川能源學院建筑工程學院。