煤矿山井筒涌水量的预算

郭攀 郝业

（陕西天地地质有限责任公司 陕西西安 710054）

煤矿山井筒涌水量的预算

郭攀 郝业

（陕西天地地质有限责任公司 陕西西安 710054）

依据煤矿山井筒穿越含水层的水文地质特征，利用比拟法和解析法预算出井筒施工时的涌水量，通过对预算结果的比对分析，得出合理值。井筒穿越含水层的充水特征和涌水量预算值，为井筒设计单位提供了设计依据，针对井筒施工过程中可能出现的水文地质问题，提出具有可操作性的建议。

煤矿山；井筒；充水因素；涌水量预算

引言

在煤矿山井筒设计过程中，处理好水文地质问题是一项非常重要的工作。通过井筒检查，得出井筒穿越含水层的水文地质特征，分析出井筒的充水因素，通过矿井涌水量计算的常用方法，预算出井筒涌水量，为井筒开凿施工工艺的选择和井筒防治水工作提供依据。本文以陕北侏罗纪煤田榆横矿区某矿回风立井为例，简要分析煤矿山井筒涌水量的预算。

1 充水因素分析

1.1 充水水源

回风立井井筒的充水水源以第四系萨拉乌苏组孔隙潜水和白垩系洛河砂岩孔隙裂隙水为主，富水性强至中等，在施工过程中，该段的充水强度相对较大，应给予重视。

其次为安定组至直罗组砂岩含水层、延安组砂岩含水层和2号煤层裂隙含水层，通过本次及以往抽水试验资料，富水性弱到中等。据以往水文地质勘探资料，2号煤层顶板存在富水异常区，在煤矿生产过程中，局部地区出现煤层顶板突水情况，但易疏干。故在施工中，该部分含水层充水强度一般，但可能存在揭露时出水量较大的情况，也应给予重视。

1.2 充水途径及方式

各井筒的主要充水途径为松散沙层、土层孔隙和岩层中发育的风化裂隙、原生裂隙及构造节理裂隙和粗颗粒岩层的孔隙，以围岩孔隙涌水和裂隙涌水为主要充水方式。各充水层以水平透水、汇水为特征，随着井筒的垂直向下或斜坡延伸，水位（水头）压力也不断增大，井筒围岩渗水压力也增大，引起软岩段充水通道松弛，导水裂隙易张裂掉块，发生充水相对集中状况。

1.3 充水强度

沙层受降水入渗补给面积广，储水条件较好，渗透性强，补给条件有利，井壁结构松散极不稳定，充水强度较大。另外需要注意的是，沙层受大气降水补给明显，在雨季施工时其涌水量会发生较明显的变化。

土层段孔隙潜水主要接受上部沙层水的重力渗流补给和下部基岩承压水的承压水头补给，水源补给条件好，其中黄土层局部含沙量较大，并伴有砂层透镜体，储水条件较好，具有一定的充水风险。

洛河组裂隙承压水，主要受松散沙层及土层段的重力渗流补给，水源补给条件较好，充水量及强度较大。根据抽水资料显示，该段富水性中等，故井筒穿越该段时其涌水量较大。

安定、直罗、延安组裂隙承压水水源补给条件差，透水性差，充水量及强度较小。但其承压水头高，泥岩、砂质泥岩易风化，在节理、裂隙发育处对井筒充水量会有所增大。

在井筒掘进过程中，以井筒为通道会沟通各个含水层，而井筒的充水通道为各含水层内在的节理和裂隙。裂隙的发育情况是井筒充水强度的主要因素之一。

2 井筒涌水量预算

井筒涌水量预算根据井筒检查孔抽水试验所获得参数，采用“大井法”进行预测；另外矿井中央进风立井井筒施工过程中，对涌水量进行观测，故采用“水文地质比拟法”，对井筒涌水量进行预测。

3 “大井法”井筒涌水量预测

3.1 计算条件

（1）井筒所揭露含水层段均参与井筒涌水量的计算。正常基岩中的泥岩、砂质泥岩、粉砂岩视为隔水层，其厚度不计入含水层厚度。

（2）井筒的涌水量，对井筒穿过各含水层涌水量进行分段计算。

（3）本次计算参数主要采用本次井筒检查钻孔各含水层段的抽水试验成果，萨拉乌苏组含水层参数结合以往中央进风立井资料，得知含水层渗透系数为4.6437～15.707m/d，本次“大井法”计算渗透系数采用15.707m/d，延安组含水层段部分参数采用以往施工的水文钻孔资料。

（4）第四系上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水（Q3s）采用潜水经验公式进行计算，白垩系洛河砂岩孔隙裂隙水含水层（K1l）、安定组和直罗组砂岩段（J2a+J2z）、延安组上部砂岩段（J2y）裂隙承压水含水层采用承压水经验公式进行计算。

（5）各含水层段均按照全降深计算井筒穿越该层的涌水量。

（6）回风立井孔径按6.5m计算。

3.2 计算公式

本次采用“大井法”计算井筒涌水量，计算公式为：

3.3 计算选用参数及公式

各井筒施工穿越的各含水层段有松散层段、白垩系洛河组、侏罗系中统安定组、直罗组及侏罗系中统延安组。井筒各含水层段涌水量预算采用参数及公式见表1。

表1 井筒各含水层段涌水量预算采用参数及公式一览表

3.4 回风立井井筒涌水量预算

回风立井井筒涌水量预算采用直径为各井筒的设计直径与各井筒的砌壁厚度之和，回风立井的设计直径6.5m，各含水层段均按照全降深计算井筒穿越该层的涌水量。涌水量预算结果：回风立井井筒涌水量合计为404m3/h，即9696m3/d。

4 “水文地质比拟法”井筒涌水量预测

4.1 计算条件

（1）井筒所揭露含水层段均参与井筒涌水量的计算。正常基岩中的泥岩、砂质泥岩、粉砂岩视为隔水层，其厚度不计入含水层厚度。

（2）井筒的涌水量，对井筒穿过各含水层涌水量进行分段计算。

（3）回风立井与中央进风立井为井径相同的竖井。

（4）中央进风立井施工过程中具有实测的涌水量数据。

4.2 计算公式

本次采用“水文地质比拟法”计算井筒涌水量，计算公式为：

4.3 计算选用参数及公式

各井筒施工穿越的各含水层段有松散层段、白垩系洛河组、侏罗系中统安定组、直罗组及侏罗系中统延安组。

4.4 回风立井井筒涌水量预算

回风立井井筒涌水量预算采用直径为各井筒的设计直径与各井筒的砌壁厚度之和，回风立井的设计直径6.5m，该井筒井径与中央进风立井相同，且穿越地层情况相似。采用“水文地质比拟法”涌水量预算结果：回风立井井筒涌水量合计为506m3/h，即12144m3/d。

5 “水文地质参数”反算法

根据抽水试验可以得到含水层水文地质参数，但抽水试验过程中，抽水机械、管路，周围的天气、环境与温度，以及人员观测记录中的误差，都会影响抽水试验的成果，进而影响各个水文地质参数的准确性。

本次为了更好的预测井筒涌水量，避免抽水试验求得水文地质参数的误差，根据井田内已施工的中央进风立井在施工过程中观测记录的涌水量，采用模拟成大井筒抽水试验，进而反算，求得各含水层渗透系数。

6 计算结果评述

（1）回风立井采用“大井法”预测各含水层段涌水量情况。上更新统萨拉乌苏组（Q3s）孔隙潜水含水层段涌水量271m3/h，白垩系洛河砂岩（K1l）孔隙裂隙水含水层段涌水量76m3/h，安定组和直罗组砂岩（J2a+J2z）裂隙承压水含水层段涌水量36m3/h，延安组砂岩（J2y）裂隙承压水含水层段涌水量21m3/h，回风立井总涌水量404m3/h。

（2）回风立井采用“水文地质比拟法”预测各含水层段涌水量情况。上更新统萨拉乌苏组（Q3s）孔隙潜水含水层段涌水量360m3/h，白垩系洛河砂岩（K1l）孔隙裂隙水含水层段涌水量47m3/h，安定组和直罗组砂岩（J2a+J2z）裂隙承压水含水层段涌水量13m3/h，延安组砂岩（J2y）裂隙承压水含水层段涌水量86m3/h，回风立井总涌水量506m3/h。

（3）回风立井采用“水文地质参数反算法”预测各含水层段涌水量情况。上更新统萨拉乌苏组（Q3s）孔隙潜水含水层段涌水量1898m3/h，白垩系洛河砂岩（K1l）孔隙裂隙水含水层段涌水量41m3/h，安定组和直罗组砂岩（J2a+J2z）裂隙承压水含水层段涌水量10m3/h，延安组砂岩（J2y）裂隙承压水含水层段涌水量242m3/h，回风立井总涌水量2191m3/h。

（4）根据上述三种计算方法的对比，得知井筒穿过地层中含水层的厚度、渗透系数、水柱高度的大小是涌水量大小的主要因素。本次“大井法”计算参数均为采用实际井位所获得及相邻钻孔，参数真实可靠，计算公式选用合理，在与计算条件相适应状况下，其结果基本可靠；“水文地质比拟法”利用中央进风立井施工过程中的实测涌水量数据进行比拟，经过分析得出：①萨拉乌苏组沙层含水层在两处的水文地质条件一致，涌水量估算结果可信度较高；②在中央进风立井施工时，延安组第五段含水层未疏干，故出现涌水量较大情况，经过近几年的回采和巷道开拓，本次预施工的井筒处延安组第五段含水层静储量已经基本疏干，故“水文地质比拟法”估算结果偏大；“水文地质参数反算法”利用中央进风立井施工过程中的实测涌水量数据进行反算，求出含水层渗透系数，带入井检孔进行估算，经过分析发现预测的涌水量过大，不符合实际，故不采用。

（5）回风立井井筒开凿过程排水工作会使井筒部分地段水位形成降落漏斗，井筒涌水量会有减少趋势。本次计算考虑的是各含水层水位（或水柱）全降深的情况下的涌水量，实际井筒开凿揭露含水层是逐段、逐层情况，然后又作护筒封闭，所以井筒涌水量将不是各含水层全降深的情况，届时应根据开凿进度（揭露含水层厚度）、封闭条件，按上述计算公式再作估算。

综上所述，本次计算参数多为实际井位所获得，参数真实可靠，计算公式选用合理，井筒施工过程中在与计算条件相适应状况下，其结果基本可靠，可以作为设计施工的依据。

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[4]樊小舟.井筒涌水量预测方面存在的问题与对策探讨[J].中国煤炭地质，2016.

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2016-5-11