六盤(pán)水礦區(qū)馬臨煤礦延伸開(kāi)采區(qū)段充水因素及涌水量預(yù)測(cè)研究

李 享, 王利選

(1. 貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴陽(yáng) 550000；2. 貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘察研究院，貴州 貴陽(yáng) 550000)

?

六盤(pán)水礦區(qū)馬臨煤礦延伸開(kāi)采區(qū)段充水因素及涌水量預(yù)測(cè)研究

李 享1, 王利選2

(1. 貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴陽(yáng) 550000；2. 貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘察研究院，貴州 貴陽(yáng) 550000)

根據(jù)六盤(pán)水礦區(qū)馬臨煤礦地質(zhì)條件背景以及礦井地質(zhì)資料的分析，論述了礦井水文地質(zhì)特征、充水因素，并在此基礎(chǔ)上采用比擬法及解析法對(duì)研究區(qū)礦井涌水量進(jìn)行了預(yù)算。結(jié)果顯示：開(kāi)采C8煤層以上煤層以裂隙含水層為主，屬于水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床類型；開(kāi)采C12煤層時(shí)，煤層間接底板茅口組灰?guī)r巖溶含水層對(duì)礦床充水將占主導(dǎo)地位，水文地質(zhì)條件轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的巖溶充水礦床類型，存在較大的突水危險(xiǎn)；根據(jù)含水層水文地質(zhì)條件的不同，研究區(qū)含煤地層涌水量采用比擬法預(yù)算，結(jié)果為2402.43 m3/d；茅口組巖溶含水層采用解析法預(yù)算，結(jié)果為7570.68m3/d；研究區(qū)最大涌水量為平均涌水量的2.4倍，建議采用23935.45m3/d作為今后礦井選擇排水設(shè)備的依據(jù)。

水文地質(zhì)條件；充水因素分析；涌水量預(yù)算；馬臨煤礦

礦井涌水量不僅是礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度的重要指標(biāo)之一，也是影響礦井經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)的主要因素，還作為礦山設(shè)計(jì)部門(mén)確定排水設(shè)備和制定防水措施的重要依據(jù)，直接影響到煤礦的安全生產(chǎn)及生產(chǎn)效益[1]。

馬臨煤礦勘查區(qū)位于貴州省北部習(xí)水縣城南西7km， 2013年05月提交《貴州省習(xí)水縣馬臨煤礦煤炭資源儲(chǔ)量核實(shí)及勘探報(bào)告》，至今未作過(guò)涌水量預(yù)測(cè)的相關(guān)工作，隨著礦井近幾年的開(kāi)采，采空區(qū)面積越來(lái)越大，充水因素也發(fā)生了變化，因此很有必要對(duì)該礦井的涌水量進(jìn)行預(yù)算。

目前礦井涌水量預(yù)算方法較多，比較常用的包括解析法、水文地質(zhì)比擬法、大井法、數(shù)值模擬法、回歸分析法等，但不同的計(jì)算方法都有對(duì)應(yīng)的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)[2-8]。針對(duì)馬臨礦井水文地質(zhì)條件的特性及預(yù)算方法的適用性、廣泛性，筆者綜合選用比擬法及解析法對(duì)研究區(qū)涌水量進(jìn)行預(yù)算研究，為礦井設(shè)計(jì)提供地質(zhì)資料，也為其它礦井涌水量的預(yù)算提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

1.1 含煤地層

勘查區(qū)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，地層厚度75.41～98.67m，平均厚度91.02m。組成含煤地層的巖石主要由灰色至深灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、薄層灰?guī)r、菱鐵礦薄層、煤層和少量粘土巖組成。在垂向上具有旋回性，整個(gè)含煤地層為海陸交互相的、復(fù)雜的、多旋回的沉積物。

區(qū)內(nèi)含煤地層含煤11～16層，一般13層，含煤總厚度9.21～16.41m，平均厚12.63m，含煤系數(shù)13.88%；含可采煤層2～8層，煤層總厚度4.54～12.86 m，平均厚度8.38 m，可采含煤系數(shù)9.20%；橫向上煤層層數(shù)無(wú)明顯變化?？刹擅簩尤珜涌偤穸茸兓c煤層全層采用總厚度變化基本一致。垂向上含有編號(hào)的煤層有八層：C1、C2、C4、C5、C6、C7、C8、C12，煤層層數(shù)、間距及厚度較穩(wěn)定，其中可采煤層為C2、C4、C7、C8、C12共5層。

1.2 構(gòu)造特征

在區(qū)域構(gòu)造的影響下，研究區(qū)地層整體為一單斜構(gòu)造，向北傾斜，傾角14°～35°，一般22°，且未見(jiàn)次一級(jí)褶皺出現(xiàn)，發(fā)育4條落差大于20m的斷層，其中正斷層1條，逆斷層3條，構(gòu)造穩(wěn)定程度類型為中等。

1.3 水文地質(zhì)特征

巖層富水性受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖性等因素控制，其中巖性對(duì)地下水的賦存起著主導(dǎo)作用。在進(jìn)行水文觀測(cè)時(shí)，鉆孔在以柔、塑性為主的龍?zhí)睹航M中鉆進(jìn)時(shí)幾乎不漏水；而在堅(jiān)硬巖為主的夜郎組玉龍山段和長(zhǎng)興組時(shí)常見(jiàn)漏水和涌水現(xiàn)象(表1)。礦井含水層主要有：

①二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)巖溶強(qiáng)含水層：主要為灰、淺灰色中厚-塊狀石灰?guī)r，夾燧石團(tuán)塊。在井由范圍內(nèi)出露不全，厚度不詳。對(duì)龍?zhí)督M底部的C12煤層而言，其底板為直接充水含水層，水位埋深77.73～466.73m，靜止水位標(biāo)高1 058.93m。

②二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)基巖裂隙弱含水層：主要為砂巖、泥巖、粘土巖、石灰?guī)r、泥灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖及煤層，平均91.02m。

③三疊系下統(tǒng)夜郎組沙堡彎段(T1y1)砂泥巖相對(duì)隔水層：出露于玉龍山灰?guī)r與上二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組之間，巖性以泥巖、鈣質(zhì)泥巖為主。平均厚度7.00m。

④三疊系下統(tǒng)夜郎組玉龍山段(T1y2)巖溶裂隙含水層：主要為淺灰、淺灰綠色含泥質(zhì)石灰?guī)r、泥質(zhì)石灰?guī)r和泥灰?guī)r，局部夾鈣質(zhì)泥巖，中上部和中下部有兩層7～18m的泥灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖互層，厚130～150m。

⑤二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組(P3c)巖溶裂隙含水層：主要為深灰、灰色中厚-厚層狀泥灰?guī)r，局部夾燧石結(jié)核及薄層黑色泥巖，厚47.86～62.59m。

⑥三疊系下統(tǒng)夜郎組九級(jí)灘段(T1y3-1)相對(duì)隔水層：主要為淺紫、暗紫色鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖及泥巖，下部夾數(shù)層薄-中厚層狀石灰?guī)r，上部夾厚20～25m的鈣質(zhì)泥巖和薄層狀石灰?guī)r互層，厚180～215m。

表1 鉆孔簡(jiǎn)易水文觀測(cè)成果統(tǒng)計(jì)

資料來(lái)源：《貴州省習(xí)水縣馬臨煤礦煤炭資源儲(chǔ)量核實(shí)及勘探報(bào)告》，2013.

2 礦床充水因素分析

根據(jù)馬臨煤礦已建設(shè)的3號(hào)井和4號(hào)井實(shí)際開(kāi)采情況及綜合分析成果認(rèn)為：礦區(qū)地下水來(lái)自含煤地層龍?zhí)督M本身，其富水性弱，大部分工業(yè)儲(chǔ)量位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，礦井屬以碎屑巖裂隙含水層為主的礦床，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。開(kāi)采C8以上煤層以裂隙含水層為主，屬于水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床類型；而開(kāi)采C12煤層時(shí)，煤層間接底板茅口組灰?guī)r巖溶含水層對(duì)礦床充水將占主導(dǎo)地位，該含水層富水性強(qiáng)，其水文地質(zhì)類型轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴妓猁}巖巖溶含水層為主的礦床，水文地質(zhì)條件中等至復(fù)雜，即以底板進(jìn)水為主，礦井底部的C12煤層與茅口組含水層之間為鋁土質(zhì)泥巖，平均厚度為4.48m，未來(lái)礦井開(kāi)采時(shí)極可能產(chǎn)生底板突水。

3 礦井涌水量預(yù)算

研究區(qū)預(yù)測(cè)塊段范圍為延伸開(kāi)采區(qū)段水平標(biāo)高+1050m以上的先期開(kāi)采地段。根據(jù)礦井開(kāi)采資料，已經(jīng)有一定規(guī)模的開(kāi)采，取得了較全面的研究資料，其中C8煤層已經(jīng)開(kāi)采占一半以上，且與龍?zhí)督M地質(zhì)條件相似性高，礦井開(kāi)采方法相同，采用水文地質(zhì)比擬法預(yù)算含煤地層礦井涌水量可靠性高。而針對(duì)茅口組含水地層的地質(zhì)條件差異，考慮到工作面條件相對(duì)簡(jiǎn)單，而影響半徑和邊界條件誤差都不大，采用解析法能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)涌水量。礦井總的涌水量為含煤地層與茅口組涌水量之和。

3.1 含煤地層礦井涌水量預(yù)算

3.1.1 計(jì)算原則

針對(duì)研究區(qū)開(kāi)采已具有相當(dāng)規(guī)摸(馬臨煤礦3、4號(hào)井)，有代表性地揭示了該煤礦的水文地質(zhì)特征，延伸開(kāi)采區(qū)段的水文地質(zhì)條件與實(shí)際開(kāi)采區(qū)段基本類似，采用水文地質(zhì)比擬法預(yù)算含煤地層的礦井涌水量更為可靠。

3.1.2 計(jì)算公式

根據(jù)礦井水文地質(zhì)調(diào)查、礦井近三年涌水量長(zhǎng)期觀測(cè)結(jié)果(表2)，采用計(jì)算公式[9]：

(1)，

式中：Q1—1 050m標(biāo)高以上設(shè)計(jì)擴(kuò)大開(kāi)采區(qū)段礦井涌水量，m3/h；

Q0—3號(hào)井(PD3)和4號(hào)井(PD4)實(shí)際涌水量之和 ，m3/h；

S1—1 050m標(biāo)高以上設(shè)計(jì)擴(kuò)大開(kāi)采區(qū)段降深，m；

S0—3號(hào)井(PD3)和4號(hào)井(PD4)實(shí)際降深，m；

表2 馬臨煤礦3、4號(hào)井2011—2015年涌水量觀測(cè)

F—1 050m標(biāo)高以上設(shè)計(jì)擴(kuò)大開(kāi)采區(qū)段面積，m2；

F0—3號(hào)井(PD3)和4號(hào)井(PD4)實(shí)際井巷控制面積，m2。

3.1.3 計(jì)算參數(shù)的選取

(1)3號(hào)井和4號(hào)井1 050m標(biāo)高以上實(shí)際開(kāi)采區(qū)段面積(m2)之和計(jì)算(F0)。3號(hào)井和4號(hào)井實(shí)際開(kāi)采區(qū)段面積分別為821 275 m2、1 198 375 m2，即F0為2 019 650 m2。

(2)1050m標(biāo)高以上延伸開(kāi)采區(qū)段面積(F)計(jì)算。計(jì)算范圍：東至1 050 m標(biāo)高以上實(shí)際開(kāi)采面積與延伸開(kāi)采面積分界線，為1 090 650m2。即F為1 090 650m2。

(3)3號(hào)井和4號(hào)井1 050m標(biāo)高以上實(shí)際開(kāi)采區(qū)段涌水量(Q0)計(jì)算利用3號(hào)井和4號(hào)井1 050m大巷2014-2015年涌水量長(zhǎng)期觀測(cè)資料，最大涌水量采用全觀測(cè)期內(nèi)的涌水量最大值，正常涌水量以全觀測(cè)期內(nèi)涌水量之和的平均值代替，計(jì)算結(jié)果：最大涌水量153m3/h，平均涌水量(Q0)65m3/h。

(4)1050m標(biāo)高以上延伸開(kāi)采區(qū)段降深(S1)及3號(hào)井和4號(hào)井實(shí)際降深(S0)。據(jù)勘探鉆孔含煤地層靜止水位(P3c-P3l)資料，煤層頂板平均靜止水位標(biāo)高為1 277.73m，故1 050m標(biāo)高以上設(shè)計(jì)擴(kuò)大開(kāi)采區(qū)段降深為227.73m。且3號(hào)井和4號(hào)井資料分析結(jié)果顯示其開(kāi)開(kāi)采降深已達(dá)到1 050m水平，故實(shí)際降深為227.73m，即S1=S0=227.73m。

依據(jù)上述參數(shù)的取值，由公式(1)計(jì)算得出Q1為842.43 m3/d。頂板總涌水量(Q2=Q0+Q1=2 402.43 m3/d。

3.2 茅口組底板涌水量預(yù)算

3.2.1 計(jì)算公式

茅口組地下水一直處于承壓狀態(tài)，礦井涌水量預(yù)算公式采用穩(wěn)定流承壓大井[10-14]公式計(jì)算：

(2)，

式中：Q3—底板茅口組涌水量，m3/d；

K—含水層滲透系數(shù)，m/d；

M—含水層厚度，m；

R0—引用影響半徑，m；

r0—引用半徑，m。

3.2.2 計(jì)算參數(shù)

區(qū)內(nèi)ZK0201號(hào)孔的抽水試驗(yàn)資料確定茅口組(P2m)含水層滲透系數(shù)為0.014 68m/d。含水層厚度根據(jù)鉆孔揭露算得含水層厚度為98.07m。水位降深則取本次勘探鉆孔茅口組平均靜止水頭標(biāo)高(1290.03m)作為含水層水位，即S=1 290.03-1 050=240.03m。

3.2.3 計(jì)算結(jié)果

依據(jù)上述參數(shù)的取值，由公式(2)計(jì)算得出Q3為7 570.68m3/d。

3.3 預(yù)算結(jié)果綜合分析

目前3號(hào)井和4號(hào)井的開(kāi)采已具有相當(dāng)規(guī)模，開(kāi)采面積達(dá)2 019 650m2，資料積累豐富，代表性地揭示了該煤礦水文地質(zhì)特征，延伸開(kāi)采區(qū)段的水文地質(zhì)條件與實(shí)際開(kāi)采區(qū)段基本類似，具備比擬條件，對(duì)含煤地層采用比擬法預(yù)算涌水量結(jié)果可靠，可以作為礦山設(shè)計(jì)依據(jù)。而針對(duì)資料較少，開(kāi)采條件不同的茅口組涌水量預(yù)算采用解析法中的穩(wěn)定流承壓大井法進(jìn)行預(yù)算，也是綜合考慮了工作面相對(duì)簡(jiǎn)單的條件，將整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)具有等效半徑的大井在工作，所以整個(gè)巷道系統(tǒng)的涌水量就等于大井的涌水量，預(yù)算結(jié)果更為可靠。

綜上，礦井涌水量為含煤層地涌水量(頂板總涌水量)與茅口組涌水量(底板涌水量)之和，即礦井平均總涌水量為9 973.11 m3/d。據(jù)近兩年3號(hào)井和4號(hào)井涌水量觀測(cè)資料，最大涌水量為平均涌水量2.4倍，建議采用23 935.45m3/d作為今后礦井選擇排水設(shè)備的依據(jù)。

4 結(jié)論

(1)開(kāi)采C8以上煤層以裂隙含水層為主，屬于水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床類型；開(kāi)采C12煤層時(shí)，煤層間接底板茅口組灰?guī)r巖溶含水層對(duì)礦床充水將占主導(dǎo)地位，水文地質(zhì)條件轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的巖溶充水礦床類型，存在較大的突水危險(xiǎn)。

(2)根據(jù)含水層水文地質(zhì)條件的不同，研究區(qū)含煤地層涌水量采用比擬法預(yù)算，結(jié)果為2 402.43 m3/d(頂板涌水量)；茅口組巖溶含水層采用解析法預(yù)算，結(jié)果為7 570.68m3/d。

(3)根據(jù)資料分析，研究區(qū)最大涌水量為平均涌水量的2.4倍，建議采用23 935.45m3/d作為今后礦井選擇排水設(shè)備的依據(jù)。

[1] 溫文富，曹麗文．比擬法和解析法在某礦井涌水量預(yù)算中的分析比較[J]．中國(guó)煤炭，2011，37(7)：38-40.

[2] 周如祿，戴振學(xué)，李穎．礦井涌水量預(yù)算的理論與實(shí)踐[J]．煤炭科學(xué)技術(shù)，1998，(6)：25-27.

[3] 任天培．水文地質(zhì)學(xué)[M]．北京：地質(zhì)出版社，1986.

[4] 傅大慶．大井法及水文地質(zhì)比擬法在某礦山礦坑涌水量預(yù)算中的應(yīng)用對(duì)比[J]．西部探礦工程，2016，(1)：139-141.

[5] 華解明．“大井法”預(yù)算礦井涌水量問(wèn)題探討[J]．中國(guó)煤炭地質(zhì)，2009，21(6)：45-47.

[6] 劉琰，孫貴，何孝海．淮北煤田花溝礦井水文地質(zhì)特征及礦井涌水量預(yù)算[J]．中國(guó)煤炭地質(zhì)，2011，23(7)：40-44.

[7] 李茸，李曦濱，王寶琛等．山西潞安集團(tuán)李村煤礦水文地質(zhì)條件及礦井涌水量預(yù)算[J]．中國(guó)煤炭地質(zhì)，2013，25(5)：27-31.

[8] 李娜娜，施龍青，劉美娟．新驛煤礦下組煤礦井涌水量預(yù)算研究[J]．中國(guó)煤炭地質(zhì)，2010，22(2)：24-27.

[9] 徐龍，葛曉光．水文地質(zhì)比擬法的系統(tǒng)處理模型[J] ．煤炭學(xué)報(bào)，1995，(4)：37-40.

[10] 王玉蕊．基于解析法的巖溶隧道涌水量計(jì)算改進(jìn)探析[D]．成都理工大學(xué)，2015.

[11] 米金科，王濤．解析法在興隆莊煤礦工作面涌水量預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]．中國(guó)煤炭地質(zhì)，2011，03：27-30.

[12] 崔原萍，張寶平． 解析法在礦井涌水量預(yù)測(cè)中的應(yīng)用及評(píng)價(jià)[J] ．地下水，2016，05:8-9+76.

[13] 華解明．“大井法”預(yù)測(cè)礦井涌水量問(wèn)題探討[J]．中國(guó)煤炭地質(zhì)，2009，(06):45-47.

[14] 華解明．關(guān)于“大井法”礦井涌水量預(yù)測(cè)的質(zhì)疑[J]．華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，(04)：74-76+82.

A Study on Water Filling Factors and Inflow Prediction in Malin Coalmine Extended Mining Sector, Lupanshui Mining Area

Li Xiang1, Wang Lixuan2

(1. No.174 Exploration Team, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang, Guizhou 550000; 2. Geological Exploration and Research Institute, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang, Guizhou 550000)

According to the Lupanshui mining area Malin coalmine geological setting and geological information analysis have discussed mine hydrogeological features, water filling factors, and then estimated study area mine water inflow through analogue method and analytics. The result has shown that during the extraction of coal C8 and above, the water is mainly from fissured aquifer, belongs to hydrogeological condition simple type; during the extraction of coal C12, the non immediate coal floor Maokou Formation limestone karst aquifer will be the dominant, hydrogeological condition turned into complex karst water filling type with larger water bursting hazard. Based on different aquifer hydrogeological conditions, study area coal-bearing strata water inflow estimation is through analogue method, the result is 2402.43m3/d; Maokou Formation karst aquifer through analytics, the result is 7570.68 m3/d; study area maximum water inflow is 2.4 times of average inflow, thus the 23935.4 m3/d is recommended as the basis to choose mine drainage equipment henceforth.

hydrogeological condition; water filling factor analysis; water inflow estimation; Malin coalmine

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.10

1674-1803(2017)05-0053-04

李享(1984—)，男，貴州畢節(jié)人，工程師，研究方向：煤田地質(zhì)。

2017-01-09

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

責(zé)任編輯：樊小舟