解析法和比拟法在矿井涌水量分析及预测中的应用

孙福勋　张元杰　丁涛

摘 要：矿井涌水量是评价矿井水文地质条件复杂程度的重要指标，正确预测矿井涌水量对指导矿井排水设施建设以及对保障煤矿安全生产具有重要意义，然而矿井涌水量的影响因素又极其复杂。因此文章通过对各影响因素的分析，运用解析法和比拟法对开河井田上组煤3煤层的涌水量进行了合理地分析及预测，达到了较好的效果。

关键词：涌水量分析；解析法；水文地质比拟法

矿井涌水量分析及预测的方法有很多种，根据统计模型可以分为确定性模型和非确定性模型两大类。其中，确定性模型主要采用解析法、数值法和水均衡法等，非确定模型主要采用相关比拟法等。作者应用的是解析法和水文地质比拟法，通过二者的对比，参照本井田的水文地质情况，预测出合理的涌水量，以更好的指导生产。

1 井田地质概况

开河井田位于区域水文地质单元的西北部，为巨厚新生界松散层覆盖的全隐蔽煤田，新生界地层厚度226.50-359.20m，平均304.85m，由东向西逐渐增厚。西部为梁山断层，东部有嘉祥断层，北界是郓城断层，因此该区北、东、西三面为阻水边界，南部为人为边界。井田内F2断层近东西横贯本区中部，落差>1000m，F2断层以北煤层埋藏深，赋存侏罗纪淄博群三台组砂岩及二叠纪石盒子组含水层；F2断层以南煤层埋藏浅。井田内各基岩含水层深埋于巨厚松散层之下，仅接受新生界底部砂砾层水的补给，与大气降水无直接水力联系。

2 矿井涌水量预算

根据充水因素分析，3煤层直接充水含水层为3煤层顶、底板砂岩（简称3砂）、三灰。井田内对3砂进行了一次、三灰进行了二次抽水试验，并对3砂和N底砂层进行了一次混合抽水试验，抽水质量均为合格以上，其成果可作为涌水量的计算依据。

2.1 3砂涌水量预算

井田西邻梁宝寺煤矿正开采3煤层，并已生产多年，积累了较丰富的水文地质资料，其水文地质条件与本井田相类似，故分别采用解析法和水文地质比拟法，预算3砂涌水量。矿井第一水平为-350m，初期揭露面积取0.5km2。

2.1.1 解析法

采用上式，利用梁宝寺煤矿2006、2007年的平均和最大涌水量进行比拟，计算结果见表1。

由此可见，采用解析法与比拟法预算的3砂涌水量有一定的差别，分析上述涌水量预算结果及井田水文地质条件，并与生产矿井实揭资料对比，认为采用水文地质比拟法所预算的3砂涌水量较符合实际。因此，采用比拟法预算结果作为3砂矿井涌水量。

2.2 三灰涌水量预算

2.2.1 参数选择

三灰为开采3煤层时井巷工程可能揭露的含水层，同时由于三灰具有埋藏深、水压大的特点，因此开采3煤层时将受到三灰底鼓水的威胁。设工作面长200m，正常控顶（底）距为3.5m，则其有效充水面积均为700m2，以此概化为大井面积。井田内K12-4抽水质量为合格，采用其成果作内K12-4抽水质量为合格，采用其成果作为涌水量计算依据。第一水平为-350m，三灰厚度取先期开采地段内钻孔三灰的最大厚度。

2.2.2 公式選择及预算结果

3 矿井涌水量分析

3.1 3砂涌水量分析

井田西部已建梁宝寺煤矿，开采3（3上）煤层，第一水平为-708m，井筒掘进过程中最大涌水量为揭露基岩风氧化带含水层，初始涌水量81.78m3/h，最大达117m3/h，后稳定在142m3/h。自2005年至2008年7月，矿井最大涌水量为386m3/h，其历年矿井涌水量见表2。

与梁宝寺矿相比，两矿基岩含水层的补给条件相似，就目前情况来看，3砂的富水性亦相似，但本井田3煤层的赋存深度及厚度均小于梁宝寺煤矿，新生界下段对开采3煤的影响大于梁宝寺矿。

综合本井田地下水的水化学条件、埋藏条件、补迳排条件分析认为，采用水文地质比拟法所预算的3砂正常涌水量147m3/h是可信的。但考虑到本井田地下水处于自然运动状态，矿井初期开采时，矿井涌水量有可能比较大，随着矿井揭露含水层面积的增加，3砂含水层的水位逐步降低，3砂矿井涌水量将会逐步减少。

3.2 三灰涌水量分析

井田内三灰隐覆于新近系松散层之下，补给条件较差.但富水性差异较大，对于不同地段三灰水量会有较大差异，因此揭三灰时应提前疏放三灰水，以降低三灰的涌水强度、减弱矿井水害。本井田计算的三灰正常涌水量48m3/h，是可以作为矿井设计依据的。

3.3 矿井总涌水量分析

综上所述，本井田开采3煤层的直接充水含水层为3砂和三灰，矿井正常涌水量为二者之和，故本井田矿井正常涌水量为195m3/h。考虑到井田内3砂含水层上覆巨厚的第四系与新近系，与大气降水没有直接联系，但根据收集的资料，结合本井田实际揭露资料综合分析，3砂最大涌水量采用以梁宝寺矿最大涌水量比拟结果274m3/h；根据梁宝寺矿三灰单孔水量一般为25m3/h，观45号孔初始水量60m3/h，其比值为2.4，据此确定本井田三灰最大涌水量为115m3/h。因此，开采3煤层的最大涌水量为3砂与三灰最大涌水量之和，建议采用Qmax=Q1+Q2=274+115=389m3/h。

4 结束语

（1）经计算分析可得，该井田正常涌水量为195m3/h，最大涌水量为389m3/h。（2）井田内主采3煤层距新生界地层间距小，使得开采条件复杂性增加，建议矿井建设、生产期间适当补做相应勘查工作，并充分研究覆岩破环规律，逐步解放呆滞资源储量。（3）3砂与三灰的富水性很不均一，一般在断层附近富水性较强，矿井涌水量偏大。初揭含水层时矿井涌水量较大，但经过一定时间的疏排后，涌水量会逐渐变小，最终趋于正常涌水量。因此在断层附近或初揭含水层时，应充分做好含水层动态监测工作，以防发生矿井突水灾害。

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作者简介：孙福勋（1992-），男，硕士研究生，主要研究方向：矿井水文地质。