煤礦山井筒涌水量的預(yù)算

郭攀 郝業(yè)

（陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司 陜西西安 710054）

煤礦山井筒涌水量的預(yù)算

郭攀 郝業(yè)

（陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司 陜西西安 710054）

依據(jù)煤礦山井筒穿越含水層的水文地質(zhì)特征，利用比擬法和解析法預(yù)算出井筒施工時(shí)的涌水量，通過(guò)對(duì)預(yù)算結(jié)果的比對(duì)分析，得出合理值。井筒穿越含水層的充水特征和涌水量預(yù)算值，為井筒設(shè)計(jì)單位提供了設(shè)計(jì)依據(jù)，針對(duì)井筒施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的水文地質(zhì)問(wèn)題，提出具有可操作性的建議。

煤礦山；井筒；充水因素；涌水量預(yù)算

引言

在煤礦山井筒設(shè)計(jì)過(guò)程中，處理好水文地質(zhì)問(wèn)題是一項(xiàng)非常重要的工作。通過(guò)井筒檢查，得出井筒穿越含水層的水文地質(zhì)特征，分析出井筒的充水因素，通過(guò)礦井涌水量計(jì)算的常用方法，預(yù)算出井筒涌水量，為井筒開(kāi)鑿施工工藝的選擇和井筒防治水工作提供依據(jù)。本文以陜北侏羅紀(jì)煤田榆橫礦區(qū)某礦回風(fēng)立井為例，簡(jiǎn)要分析煤礦山井筒涌水量的預(yù)算。

1 充水因素分析

1.1 充水水源

回風(fēng)立井井筒的充水水源以第四系薩拉烏蘇組孔隙潛水和白堊系洛河砂巖孔隙裂隙水為主，富水性強(qiáng)至中等，在施工過(guò)程中，該段的充水強(qiáng)度相對(duì)較大，應(yīng)給予重視。

其次為安定組至直羅組砂巖含水層、延安組砂巖含水層和2號(hào)煤層裂隙含水層，通過(guò)本次及以往抽水試驗(yàn)資料，富水性弱到中等。據(jù)以往水文地質(zhì)勘探資料，2號(hào)煤層頂板存在富水異常區(qū)，在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，局部地區(qū)出現(xiàn)煤層頂板突水情況，但易疏干。故在施工中，該部分含水層充水強(qiáng)度一般，但可能存在揭露時(shí)出水量較大的情況，也應(yīng)給予重視。

1.2 充水途徑及方式

各井筒的主要充水途徑為松散沙層、土層孔隙和巖層中發(fā)育的風(fēng)化裂隙、原生裂隙及構(gòu)造節(jié)理裂隙和粗顆粒巖層的孔隙，以圍巖孔隙涌水和裂隙涌水為主要充水方式。各充水層以水平透水、匯水為特征，隨著井筒的垂直向下或斜坡延伸，水位（水頭）壓力也不斷增大，井筒圍巖滲水壓力也增大，引起軟巖段充水通道松弛，導(dǎo)水裂隙易張裂掉塊，發(fā)生充水相對(duì)集中狀況。

1.3 充水強(qiáng)度

沙層受降水入滲補(bǔ)給面積廣，儲(chǔ)水條件較好，滲透性強(qiáng)，補(bǔ)給條件有利，井壁結(jié)構(gòu)松散極不穩(wěn)定，充水強(qiáng)度較大。另外需要注意的是，沙層受大氣降水補(bǔ)給明顯，在雨季施工時(shí)其涌水量會(huì)發(fā)生較明顯的變化。

土層段孔隙潛水主要接受上部沙層水的重力滲流補(bǔ)給和下部基巖承壓水的承壓水頭補(bǔ)給，水源補(bǔ)給條件好，其中黃土層局部含沙量較大，并伴有砂層透鏡體，儲(chǔ)水條件較好，具有一定的充水風(fēng)險(xiǎn)。

洛河組裂隙承壓水，主要受松散沙層及土層段的重力滲流補(bǔ)給，水源補(bǔ)給條件較好，充水量及強(qiáng)度較大。根據(jù)抽水資料顯示，該段富水性中等，故井筒穿越該段時(shí)其涌水量較大。

安定、直羅、延安組裂隙承壓水水源補(bǔ)給條件差，透水性差，充水量及強(qiáng)度較小。但其承壓水頭高，泥巖、砂質(zhì)泥巖易風(fēng)化，在節(jié)理、裂隙發(fā)育處對(duì)井筒充水量會(huì)有所增大。

在井筒掘進(jìn)過(guò)程中，以井筒為通道會(huì)溝通各個(gè)含水層，而井筒的充水通道為各含水層內(nèi)在的節(jié)理和裂隙。裂隙的發(fā)育情況是井筒充水強(qiáng)度的主要因素之一。

2 井筒涌水量預(yù)算

井筒涌水量預(yù)算根據(jù)井筒檢查孔抽水試驗(yàn)所獲得參數(shù)，采用“大井法”進(jìn)行預(yù)測(cè)；另外礦井中央進(jìn)風(fēng)立井井筒施工過(guò)程中，對(duì)涌水量進(jìn)行觀測(cè)，故采用“水文地質(zhì)比擬法”，對(duì)井筒涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3 “大井法”井筒涌水量預(yù)測(cè)

3.1 計(jì)算條件

（1）井筒所揭露含水層段均參與井筒涌水量的計(jì)算。正?；鶐r中的泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖視為隔水層，其厚度不計(jì)入含水層厚度。

（2）井筒的涌水量，對(duì)井筒穿過(guò)各含水層涌水量進(jìn)行分段計(jì)算。

（3）本次計(jì)算參數(shù)主要采用本次井筒檢查鉆孔各含水層段的抽水試驗(yàn)成果，薩拉烏蘇組含水層參數(shù)結(jié)合以往中央進(jìn)風(fēng)立井資料，得知含水層滲透系數(shù)為4.6437～15.707m/d，本次“大井法”計(jì)算滲透系數(shù)采用15.707m/d，延安組含水層段部分參數(shù)采用以往施工的水文鉆孔資料。

（4）第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組孔隙潛水（Q3s）采用潛水經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，白堊系洛河砂巖孔隙裂隙水含水層（K1l）、安定組和直羅組砂巖段（J2a+J2z）、延安組上部砂巖段（J2y）裂隙承壓水含水層采用承壓水經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

（5）各含水層段均按照全降深計(jì)算井筒穿越該層的涌水量。

（6）回風(fēng)立井孔徑按6.5m計(jì)算。

3.2 計(jì)算公式

本次采用“大井法”計(jì)算井筒涌水量，計(jì)算公式為：

3.3 計(jì)算選用參數(shù)及公式

各井筒施工穿越的各含水層段有松散層段、白堊系洛河組、侏羅系中統(tǒng)安定組、直羅組及侏羅系中統(tǒng)延安組。井筒各含水層段涌水量預(yù)算采用參數(shù)及公式見(jiàn)表1。

表1 井筒各含水層段涌水量預(yù)算采用參數(shù)及公式一覽表

3.4 回風(fēng)立井井筒涌水量預(yù)算

回風(fēng)立井井筒涌水量預(yù)算采用直徑為各井筒的設(shè)計(jì)直徑與各井筒的砌壁厚度之和，回風(fēng)立井的設(shè)計(jì)直徑6.5m，各含水層段均按照全降深計(jì)算井筒穿越該層的涌水量。涌水量預(yù)算結(jié)果：回風(fēng)立井井筒涌水量合計(jì)為404m3/h，即9696m3/d。

4 “水文地質(zhì)比擬法”井筒涌水量預(yù)測(cè)

4.1 計(jì)算條件

（1）井筒所揭露含水層段均參與井筒涌水量的計(jì)算。正?；鶐r中的泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖視為隔水層，其厚度不計(jì)入含水層厚度。

（2）井筒的涌水量，對(duì)井筒穿過(guò)各含水層涌水量進(jìn)行分段計(jì)算。

（3）回風(fēng)立井與中央進(jìn)風(fēng)立井為井徑相同的豎井。

（4）中央進(jìn)風(fēng)立井施工過(guò)程中具有實(shí)測(cè)的涌水量數(shù)據(jù)。

4.2 計(jì)算公式

本次采用“水文地質(zhì)比擬法”計(jì)算井筒涌水量，計(jì)算公式為：

4.3 計(jì)算選用參數(shù)及公式

各井筒施工穿越的各含水層段有松散層段、白堊系洛河組、侏羅系中統(tǒng)安定組、直羅組及侏羅系中統(tǒng)延安組。

4.4 回風(fēng)立井井筒涌水量預(yù)算

回風(fēng)立井井筒涌水量預(yù)算采用直徑為各井筒的設(shè)計(jì)直徑與各井筒的砌壁厚度之和，回風(fēng)立井的設(shè)計(jì)直徑6.5m，該井筒井徑與中央進(jìn)風(fēng)立井相同，且穿越地層情況相似。采用“水文地質(zhì)比擬法”涌水量預(yù)算結(jié)果：回風(fēng)立井井筒涌水量合計(jì)為506m3/h，即12144m3/d。

5 “水文地質(zhì)參數(shù)”反算法

根據(jù)抽水試驗(yàn)可以得到含水層水文地質(zhì)參數(shù)，但抽水試驗(yàn)過(guò)程中，抽水機(jī)械、管路，周?chē)奶鞖狻h(huán)境與溫度，以及人員觀測(cè)記錄中的誤差，都會(huì)影響抽水試驗(yàn)的成果，進(jìn)而影響各個(gè)水文地質(zhì)參數(shù)的準(zhǔn)確性。

本次為了更好的預(yù)測(cè)井筒涌水量，避免抽水試驗(yàn)求得水文地質(zhì)參數(shù)的誤差，根據(jù)井田內(nèi)已施工的中央進(jìn)風(fēng)立井在施工過(guò)程中觀測(cè)記錄的涌水量，采用模擬成大井筒抽水試驗(yàn)，進(jìn)而反算，求得各含水層滲透系數(shù)。

6 計(jì)算結(jié)果評(píng)述

（1）回風(fēng)立井采用“大井法”預(yù)測(cè)各含水層段涌水量情況。上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組（Q3s）孔隙潛水含水層段涌水量271m3/h，白堊系洛河砂巖（K1l）孔隙裂隙水含水層段涌水量76m3/h，安定組和直羅組砂巖（J2a+J2z）裂隙承壓水含水層段涌水量36m3/h，延安組砂巖（J2y）裂隙承壓水含水層段涌水量21m3/h，回風(fēng)立井總涌水量404m3/h。

（2）回風(fēng)立井采用“水文地質(zhì)比擬法”預(yù)測(cè)各含水層段涌水量情況。上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組（Q3s）孔隙潛水含水層段涌水量360m3/h，白堊系洛河砂巖（K1l）孔隙裂隙水含水層段涌水量47m3/h，安定組和直羅組砂巖（J2a+J2z）裂隙承壓水含水層段涌水量13m3/h，延安組砂巖（J2y）裂隙承壓水含水層段涌水量86m3/h，回風(fēng)立井總涌水量506m3/h。

（3）回風(fēng)立井采用“水文地質(zhì)參數(shù)反算法”預(yù)測(cè)各含水層段涌水量情況。上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組（Q3s）孔隙潛水含水層段涌水量1898m3/h，白堊系洛河砂巖（K1l）孔隙裂隙水含水層段涌水量41m3/h，安定組和直羅組砂巖（J2a+J2z）裂隙承壓水含水層段涌水量10m3/h，延安組砂巖（J2y）裂隙承壓水含水層段涌水量242m3/h，回風(fēng)立井總涌水量2191m3/h。

（4）根據(jù)上述三種計(jì)算方法的對(duì)比，得知井筒穿過(guò)地層中含水層的厚度、滲透系數(shù)、水柱高度的大小是涌水量大小的主要因素。本次“大井法”計(jì)算參數(shù)均為采用實(shí)際井位所獲得及相鄰鉆孔，參數(shù)真實(shí)可靠，計(jì)算公式選用合理，在與計(jì)算條件相適應(yīng)狀況下，其結(jié)果基本可靠；“水文地質(zhì)比擬法”利用中央進(jìn)風(fēng)立井施工過(guò)程中的實(shí)測(cè)涌水量數(shù)據(jù)進(jìn)行比擬，經(jīng)過(guò)分析得出：①薩拉烏蘇組沙層含水層在兩處的水文地質(zhì)條件一致，涌水量估算結(jié)果可信度較高；②在中央進(jìn)風(fēng)立井施工時(shí)，延安組第五段含水層未疏干，故出現(xiàn)涌水量較大情況，經(jīng)過(guò)近幾年的回采和巷道開(kāi)拓，本次預(yù)施工的井筒處延安組第五段含水層靜儲(chǔ)量已經(jīng)基本疏干，故“水文地質(zhì)比擬法”估算結(jié)果偏大；“水文地質(zhì)參數(shù)反算法”利用中央進(jìn)風(fēng)立井施工過(guò)程中的實(shí)測(cè)涌水量數(shù)據(jù)進(jìn)行反算，求出含水層滲透系數(shù)，帶入井檢孔進(jìn)行估算，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)的涌水量過(guò)大，不符合實(shí)際，故不采用。

（5）回風(fēng)立井井筒開(kāi)鑿過(guò)程排水工作會(huì)使井筒部分地段水位形成降落漏斗，井筒涌水量會(huì)有減少趨勢(shì)。本次計(jì)算考慮的是各含水層水位（或水柱）全降深的情況下的涌水量，實(shí)際井筒開(kāi)鑿揭露含水層是逐段、逐層情況，然后又作護(hù)筒封閉，所以井筒涌水量將不是各含水層全降深的情況，屆時(shí)應(yīng)根據(jù)開(kāi)鑿進(jìn)度（揭露含水層厚度）、封閉條件，按上述計(jì)算公式再作估算。

綜上所述，本次計(jì)算參數(shù)多為實(shí)際井位所獲得，參數(shù)真實(shí)可靠，計(jì)算公式選用合理，井筒施工過(guò)程中在與計(jì)算條件相適應(yīng)狀況下，其結(jié)果基本可靠，可以作為設(shè)計(jì)施工的依據(jù)。

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[4]樊小舟.井筒涌水量預(yù)測(cè)方面存在的問(wèn)題與對(duì)策探討[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2016.

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1004-7344（2016）15-0183-02

2016-5-11