石窑塔煤矿3#煤层开采涌水量预测研究

(陕西省一三一煤田地质有限公司 陕西 韩城 715400)

石窑塔煤矿位于渭北煤田韩城矿区桑树坪井田东南部，煤矿西北与新星煤矿相邻，西侧与桑树坪煤矿相邻，东与三和煤矿相邻，南与下峪口煤矿及阳坡煤矿(已关闭)相邻。矿井生产能力30万吨/年。

一、矿井水文地质特征

(一)含水层

含水层按其岩性及藏水空间可分为第四系松散岩类孔隙含水层、石炭二叠系砂岩裂隙含水层和奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层三种类型，由新至老分述如下：

1.第四系松散岩类孔隙含水层。主要赋存于第四系中上更新统底部黄土孔隙、亚砂土及细砂层中，区内沉积厚度小，含水性弱，水质HCO3-Na，矿化度小于lg/L。

2.石炭二叠系砂岩裂隙含水层

(1)上石盒子组砂岩含水层(P2sh)。岩性为灰绿、黄绿色中～粗粒砂岩，含水层位于该组的中部及底部，含水层厚度58m，据桑树坪井田精查水1号钻孔抽水试验结果，其单位涌水量0.0018L/s.m，渗透系数0.0057m/d；泉水流量一般0.2～1.2L/s，水质HCO3-Na(Na·Ca)型，矿化度小于1g/L，属弱富水含水层。

(2)下石盒子组砂岩含水层(P1sh)。有三层浅灰～灰白色中～粗粒砂岩含水层，位于本组的上、中下及底部，泥钙质胶结，裂隙不甚发育，透水性弱，据桑树坪井田精查水1号钻孔资料，含水层厚度19.75m，钻孔单位涌水量0.00327l/s.m，渗透系数0.0016m/d，泉水流量一般0.1～0.4L/s，水质HCO3-Na(Na·Ca)型，矿化度小于lg/L，属弱富水含水层。

(3)山西组砂岩含水层(P1s)。有三层中～细粒砂岩，位于本组上部、底部及2号与3号煤层间，岩石坚硬且裂隙较发育，砂岩中含有大量白云母片，该层透水性较好，水1号水文钻孔资料显示，其含水层厚度16.95m，该孔单位涌水量0.000084l/s.m，渗透系数0.00037m/d，泉水流量一般小于0.1L/s。水质HCO3-Na·Ca(或者Na·Mg)型为主，少数HCO3-Ca型，矿化度0.6g/L左右，属弱富水含水层。

(4)太原组石英砂岩含水层(C3t)。为中粒石英砂岩及砂砾岩，位于11号煤层上部及下部附近，含水层厚度16m，据桑树坪井田精查报告S6号钻孔抽水试验结果其单位涌水量0.00108L/s.m，渗透系数0.00202m/d，泉水流量一般0.1～0.4L/s，水质HCO3·SO4-Na·Ca型，矿化度多在0.7～1g/L之间，属弱富水含水层。

(二)地下水的补给、径流和排泄

煤系地层及其上覆含水层地下水动态随降水量的增减而相应的变化，潜水位变化与大气降水有十分密切的关系，奥灰水虽有反映，但变幅极小。此外，钻孔抽水，抽水前静止水位往往高于抽水后的恢复水位，矿井含水层涌水量亦有先大后小的特点，均说明煤系及上覆砂岩含水层段地下水是接受降水的补给积累而成。故矿井内直接充水含水层主要接受大气降水渗入补给，并通过基岩露头处补给地下水，但全区降水量小，因而补给量有限，矿井外围亦有侧向径流补给。煤系及上覆地层含水层与隔水层交替互层，良好的隔水泥岩阻止了砂岩含水层之间的水力关系，如同一钻孔各含水层之间有一定的水位差，是互不补给越流极弱的证据，因之各含水层一般水力联系不密切。一般沿地层倾向顺层面流动，以泉或渗透排泄于沟谷河道，也可通过较弱的隔水层段、泥岩顶部风化带或断层带向下部排泄。

二、矿井涌水量特征

石窑塔煤矿现采3号煤层，据矿方介绍，目前正常矿井涌水量3.33m3/h，最大矿井涌水量4.58m3/h，随开采面积的加大，今后矿井开采时涌水量有可能增大。

三、涌水量预测

本矿井充水主要来源有三个方面，其一是老窑(空)积水，其二是山西组砂岩裂隙水。使用两种预测方法对矿井涌水量进行预测(大井法、富水系数法)，结合矿井生产过程中的实际情况，进行综合对比分析。

(一)大井法

式中：Q-工作面最大涌水量(m3/h)

S0-水位降深(m)；(由490.6m降到408m)

M-含水层厚度(m)；(2号煤层底至3号煤层顶平均值10.76m)

K-含水层渗透系数(m/h)(0.000015m/h)

R-工作面含水层疏干时含水层影响半径(m)(抽水钻孔的平均值10.6m+r0)

r0-工作面引用半径(m)(未来采区面积361847.3m2，引用半径为339.5m)

参数的选取以水1号钻孔抽水试验参数，计算结果如下：

Q采区最大1=2.72(m3/h)

2.正常地质情况下开采1、2、3号煤层时：矿井涌水量以老空积水、山西组砂岩裂隙水等预测计算结果是：

Q矿井最大=4.58+2.72=7.3(m3/h)

因此，预测未来3年内矿井正常涌水量3.33m3/h，矿井最大涌水量7.3m3/h。

(二)富水系数法

矿井涌水量采用比拟法(富水系数法)，富水系数法是按吨煤的含水量来预算未来生产矿井的涌水量。富水系数公式如下：

Q=Kp×P

式中：Q：未来矿井涌水量m3/d

Kp：富水系数m3/t

P：未来矿井煤炭产量t/d

本次对石窑塔煤矿进行了煤矿排水量及技改出煤煤炭产量调查。调查结果：煤炭产量15万t/a，日产量411t/d，最大涌水量109.9m3/d，平均涌水量79.9m3/d，最大富水系数0.267m3/t，平均富水系数0.194m3/t，未来矿井设计能力30万t/a，根据富水系数公式Q=Kp×P可计算出矿井达产后(30万t/a)的矿井涌水量为：

Q最大=0.267×822=219.5(m3/d)=9.15(m3/h)

Q平均=0.194×822=159.5(m3/d)=6.65(m3/h)

故未来3年内矿井达产后(30万吨/年)最大涌水量9.15m3/h，平均涌水量6.65m3/h。

对两种方法计算结果进行综合对比分析，确保矿山生产安全，遵循就高原则，最终确定以富水系数法计算结果为预测结果，因此矿井未来3年内矿井正常涌水量6.65m3/h，矿井最大涌水量9.15m3/h。本次涌水量采用富水系数法，但在以后的生产过程中应加强矿井涌水量的观测，预防突水事故的发生。