解析法和比擬法在礦井涌水量分析及預測中的應用

孫福勛　張元杰　丁濤

摘 要：礦井涌水量是評價礦井水文地質條件復雜程度的重要指標，正確預測礦井涌水量對指導礦井排水設施建設以及對保障煤礦安全生產具有重要意義，然而礦井涌水量的影響因素又極其復雜。因此文章通過對各影響因素的分析，運用解析法和比擬法對開河井田上組煤3煤層的涌水量進行了合理地分析及預測，達到了較好的效果。

關鍵詞：涌水量分析；解析法；水文地質比擬法

礦井涌水量分析及預測的方法有很多種，根據(jù)統(tǒng)計模型可以分為確定性模型和非確定性模型兩大類。其中，確定性模型主要采用解析法、數(shù)值法和水均衡法等，非確定模型主要采用相關比擬法等。作者應用的是解析法和水文地質比擬法，通過二者的對比，參照本井田的水文地質情況，預測出合理的涌水量，以更好的指導生產。

1 井田地質概況

開河井田位于區(qū)域水文地質單元的西北部，為巨厚新生界松散層覆蓋的全隱蔽煤田，新生界地層厚度226.50-359.20m，平均304.85m，由東向西逐漸增厚。西部為梁山斷層，東部有嘉祥斷層，北界是鄆城斷層，因此該區(qū)北、東、西三面為阻水邊界，南部為人為邊界。井田內F2斷層近東西橫貫本區(qū)中部，落差>1000m，F(xiàn)2斷層以北煤層埋藏深，賦存侏羅紀淄博群三臺組砂巖及二疊紀石盒子組含水層；F2斷層以南煤層埋藏淺。井田內各基巖含水層深埋于巨厚松散層之下，僅接受新生界底部砂礫層水的補給，與大氣降水無直接水力聯(lián)系。

2 礦井涌水量預算

根據(jù)充水因素分析，3煤層直接充水含水層為3煤層頂、底板砂巖（簡稱3砂）、三灰。井田內對3砂進行了一次、三灰進行了二次抽水試驗，并對3砂和N底砂層進行了一次混合抽水試驗，抽水質量均為合格以上，其成果可作為涌水量的計算依據(jù)。

2.1 3砂涌水量預算

井田西鄰梁寶寺煤礦正開采3煤層，并已生產多年，積累了較豐富的水文地質資料，其水文地質條件與本井田相類似，故分別采用解析法和水文地質比擬法，預算3砂涌水量。礦井第一水平為-350m，初期揭露面積取0.5km2。

2.1.1 解析法

采用上式，利用梁寶寺煤礦2006、2007年的平均和最大涌水量進行比擬，計算結果見表1。

由此可見，采用解析法與比擬法預算的3砂涌水量有一定的差別，分析上述涌水量預算結果及井田水文地質條件，并與生產礦井實揭資料對比，認為采用水文地質比擬法所預算的3砂涌水量較符合實際。因此，采用比擬法預算結果作為3砂礦井涌水量。

2.2 三灰涌水量預算

2.2.1 參數(shù)選擇

三灰為開采3煤層時井巷工程可能揭露的含水層，同時由于三灰具有埋藏深、水壓大的特點，因此開采3煤層時將受到三灰底鼓水的威脅。設工作面長200m，正?？仨敚ǖ祝┚酁?.5m，則其有效充水面積均為700m2，以此概化為大井面積。井田內K12-4抽水質量為合格，采用其成果作內K12-4抽水質量為合格，采用其成果作為涌水量計算依據(jù)。第一水平為-350m，三灰厚度取先期開采地段內鉆孔三灰的最大厚度。

2.2.2 公式選擇及預算結果

3 礦井涌水量分析

3.1 3砂涌水量分析

井田西部已建梁寶寺煤礦，開采3（3上）煤層，第一水平為-708m，井筒掘進過程中最大涌水量為揭露基巖風氧化帶含水層，初始涌水量81.78m3/h，最大達117m3/h，后穩(wěn)定在142m3/h。自2005年至2008年7月，礦井最大涌水量為386m3/h，其歷年礦井涌水量見表2。

與梁寶寺礦相比，兩礦基巖含水層的補給條件相似，就目前情況來看，3砂的富水性亦相似，但本井田3煤層的賦存深度及厚度均小于梁寶寺煤礦，新生界下段對開采3煤的影響大于梁寶寺礦。

綜合本井田地下水的水化學條件、埋藏條件、補逕排條件分析認為，采用水文地質比擬法所預算的3砂正常涌水量147m3/h是可信的。但考慮到本井田地下水處于自然運動狀態(tài)，礦井初期開采時，礦井涌水量有可能比較大，隨著礦井揭露含水層面積的增加，3砂含水層的水位逐步降低，3砂礦井涌水量將會逐步減少。

3.2 三灰涌水量分析

井田內三灰隱覆于新近系松散層之下，補給條件較差.但富水性差異較大，對于不同地段三灰水量會有較大差異，因此揭三灰時應提前疏放三灰水，以降低三灰的涌水強度、減弱礦井水害。本井田計算的三灰正常涌水量48m3/h，是可以作為礦井設計依據(jù)的。

3.3 礦井總涌水量分析

綜上所述，本井田開采3煤層的直接充水含水層為3砂和三灰，礦井正常涌水量為二者之和，故本井田礦井正常涌水量為195m3/h?？紤]到井田內3砂含水層上覆巨厚的第四系與新近系，與大氣降水沒有直接聯(lián)系，但根據(jù)收集的資料，結合本井田實際揭露資料綜合分析，3砂最大涌水量采用以梁寶寺礦最大涌水量比擬結果274m3/h；根據(jù)梁寶寺礦三灰單孔水量一般為25m3/h，觀45號孔初始水量60m3/h，其比值為2.4，據(jù)此確定本井田三灰最大涌水量為115m3/h。因此，開采3煤層的最大涌水量為3砂與三灰最大涌水量之和，建議采用Qmax=Q1+Q2=274+115=389m3/h。

4 結束語

（1）經(jīng)計算分析可得，該井田正常涌水量為195m3/h，最大涌水量為389m3/h。（2）井田內主采3煤層距新生界地層間距小，使得開采條件復雜性增加，建議礦井建設、生產期間適當補做相應勘查工作，并充分研究覆巖破環(huán)規(guī)律，逐步解放呆滯資源儲量。（3）3砂與三灰的富水性很不均一，一般在斷層附近富水性較強，礦井涌水量偏大。初揭含水層時礦井涌水量較大，但經(jīng)過一定時間的疏排后，涌水量會逐漸變小，最終趨于正常涌水量。因此在斷層附近或初揭含水層時，應充分做好含水層動態(tài)監(jiān)測工作，以防發(fā)生礦井突水災害。

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作者簡介：孫福勛（1992-），男，碩士研究生，主要研究方向：礦井水文地質。