煤礦水文地質(zhì)特征分析及礦井涌水量預(yù)測(cè)

張林華 劉明

摘 要：近些年來(lái)，礦井涌水一直影響著煤礦生產(chǎn)安全，對(duì)其構(gòu)成了極大的威脅。因此，加強(qiáng)對(duì)煤礦水文地質(zhì)特點(diǎn)的分析及礦井涌水預(yù)測(cè)極為重要。文章主要是對(duì)煤礦的水文地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行了分析探究，并對(duì)礦井涌水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，以此幫助有效提升煤礦開采生產(chǎn)的安全性及高效性，進(jìn)一步促進(jìn)此領(lǐng)域的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤礦；水文地質(zhì)特點(diǎn)；礦井涌水量

礦井涌水量主要是指：在單位時(shí)間內(nèi)，礦山建設(shè)及生產(chǎn)活動(dòng)中井巷中所涌入的水量。涌水量數(shù)據(jù)可作為礦井防治水方案制定的主要參考依據(jù)，也可借助其對(duì)礦井生產(chǎn)安全性進(jìn)行判定。因此，加強(qiáng)對(duì)礦井涌水量的預(yù)測(cè)極為重要。

一、煤礦水文地質(zhì)特點(diǎn)分析

（一）煤礦水文地質(zhì)特點(diǎn)概述。煤礦內(nèi)部可被分為：新生界松散層孔隙含水層、太原組奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層及二疊系主采煤層砂巖裂隙含水層。

其中新生界松散層孔隙含水層可被分為一、二、三、四組，第四組是直接覆蓋于煤系上的。而前三層含水層均相應(yīng)分布于第一、二、三隔水層上。主要的組成部分為粘土、鈣質(zhì)粘土等，分布極為穩(wěn)固化，具有極強(qiáng)的隔水性。特別是第三隔水層，其主要組成為灰綠色粘土，厚度大，隔水性好。

而二疊系砂巖裂隙含水層的主要組成為：粉砂巖、砂巖、泥層等，對(duì)應(yīng)劃分的隔水層為4個(gè)，即1～2、4～6煤隔水層段；8煤下鋁質(zhì)泥巖隔水層及10煤下海相泥巖的隔水層，其隔水性均較佳。

（二）充水因素分析。（1）大氣降水。大氣降水主要是補(bǔ)給新生界松散層孔隙含水層，通常由于受到多種因素的影響，大氣降水下滲至煤系含水層的難度較大。另外，在新生界松散含水層中下部分布隔水性極強(qiáng)的第三隔水層，在其作用之下，大氣降水與煤系含水層之間的關(guān)聯(lián)度不高。（2）斷裂構(gòu)造對(duì)礦產(chǎn)充水的影響。大部分煤礦內(nèi)的斷層處于天然狀態(tài)中時(shí)，其富水性、導(dǎo)水性較弱。在井巷施工中，將斷層穿通，斷層裂隙帶地下水會(huì)進(jìn)入至煤礦內(nèi)，只是其水量不是很大。但是由于天然平衡的狀態(tài)已遭到破壞，斷層的導(dǎo)水性相應(yīng)增大。當(dāng)主采煤層與富水層“對(duì)口”、“溝通”時(shí)，便極有可能產(chǎn)生突水狀況。（3）石灰?guī)r巖溶裂隙水。在正常狀況下，太原組及奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙水并不會(huì)對(duì)開采10煤層造成直接性的充水影響。但是在遭遇了斷層、陷落柱時(shí)，煤層及灰?guī)r開始對(duì)口接觸或是兩者之間的距離縮短，則會(huì)對(duì)礦坑產(chǎn)生直接充水影響，或是使得巷道出現(xiàn)底鼓，成為間接充水含水層。（4）新生界松散孔隙水。新生界松散含水層系統(tǒng)下方的第四含水層主要覆蓋于煤系地層的上方，主要是一些淺部地區(qū)。第四含水層在經(jīng)過(guò)基巖豐富裂隙帶后會(huì)給煤系含水層帶來(lái)一些補(bǔ)給量。另外，由于受到煤礦開采的影響，采空區(qū)塌陷裂隙極有可能進(jìn)入至第四含水層中，從而使得其與煤系含水層之間的水力關(guān)聯(lián)性得以增強(qiáng)，該含水層為間接的充水含水層。

二、礦井涌水量預(yù)測(cè)

（一）計(jì)算方式的選取。在礦坑疏干中，如果礦坑涌水量狀態(tài)較為穩(wěn)定時(shí)，便可認(rèn)為是：將礦坑作為中心所形成的地下水輻射流場(chǎng)滿足穩(wěn)定井流的條件。由于礦坑形象具有不規(guī)則性，特別是坑道系統(tǒng)的分布范圍極廣，因此構(gòu)建出了一個(gè)較為復(fù)雜化的邊界，需對(duì)其做理想化處理。站在理論角度上看，可將復(fù)雜形狀的坑道系統(tǒng)作為一個(gè)工作大井。而不規(guī)則的坑道系統(tǒng)所圈定的面積則可當(dāng)做大井面積，那么整個(gè)系統(tǒng)涌水量與大井涌水量數(shù)值較為接近，可采用穩(wěn)定流基本方程進(jìn)行涌水量的計(jì)算。此種方式也被稱為大井法。主要的計(jì)算方式是運(yùn)用坑道系統(tǒng)長(zhǎng)度（A）及寬度（B）大小去確定引用半徑R，再運(yùn)用大井法對(duì)涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（二）計(jì)算方式。對(duì)于礦坑涌水量可選用承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓水的方式，即：Q=1.366K（2H-M）M-h0/lgr0-lgR0。在此公式中：Q代表的是擬建新礦井的涌水量（m3/d）；而K所代表的是滲透系數(shù)（m/d）；H代表的是承壓水由井底開始計(jì)算的水頭高度（m）；M主要是指承壓含水層的厚度值（m）；R0代表的是引用半徑值（m）；r0則為引用影響半徑（m）；h0即指自含水層底板開始計(jì)算的井中動(dòng)水位高度。

（三）水文地質(zhì)比擬法。水文地質(zhì)比擬法的計(jì)算公式是：Q=Q0/F0·F。在此公式中，Q所代表的是今后礦井先期開采地的涌水量預(yù)測(cè)（m3/d）；而Q0所代表的是與礦區(qū)水文地質(zhì)特點(diǎn)較為相似的相鄰煤礦涌水量（m3/d），所選用的是雨旱兩季的平均排水量；F0則代表著相鄰煤礦礦井的回采面積（m2），此數(shù)值的獲取由計(jì)算圖上運(yùn)用求積儀得出。F所代表的是預(yù)算地域的面積（m2），將塊段邊界作為依據(jù)，在計(jì)算圖上運(yùn)用求積儀獲取。

（四）預(yù)測(cè)結(jié)果分析。針對(duì)一些水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單化的礦區(qū)，在礦井涌水量預(yù)測(cè)中運(yùn)用大井法較為適宜。但是“大井法”屬于地下水動(dòng)力學(xué)的理想模型，其相關(guān)計(jì)算公式的應(yīng)用范圍局限于一些均質(zhì)、各向同性含水層，對(duì)于一些裂隙含水帶不可完全均質(zhì)、各向同性，在代入計(jì)算時(shí)只可將其作為均質(zhì)層，獲取到滲透系數(shù)等。另外，由于計(jì)算中對(duì)水頭、井中動(dòng)水位、含水層厚度所選用的常量數(shù)據(jù)在抽水中均會(huì)產(chǎn)生一定的變化。因此最終預(yù)測(cè)出的結(jié)果與實(shí)際相比會(huì)存在較大的誤差。再加上含礦破碎帶的含水帶屬于弱含水帶，在勘探揭露時(shí)的涌水量偏大，之后會(huì)開始逐漸降低。在礦床充水的初期主要為靜儲(chǔ)量，越向深處挖掘，水量不僅不會(huì)增大，反而會(huì)逐漸減小。因此最終所預(yù)測(cè)計(jì)算出的結(jié)果與實(shí)際相比差異較大。因此，在礦坑涌水量的預(yù)測(cè)中，需注意對(duì)各相關(guān)影響因素充分全面分析，促使預(yù)測(cè)結(jié)果無(wú)限接近實(shí)際，為煤礦生產(chǎn)的安全性提供助力。

三、結(jié)語(yǔ)

對(duì)礦井涌水量及其水文地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行充分分析研究，可幫助更好的確保煤礦開采工作的安全性及效率，為煤礦事業(yè)的良好發(fā)展提供助力。在本次研究中，主要是對(duì)礦井涌水量預(yù)測(cè)的兩種方式：大井法、水文地質(zhì)比擬法進(jìn)行了探究。結(jié)果表明，大井法的應(yīng)用范圍較為局限化，水文地質(zhì)比擬法的預(yù)測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確化。不過(guò)應(yīng)注意的是，無(wú)論是選用何種方式，均需做到對(duì)相關(guān)影響因素充分考量。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張林華，云南銘立隆地質(zhì)礦產(chǎn)有限公司。