石窯塔煤礦3#煤層開采涌水量預測研究

(陜西省一三一煤田地質有限公司 陜西 韓城 715400)

石窯塔煤礦位于渭北煤田韓城礦區桑樹坪井田東南部，煤礦西北與新星煤礦相鄰，西側與桑樹坪煤礦相鄰，東與三和煤礦相鄰，南與下峪口煤礦及陽坡煤礦(已關閉)相鄰。礦井生產能力30萬噸/年。

一、礦井水文地質特征

(一)含水層

含水層按其巖性及藏水空間可分為第四系松散巖類孔隙含水層、石炭二疊系砂巖裂隙含水層和奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層三種類型，由新至老分述如下：

1.第四系松散巖類孔隙含水層。主要賦存于第四系中上更新統底部黃土孔隙、亞砂土及細砂層中，區內沉積厚度小，含水性弱，水質HCO3-Na，礦化度小于lg/L。

2.石炭二疊系砂巖裂隙含水層

(1)上石盒子組砂巖含水層(P2sh)。巖性為灰綠、黃綠色中～粗粒砂巖，含水層位于該組的中部及底部，含水層厚度58m，據桑樹坪井田精查水1號鉆孔抽水試驗結果，其單位涌水量0.0018L/s.m，滲透系數0.0057m/d；泉水流量一般0.2～1.2L/s，水質HCO3-Na(Na·Ca)型，礦化度小于1g/L，屬弱富水含水層。

(2)下石盒子組砂巖含水層(P1sh)。有三層淺灰～灰白色中～粗粒砂巖含水層，位于本組的上、中下及底部，泥鈣質膠結，裂隙不甚發育，透水性弱，據桑樹坪井田精查水1號鉆孔資料，含水層厚度19.75m，鉆孔單位涌水量0.00327l/s.m，滲透系數0.0016m/d，泉水流量一般0.1～0.4L/s，水質HCO3-Na(Na·Ca)型，礦化度小于lg/L，屬弱富水含水層。

(3)山西組砂巖含水層(P1s)。有三層中～細粒砂巖，位于本組上部、底部及2號與3號煤層間，巖石堅硬且裂隙較發育，砂巖中含有大量白云母片，該層透水性較好，水1號水文鉆孔資料顯示，其含水層厚度16.95m，該孔單位涌水量0.000084l/s.m，滲透系數0.00037m/d，泉水流量一般小于0.1L/s。水質HCO3-Na·Ca(或者Na·Mg)型為主，少數HCO3-Ca型，礦化度0.6g/L左右，屬弱富水含水層。

(4)太原組石英砂巖含水層(C3t)。為中粒石英砂巖及砂礫巖，位于11號煤層上部及下部附近，含水層厚度16m，據桑樹坪井田精查報告S6號鉆孔抽水試驗結果其單位涌水量0.00108L/s.m，滲透系數0.00202m/d，泉水流量一般0.1～0.4L/s，水質HCO3·SO4-Na·Ca型，礦化度多在0.7～1g/L之間，屬弱富水含水層。

(二)地下水的補給、徑流和排泄

煤系地層及其上覆含水層地下水動態隨降水量的增減而相應的變化，潛水位變化與大氣降水有十分密切的關系，奧灰水雖有反映，但變幅極小。此外，鉆孔抽水，抽水前靜止水位往往高于抽水后的恢復水位，礦井含水層涌水量亦有先大后小的特點，均說明煤系及上覆砂巖含水層段地下水是接受降水的補給積累而成。故礦井內直接充水含水層主要接受大氣降水滲入補給，并通過基巖露頭處補給地下水，但全區降水量小，因而補給量有限，礦井外圍亦有側向徑流補給。煤系及上覆地層含水層與隔水層交替互層，良好的隔水泥巖阻止了砂巖含水層之間的水力關系，如同一鉆孔各含水層之間有一定的水位差，是互不補給越流極弱的證據，因之各含水層一般水力聯系不密切。一般沿地層傾向順層面流動，以泉或滲透排泄于溝谷河道，也可通過較弱的隔水層段、泥巖頂部風化帶或斷層帶向下部排泄。

二、礦井涌水量特征

石窯塔煤礦現采3號煤層，據礦方介紹，目前正常礦井涌水量3.33m3/h，最大礦井涌水量4.58m3/h，隨開采面積的加大，今后礦井開采時涌水量有可能增大。

三、涌水量預測

本礦井充水主要來源有三個方面，其一是老窯(空)積水，其二是山西組砂巖裂隙水。使用兩種預測方法對礦井涌水量進行預測(大井法、富水系數法)，結合礦井生產過程中的實際情況，進行綜合對比分析。

(一)大井法

式中：Q-工作面最大涌水量(m3/h)

S0-水位降深(m)；(由490.6m降到408m)

M-含水層厚度(m)；(2號煤層底至3號煤層頂平均值10.76m)

K-含水層滲透系數(m/h)(0.000015m/h)

R-工作面含水層疏干時含水層影響半徑(m)(抽水鉆孔的平均值10.6m+r0)

r0-工作面引用半徑(m)(未來采區面積361847.3m2，引用半徑為339.5m)

參數的選取以水1號鉆孔抽水試驗參數，計算結果如下：

Q采區最大1=2.72(m3/h)

2.正常地質情況下開采1、2、3號煤層時：礦井涌水量以老空積水、山西組砂巖裂隙水等預測計算結果是：

Q礦井最大=4.58+2.72=7.3(m3/h)

因此，預測未來3年內礦井正常涌水量3.33m3/h，礦井最大涌水量7.3m3/h。

(二)富水系數法

礦井涌水量采用比擬法(富水系數法)，富水系數法是按噸煤的含水量來預算未來生產礦井的涌水量。富水系數公式如下：

Q=Kp×P

式中：Q：未來礦井涌水量m3/d

Kp：富水系數m3/t

P：未來礦井煤炭產量t/d

本次對石窯塔煤礦進行了煤礦排水量及技改出煤煤炭產量調查。調查結果：煤炭產量15萬t/a，日產量411t/d，最大涌水量109.9m3/d，平均涌水量79.9m3/d，最大富水系數0.267m3/t，平均富水系數0.194m3/t，未來礦井設計能力30萬t/a，根據富水系數公式Q=Kp×P可計算出礦井達產后(30萬t/a)的礦井涌水量為：

Q最大=0.267×822=219.5(m3/d)=9.15(m3/h)

Q平均=0.194×822=159.5(m3/d)=6.65(m3/h)

故未來3年內礦井達產后(30萬噸/年)最大涌水量9.15m3/h，平均涌水量6.65m3/h。

對兩種方法計算結果進行綜合對比分析，確保礦山生產安全，遵循就高原則，最終確定以富水系數法計算結果為預測結果，因此礦井未來3年內礦井正常涌水量6.65m3/h，礦井最大涌水量9.15m3/h。本次涌水量采用富水系數法，但在以后的生產過程中應加強礦井涌水量的觀測，預防突水事故的發生。