丰龙煤矿矿井充水因素分析与涌水量预测

陈 凯，刘茂强

（1．江西省煤田地质勘察研究院江西 南昌 330001；2．江西煤业集团公司尚庄煤矿江西 丰城 331141）

·问题探讨·

丰龙煤矿矿井充水因素分析与涌水量预测

陈 凯1，刘茂强2

（1．江西省煤田地质勘察研究院江西 南昌 330001；2．江西煤业集团公司尚庄煤矿江西 丰城 331141）

对丰龙煤矿矿井充水因素进行分析，主要为大气降水、地表水、风化裂隙水，第三系红层底砾岩裂隙岩溶水，大冶灰岩裂隙岩溶水，长兴灰岩裂隙岩溶水，茅口灰岩裂隙岩溶水，封闭不良钻孔漏水，并通过地下水动力学法、矿井水文地质比拟法对丰龙煤矿的涌水量进行了计算和预测，为新建矿井的设计及首采区开采提供依据。

丰龙煤矿；充水因素；涌水量预测

丰龙煤矿位于江西省丰城市城区320°方向，直线距离约8 km，矿井于2005年10月开工建设，目前尚未正式投产，矿井开采标高：-1 300～-600 m，主要开采二叠系上统龙潭组老山段B4煤层，B4煤层主要充水水源为龙潭组老山段砂岩裂隙水，矿井水文地质条件简单。丰龙煤矿地层见表1。

1 充水因素分析

1．1 大气降水、地表水及风化裂隙水

矿区为覆盖型结构，巨厚的第三系、侏罗系均为相对隔水岩系，大气降水、地表水及风化裂隙水只能以弱渗透形式补给地下水，构不成矿井充水水源。

1．2 第三系红层底砾岩裂隙岩溶水

第三系红层总体向南倾伏于矿区内老地层之上，其在浅部接受大气降水、第四系孔隙水及地表水的补给后向南渗透，将对煤系地层隐伏露头区附近的煤层开采产生影响，但考虑到煤系地层隐伏露头埋深较大（最浅处为-500 m标高），红层底砾岩在此处岩溶不大发育（矿井北翼范围内无钻孔过红层，直接见龙潭组地层），只要是在煤层开采时引起注意，不会成为煤矿开采的直接充水水源。

1．3 大冶灰岩裂隙岩溶水

大冶灰岩多伏于第三系、侏罗系之下，在深部岩溶不发育，富水性差，且因为其下部发育1层厚度为18．1～63．3 m的泥灰岩，形成大冶灰岩与长兴灰岩2个裂隙岩溶含水层水力联系的天然屏障。也就是说，大冶灰岩裂隙岩溶水，一般情况下不会直接补给长兴灰岩裂隙岩溶水，不会构成今后矿床开发的直接水害。

1．4 长兴灰岩裂隙岩溶水

矿区内长兴灰岩岩溶不发育、连通性差，富水性不均。造成这一状况的原因：一是盖层厚度较大，相对隔水；二是大冶灰岩底部的泥岩起到了隔水作用，造成长兴灰岩溶水补给条件很差。根据计算，B4煤层的冒落带高度为19．13 m，最大导水裂隙带高度为68．11 m。所波及到的地层为P2l2-1～P2l2-2，因此，长兴灰岩裂隙溶水在正常情况下不会直接危及B4煤层的开采。今后开采要注意切割长兴灰岩和老山段地层的断层。

1．5 茅口灰岩裂隙岩溶水

矿区内茅口灰岩岩溶不发育，只是在灰岩顶界面附近发育溶孔及溶蚀裂隙，连通性差，富水性不均。据邻区资料，官山段厚度198．54～239．77 m，尽管茅口灰岩水水压很大，但也不至于构成底板穿水，正常情况下不会对矿坑充水造成威胁。

表1 丰龙煤矿地层表

1．6 对断层充水性的分析

F9断层在矿区内切割了浅部的长兴灰岩，孔组抽水时F9断层观测孔水位与主孔同步下降，是富水性很强的导水断层。勘探时对其导水性了解不够，开采时应留有足够保安煤柱，以防穿水。

从三维地震资料看，在向斜南翼23线以西断层较多，且部分切割了长兴灰岩和茅口灰岩等含水层，今后矿井开采时应注意观察，并采取有效措施，以防患于未然。

1．7 封闭不良钻孔

丰龙煤矿进行过多次勘探，其封孔要求与质量不同，封孔质量欠佳的钻孔，可沟通其它含水层对矿坑充水（如尚庄矿2001年开采380工作面到一半时，因封闭不良钻孔导水而使工作面被淹，现仍在放水，出水处见大量的钙华，据调查是因为82-1孔封闭不良使上部长兴灰岩水进入矿坑，此孔原为尚三矿供水孔，现已停用），今后矿井开采时应注意防范。

2 矿坑涌水量预测

根据地质勘查情况，对B4煤层先期开采地段的正常矿坑涌水量进行预测。

2．1 地下水动力学法

本矿井B4煤层坑道系统充水水源主要为其顶部的细砂岩裂隙承压水，厚度稳定，岩性单一，符合裘布依方程所设的条件。矿井在排水过程中，必然会形成以坑道系统为中心的降落漏斗，在降落漏斗的相当范围内，承压水位已降至隔水顶板以下，所以选用承压转无压的地下水动力学公式进行预测比较合适。即：

式中：

F—丰龙煤矿北翼-1 300 m以上B4煤层储量计算面积，m2，取787．0×104；

K—渗透系数，采用19．2101孔抽水试验成果，m/d，取0．046 2；

R—矿井开采时，地下水降落漏斗的影响半径，m，经计算取2 833；r0—根据（3）式计算的大井半径，m，取1 585；M—含水层厚度，采用19．2101孔含水层厚度，m，取6．7；

H—水头高度，采用19．2101孔静水位标高+18．23 m减去-1 300 m水平得1 318．23，m，此亦为排水时的水位降深S。

将以上参数代入（1）式，即可求得本区B4煤层-1 300 m水平坑道系统正常涌水量。经计算Q= 2 497．64 t/d=104．07 t/h。

2．2 水文地质比拟法

尚庄煤矿位于丰龙煤矿北翼浅部，其于1958年建井，1968年10月建成投产，现已开采到-650 m水平，其正常排水量约35 t/h左右，具体排水情况见表2。

表2 尚庄煤矿涌水量情况表

尚庄煤矿的充水水源为龙潭组砂岩层间裂隙承压水。与丰龙煤矿类似，因此，利用尚庄煤矿的排水资料预算丰龙煤矿开采时的涌水量具有一定的合理性，计算过程如下：

联立方程求得根指数，m=1．467，n=0．929

比拟公式：

尚庄煤矿-650～-230 m水平矿坑涌水量的季变系数为：

式中：

F—丰龙煤矿-1 300 m以上B4储量计算面积，m2，取787．0×104；

S—丰龙煤矿-1 300 m煤系地层水的水位降深，m，取1 318．23；

Q0—尚庄煤矿-650 m以上的涌水量，t/h，取34．89；

F0—尚庄煤矿-650 m以上的总开拓面积，m2，取719．8×104；

S0—尚庄煤矿-650 m煤系地层水的水位降深，m，取695．97；

Q—预计的丰龙煤矿到-1 300 m水平的涌水量。

将上述数据代入（4）、（5）式，计算得矿坑正常涌水量为71．99 t/h；矿坑最大涌水量为132．03 t/h。

预测结果评述：

由以上计算结果可知，利用比拟法得矿坑正常涌水量为71．99 t/h，矿坑最大涌水量为132．03 t/h，利用地下水动力学法（大井法）得矿坑涌水量为131．89 t/h，所得出的结果相似，且与以往的开采经验相符，因此，可以作为矿井建井的设计依据。-1 300 m水平矿坑涌水量见表3。

表3 -1 300 m水平矿坑涌水量表

3 结论与建议

通过对勘探资料和相邻矿井生产地质资料的分析，得出了丰龙煤矿充水的主要因素，运用比拟法和地下水动力学法对丰龙煤矿涌水量进行估算，为矿井提供了基础资料，还可以进一步优化矿井的水泵数量，节省投资。由于矿井涌水的不确定性，在设计和生产过程中应充分注意老窑及断层突然穿水量和暴雨时的最大渗透补给量。

［1］刘小满，邢学玲，王心义．跃进矿充水因素分析及矿井涌水量计算［J］．矿山安全与劳动保护，2011（10）：4-5．

［2］曹代勇，杜振川，陈江峰，等．煤炭地质勘查与评价［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2007：117-119．

［3］陈崇希．地下水动力学［M］．北京：中国地质大学出版社，2003：215-217．Water Filling Factors Analysis and Water Inflow Prediction in FengLong Coal Mine

Chen Kai，Liu Mao-qiang

The water filling factors of Fenglong coal mine are analyzed，mainly are atmospheric precipitation，surface water，weathering fissure water，third red layer basal conglomerate karst fissure water，Daye limestone karst fissure water，Changxin limestone karst fissure water，Maokou limestone karst fissure water，poor sealing borehole water leakage，and through the groundwater kinetic method，mine hydrogeological analogy method carries out calculation and prediction of water inflow in Fenglong coal mine，and provides the basis for the design of new mines and mining．

Fenglong coal mine；Water filling factor；Prediction of water inflow

TD742

A

1672-0652（2013）08-0044-03

2013-05-21

陈 凯（1988—），男，山东聊城人，2010年毕业于河南理工大学，助理工程师，主要从事煤田地质及相关技术工作（E-mail）378821441＠qq．com