陜西盤龍礦區水文地質特征及涌水量預測研究

魏 曉，麻銀娟，李 濤

（陜西省一三一煤田地質有限公司，陜西 韓城 715400）

盤龍礦區水文地質條件復雜，對煤礦安全生產影響很大，歷史上曾多次發生水害事故[1]。為了確保煤礦安全生產，有效防治礦井水害，本文對該區的水文地質特征進行系統研究，在對礦區周邊老窯分布狀況及勘探期間廢棄孔內遺留鉆具調查的基礎上，對該地區地下水補給、徑流、排泄條件特征和礦區充水水源及充水因素綜合分析，同時在對涌水量觀測資料分析的基礎上，采取噸煤富水系數法和大井法預測礦區涌水量，為該地區礦井制定防治水規劃提供可靠依據。

1 水文地質特征

1.1 礦區及周邊老窯分布狀況

本研究對礦井及周邊小窯的調查，共有12處小窯均集中分布在龍灣至趙家河一帶，如圖1所示。筆者通過分析認為，這些小窯開采時間久、開采范圍大，采深均未深入河床以下10 m。而小窯開采下限在河床以下10 m，即標高+460 m，井田煤層設計開采上限最高標高為+340 m，低于小窯開采下限120 m。

另經計算，老窯水防水保護煤柱高度為60.34 m，也小于老窯開采下限與煤層開采上限的間距，故小窯積水對礦井生產一般不會造成較大威脅，但考慮到小窯調查的局限性，加之邊淺部存在的斷裂構造或構造薄弱帶有可能導通小窯積水。因此，邊淺部采煤時仍予以重視。

圖1 礦井及周邊老窯分布示意圖

1.2 地下水補給、徑流、排泄條件

1.2.1 石炭二疊系含水層

石炭二疊系含水地層巖性組合主要為各種粒度的砂巖及砂質泥巖、泥巖互層，后兩者可視為不透水層。同一鉆孔所揭露的各含水層組，具有不同的穩定水位。上部地層水位較高，下部地層水位較低。因此，地下水雖垂直分層出現，但無水力聯系，屬于傾斜層間裂隙承壓水。

1.2.2 奧灰含水層

（1）奧灰水補給。本區較大地表水系為盤河，流量受上游盤河水庫蓄水調節控制，盤河流經奧灰巖段長度2 km，平均流量0.16 m3/s，漏失量0.023 m3/s，盤河補給奧灰水水量有限。而奧灰水的主要補給來源是井田外的大氣降水及河流入滲。

（2）奧灰水徑流及排泄。根據區內奧灰地下水等水位線可知，奧灰地下水位西北高，東南低，地下水總體呈由西北向東南流向，區內無排泄點[2]。

1.3 礦井充水水源

礦區充水水源主要包括大氣降水、地表水、各含水層的水及采空區積水等。據近幾年礦井涌水量調查結果，礦坑涌水量與大氣降水的強度及延續時間關系不明顯，這與降水量以地表徑流的形式排泄，不利于垂直下滲補給有關。初步分析認為，巷道掘進至盤河以下，為河水下滲創造了條件，其將成為礦井充水的間接水源。

根據計算得出的煤層采動后形成的導水裂隙帶高度，部分突破了下石盒子組。因此，下石盒子砂巖裂隙含水層、山西組砂巖裂隙含水層均可構成礦井的直接充水。煤層上部的含水層水量小而弱，易疏易排。而煤層下部的奧陶系上馬家溝組碳酸鹽巖承壓含水層，其水壓高、水量大、持續性強，當隔水層阻水性能無法抗衡其水壓或有導水構造存在時，有可能造成突水[3]。據調查，井田淺部沿盤河河道老窯較多，夏季多雨條件使老窯容易積水且不易排空。因此，當掘進巷道或回采工作面遇到老窯時，這時就會發生突然涌水。

2 礦井涌水量構成及預測

據礦井涌水量觀測資料，最大涌水量為22.55 m3/h，正常涌水量在17.6 m3/h左右。由實測數據可以看出，投產初期礦井涌水量變化不大，大致保持在15 m3/h，前期形成的采空區積水不斷滲入坑道致涌水量增加，涌水量保持在21 m3/h左右，說明采空區積水將是未來坑道充水的主要水源之一。礦區主要開采3號煤層，故本次采用兩種方法對3號煤層涌水量進行預測。

2.1 富水系數法

噸煤富水系數是指某一煤礦開采1 t煤時排放的礦井水量[4]。計算公式為：

根據礦井歷年的實際涌水量和礦井原煤產量可求得本礦井噸煤富水系數（見表1）。當2018-2022年原煤產量達90萬t時，人們可以預測礦井正常涌水量為44.4 m3/h，最大涌水量為52.3 m3/h。

表1 盤龍煤礦2010-2012年噸煤富水系數

2.2 大井法

2.2.1 選用公式

式中，Q為礦井預計涌水量，m3/d；K為滲透系數，m/d；H為水柱高度，m；S為水位降深，m；M為含水層厚度，m；R為影響半徑，m；R0為引用影響半徑，m；r0為大井引用半徑，m。

2.2.2 參數的選擇及依據

根據礦井目前已形成的所有工作面和設計各工作面參數，結合三個水文孔的6次抽水試驗，Plsh地層水位標高采用距井田最近的20號水文孔水位標高561.84 m，Pls地層采用20號孔水位標高534.93 m，其他參數根據各地層抽水孔數據進行算術平均法取位，詳情如表2所示。

表2 參數取值及涌水量結果

2.2.3 計算結果

采動導水裂隙帶僅破壞二疊系下統山西組含水層涌水量預測：Q1=76.25 m3/h；采動導水裂隙帶導通二疊系下統下石盒子組含水層涌水量預測：Q2=74.26 m3/h。

總涌水量Q總=Q1+Q2=76.25+74.26=150.51 m3/h。

綜合以上兩種方法，鑒于開采3號煤層導水裂隙帶大部分可導通下石盒子組含水層，故采用大井法預測結果，即未來5年內礦井正常涌水量為76.25 m3/h，最大涌水量為150.51 m3/h（總用水量為分層組涌水量之和）。

3 結論

影響3號煤開采的地下水主要來自下石盒子底部砂巖裂隙含水層和山西組砂巖裂隙含水層，富水性弱，對礦井的影響有限。而下部的奧陶系中統上馬家溝組碳酸鹽巖巖溶裂隙承壓含水層對礦井的影響較大。對比富水系數法及大井預測的結果，筆者認為，未來5年內礦井正常涌水量為76.25 m3/h，最大涌水量為150.51 m3/h。盤龍礦區應加強對采空積水和頂板導水裂隙帶滲水的防治，特別是老窯會成為煤礦淺部的巨大積水空間。因此，人們要重視封閉不良鉆孔的治理工作，及時封堵潛在的導水通道。