解析法和比擬法在礦井涌水量分析及預(yù)測中的應(yīng)用

孫福勛　張?jiān)堋《?/p>

摘 要：礦井涌水量是評價(jià)礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度的重要指標(biāo)，正確預(yù)測礦井涌水量對指導(dǎo)礦井排水設(shè)施建設(shè)以及對保障煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義，然而礦井涌水量的影響因素又極其復(fù)雜。因此文章通過對各影響因素的分析，運(yùn)用解析法和比擬法對開河井田上組煤3煤層的涌水量進(jìn)行了合理地分析及預(yù)測，達(dá)到了較好的效果。

關(guān)鍵詞：涌水量分析；解析法；水文地質(zhì)比擬法

礦井涌水量分析及預(yù)測的方法有很多種，根據(jù)統(tǒng)計(jì)模型可以分為確定性模型和非確定性模型兩大類。其中，確定性模型主要采用解析法、數(shù)值法和水均衡法等，非確定模型主要采用相關(guān)比擬法等。作者應(yīng)用的是解析法和水文地質(zhì)比擬法，通過二者的對比，參照本井田的水文地質(zhì)情況，預(yù)測出合理的涌水量，以更好的指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 井田地質(zhì)概況

開河井田位于區(qū)域水文地質(zhì)單元的西北部，為巨厚新生界松散層覆蓋的全隱蔽煤田，新生界地層厚度226.50-359.20m，平均304.85m，由東向西逐漸增厚。西部為梁山斷層，東部有嘉祥斷層，北界是鄆城斷層，因此該區(qū)北、東、西三面為阻水邊界，南部為人為邊界。井田內(nèi)F2斷層近東西橫貫本區(qū)中部，落差>1000m，F(xiàn)2斷層以北煤層埋藏深，賦存侏羅紀(jì)淄博群三臺組砂巖及二疊紀(jì)石盒子組含水層；F2斷層以南煤層埋藏淺。井田內(nèi)各基巖含水層深埋于巨厚松散層之下，僅接受新生界底部砂礫層水的補(bǔ)給，與大氣降水無直接水力聯(lián)系。

2 礦井涌水量預(yù)算

根據(jù)充水因素分析，3煤層直接充水含水層為3煤層頂、底板砂巖（簡稱3砂）、三灰。井田內(nèi)對3砂進(jìn)行了一次、三灰進(jìn)行了二次抽水試驗(yàn)，并對3砂和N底砂層進(jìn)行了一次混合抽水試驗(yàn)，抽水質(zhì)量均為合格以上，其成果可作為涌水量的計(jì)算依據(jù)。

2.1 3砂涌水量預(yù)算

井田西鄰梁寶寺煤礦正開采3煤層，并已生產(chǎn)多年，積累了較豐富的水文地質(zhì)資料，其水文地質(zhì)條件與本井田相類似，故分別采用解析法和水文地質(zhì)比擬法，預(yù)算3砂涌水量。礦井第一水平為-350m，初期揭露面積取0.5km2。

2.1.1 解析法

采用上式，利用梁寶寺煤礦2006、2007年的平均和最大涌水量進(jìn)行比擬，計(jì)算結(jié)果見表1。

由此可見，采用解析法與比擬法預(yù)算的3砂涌水量有一定的差別，分析上述涌水量預(yù)算結(jié)果及井田水文地質(zhì)條件，并與生產(chǎn)礦井實(shí)揭資料對比，認(rèn)為采用水文地質(zhì)比擬法所預(yù)算的3砂涌水量較符合實(shí)際。因此，采用比擬法預(yù)算結(jié)果作為3砂礦井涌水量。

2.2 三灰涌水量預(yù)算

2.2.1 參數(shù)選擇

三灰為開采3煤層時(shí)井巷工程可能揭露的含水層，同時(shí)由于三灰具有埋藏深、水壓大的特點(diǎn)，因此開采3煤層時(shí)將受到三灰底鼓水的威脅。設(shè)工作面長200m，正常控頂（底）距為3.5m，則其有效充水面積均為700m2，以此概化為大井面積。井田內(nèi)K12-4抽水質(zhì)量為合格，采用其成果作內(nèi)K12-4抽水質(zhì)量為合格，采用其成果作為涌水量計(jì)算依據(jù)。第一水平為-350m，三灰厚度取先期開采地段內(nèi)鉆孔三灰的最大厚度。

2.2.2 公式選擇及預(yù)算結(jié)果

3 礦井涌水量分析

3.1 3砂涌水量分析

井田西部已建梁寶寺煤礦，開采3（3上）煤層，第一水平為-708m，井筒掘進(jìn)過程中最大涌水量為揭露基巖風(fēng)氧化帶含水層，初始涌水量81.78m3/h，最大達(dá)117m3/h，后穩(wěn)定在142m3/h。自2005年至2008年7月，礦井最大涌水量為386m3/h，其歷年礦井涌水量見表2。

與梁寶寺礦相比，兩礦基巖含水層的補(bǔ)給條件相似，就目前情況來看，3砂的富水性亦相似，但本井田3煤層的賦存深度及厚度均小于梁寶寺煤礦，新生界下段對開采3煤的影響大于梁寶寺礦。

綜合本井田地下水的水化學(xué)條件、埋藏條件、補(bǔ)逕排條件分析認(rèn)為，采用水文地質(zhì)比擬法所預(yù)算的3砂正常涌水量147m3/h是可信的。但考慮到本井田地下水處于自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，礦井初期開采時(shí)，礦井涌水量有可能比較大，隨著礦井揭露含水層面積的增加，3砂含水層的水位逐步降低，3砂礦井涌水量將會(huì)逐步減少。

3.2 三灰涌水量分析

井田內(nèi)三灰隱覆于新近系松散層之下，補(bǔ)給條件較差.但富水性差異較大，對于不同地段三灰水量會(huì)有較大差異，因此揭三灰時(shí)應(yīng)提前疏放三灰水，以降低三灰的涌水強(qiáng)度、減弱礦井水害。本井田計(jì)算的三灰正常涌水量48m3/h，是可以作為礦井設(shè)計(jì)依據(jù)的。

3.3 礦井總涌水量分析

綜上所述，本井田開采3煤層的直接充水含水層為3砂和三灰，礦井正常涌水量為二者之和，故本井田礦井正常涌水量為195m3/h。考慮到井田內(nèi)3砂含水層上覆巨厚的第四系與新近系，與大氣降水沒有直接聯(lián)系，但根據(jù)收集的資料，結(jié)合本井田實(shí)際揭露資料綜合分析，3砂最大涌水量采用以梁寶寺礦最大涌水量比擬結(jié)果274m3/h；根據(jù)梁寶寺礦三灰單孔水量一般為25m3/h，觀45號孔初始水量60m3/h，其比值為2.4，據(jù)此確定本井田三灰最大涌水量為115m3/h。因此，開采3煤層的最大涌水量為3砂與三灰最大涌水量之和，建議采用Qmax=Q1+Q2=274+115=389m3/h。

4 結(jié)束語

（1）經(jīng)計(jì)算分析可得，該井田正常涌水量為195m3/h，最大涌水量為389m3/h。（2）井田內(nèi)主采3煤層距新生界地層間距小，使得開采條件復(fù)雜性增加，建議礦井建設(shè)、生產(chǎn)期間適當(dāng)補(bǔ)做相應(yīng)勘查工作，并充分研究覆巖破環(huán)規(guī)律，逐步解放呆滯資源儲量。（3）3砂與三灰的富水性很不均一，一般在斷層附近富水性較強(qiáng)，礦井涌水量偏大。初揭含水層時(shí)礦井涌水量較大，但經(jīng)過一定時(shí)間的疏排后，涌水量會(huì)逐漸變小，最終趨于正常涌水量。因此在斷層附近或初揭含水層時(shí)，應(yīng)充分做好含水層動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作，以防發(fā)生礦井突水災(zāi)害。

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作者簡介：孫福勛（1992-），男，碩士研究生，主要研究方向：礦井水文地質(zhì)。