某礦1404工作面水文地質特征及頂板涌水量預計

成建峰

(山西汾西礦業(集團)有限責任公司賀西煤礦)

1 工程概況

1.1 工作面概況

1.2 工作面水文地質特征

本研究在該礦一采區西部布置了3個水文鉆孔對新近系下部松散層和基巖各進行了3次抽水試驗，新近系底部松散層抽水試驗結果如表1所示，基巖部分抽水結果如表2所示。

表1 新近系底部松散地層抽水試驗結果

在新近系鉆探過程中，未發現泥漿漏失現象，通過分析新近系巖芯及測井資料，新近系下部主要為黏土、砂質黏土，致密，厚度較大，為良好的隔水層；局部層段為細砂層，厚度較薄。根據抽水試驗結果，認為新近系松散層為富水性弱的含水層。分析表1可知：13-12S鉆孔的單位涌水量為0.011 97 L/(s·m)，13-13S鉆孔的單位涌水量為0.004 095 L/(s·m)，13-14S鉆孔的單位涌水量為0.000 129 L/(s·m)。根據《煤礦防治水規定》,分析可知，研究區域新近系含水層整體抽水的單位涌水量遠小于0.1 L/(s·m)，均為弱含水層。由表2可知：3個水文鉆孔的單位涌水量為0.000 028～0.000 061 L/(s·m)，頂板砂巖富水性弱(甚至微弱)。

表2 基巖地層抽水試驗資料統計

根據上述分析，可知1404工作面上覆巖層隔水層較厚，含水層相對較薄，且富水性較弱，但并不能排除部分區域出現富水性異常的現象。1404工作面煤厚較大，大部分區域煤厚大于9.0 m，而基巖最小厚度僅為41 m左右，且該工作面采用放頂煤開采方法，對頂板覆巖破壞程度較大，從而使冒落帶和導水裂隙帶高度均較大。使用“三下”規程公式[1-4]、經驗公式和類比分析方法[5-7]預計得出的冒落帶發育高度為36.0 m，導水裂隙帶發育高度為72.0 m。根據上述預計結果，導水裂隙帶勢必會波及到松散層底部，冒落帶也可能波及到松散層底部[8-10]。

2 頂板涌水量預計

1404工作面試采期間的10組頂板涌水量的實測數據見表3(測試時間為2017年5月11日—5月20日)。通過構造相空間，采用工作面頂板涌水量的時間序列預計模型，對2017年5月21日—5月25日的工作面頂板涌水量進行了混沌時間序列預測。由于加權一階局域預測法較全域法、局域法其有較好的預測效果，故本研究采用加權一階局域預測法[11-12]。

表3 1404工作面頂板涌水量實測結果 m3/h

本研究重構相空間的延滯時間τ=2，嵌入維數m=5，最大Lyapunov指數λ=0.204，則有效預測周期為T=1/λ=1/0.204=5，頂板涌水實測時間之后5 d(2017年5月21日—5月25日)的頂板涌水量預計結果見表4。由表4可知：1404工作面的頂板預計涌水量為38～49 m3/h，即0.63～0.82 m3/min，與該時間段涌水量的實測數據(37～48 m3/h)基本吻合。

表4 1404工作面頂板涌水量預計結果

3 結 語

詳細分析了某礦1404工作面水文地質特征，并基于混沌理論構造了頂板涌水量的混沌時間序列多維相空間，根據該礦2017年5月11日—5月20日工作面頂板涌水量的實測數據，對2017年5月21日—5月25日工作面頂板涌水量進行了預計，預計結果與相應的實測數據基本一致。