山东省某矿井涌水量的多种方法预测研究

山东省某矿井涌水量的多种方法预测研究作者：赵向光
来源：《科技视界》 2013年第26期
赵向光
（山东科技大学资源与土木工程系，山东泰安 271019）
【摘要】本文简要介绍了某煤矿的生产开采情况，总结了历年矿井涌水量变化特点，然
后对某煤矿——580m和-1000m生产水平的涌水量情况进行了预计。

对于上组煤，-580m水平以
上开采时，目前正常涌水量114m3/h，最大138m3/h；采用比拟法公式预计-1000m水平以上开
采时的涌水量。

对于下组煤，分别采用相关比拟法、单位涌水量法、大井法进行计算，并考虑
有无徐灰、奥灰水参与下的情况。

最终得出：-580m水平涌水量正常251m3/h，最大312m3/h；
当徐奥灰水参与矿井水后，正常涌水量1170m3/h，最大涌水量1480m3/h。

徐奥灰突水量可达1920m3/h（51302E面实测），以上水量可作为-580m水平扩排的依据。

-1000m水平涌水量预计
正常318m3/h，最大393m3/h；当徐奥灰水参与矿井水后，正常涌水量1917m3/h，最大涌水量2423m3/h。

本水平预计水量供参考。

【关键词】涌水量；开采；预测研究
水害严重影响和制约煤矿的安全生产。

正确分析、预测矿井涌水量，有效指导煤矿的安全
开采，是矿井生产过程中必需的基础工作。

矿井涌水量预测方法很多，常见的有大井法、水文
地质比拟法、涌水量曲线方程法、水均衡法、数值模拟法等。

本文以山东省某矿井为研究对象，运用比拟法、单位涌水量法、大井法预测了该矿矿井涌水量，取得了较好的效果。

1 矿井开采与排水概况
某煤矿生产水平有±0m、-195m、-350m及-580m四个水平，开采煤层为2、4、6、11、13、15煤层共六层。

±0m，-195m水平已开采结束，-350m水平F10断层以南已基本结束，主要剩
15煤层；现主要开采F10以北2煤层、4煤层、11煤层。

-580m水平正在开采2、4、11、13煤层。

目前第一水平（±0水平）泵房已经拆除，不再单独排水，第二水平（-195水平）及第三
水平（-350水平）泵房为矿井主要排水泵房，直接升井；第四水平（-580水平）矿井水排至-350泵房或直接升井。

2 历年矿井涌水量变化特点
根据矿井涌水量观测资料，自1957年开采以来至2009年底，历年矿井涌水量99（57年
11月）～914.4（64年8月）m3/h，平均393m3/h。

第一水平（±0水平）矿井涌水量自1961
年至1971年（共11年）基本上达到相对稳定状态，为350（1969年4月）～914（1964年8月）m3/h，平均506m3/h。

其矿井充水主要为一、四灰水，煤系砂岩水、流沙水及徐灰水。

一
灰水60～300m3/h，一般102～180m3/h，主要通过各个突水点及采区疏水降压钻孔泄入矿井，
约占总涌水量的20～30%；四灰水60～150m3/h，一般102m3/h，约占总涌水量的20%，主要通
过采区顶板淋水、疏水降压钻孔及浅部个别突水点泄入矿井；煤系砂岩水（主要是2煤层、4
煤层顶板砂岩水，另有少量11煤层顶板砂岩水）120～480m3/h，一般150～210m3/h，主要通
过采区冒落裂隙以淋水形式泄入矿井，约占总涌水量的25～35%；流沙水30～60m3/h，主要通
过斜井、风井、古空区等直接进入矿井，约占总涌水量的10%，徐灰水约30m3/h，主要通过突
水点泄入矿井。

目前第一、二水平涌水量：48m3/h，主要充水来源为煤层顶板砂岩，一、四灰
水及徐灰探放水，另有少量老空水。

第三水平（-350水平）单水平平均涌水量约150m3/h，主
要充水来源为2煤层、4煤层顶板砂岩裂隙淋水及一、四灰滴水，目前为108 m3/h。

第四水平
（-580m）目前涌水量约200m3/h，主要是2煤层、4煤层顶板砂岩裂隙淋水和四灰滴水以及开
采下组煤时徐、奥灰突水。

根据历年矿井涌水量实际资料分析，该矿井涌水量变化规律有如下特点：
（1）矿井开采初期，由于疏干漏斗降深及扩展范围较小，矿井涌水量随着开采深度及面积加大而逐年增加。

随着开拓、采煤工作的推进，疏干漏斗降深达到一定深度，在平面上范围达
到最大补给边界（隔水边界），矿井涌水量也相应达到最大值。

以后则不随着开采深度及面积
的加大而增大，相反，由于疏干漏斗范围及动水补给来源受到限制，随着补给水源的逐步疏干，水位也不断下降，而呈现逐渐减小的趋势。

相邻孙村煤矿与协庄煤矿也有如此变化趋势。

另外，在同一生产水平（或采区）也有类似变化规律，即开始开拓回采时，该水平（或采区）涌水量
较小，随着开拓回采面积增加而涌水量逐渐增大，达到最大值以后又逐渐减小。

（2）由于各含水层在浅部露头附近接受地表水第四系潜水及大气降水补给强烈，矿井涌水量季节变化幅度明显，涌水量变化与降雨量变化有一致性，据1957年至2009年矿井涌水量统
计资料，一般情况下，一年中雨季最大涌水量是枯季最大涌水量的1.65倍，是全年平均涌水量的1.27倍，矿井最大涌水量一般出现在7、8、9月份，在最大降雨期后1～2个月，而最小涌
水量则出现在3、4月份。

另外降雨量多的年份，涌水量也明显增加，例如，1964年降雨量最大，其矿井涌水量也最大，1980年及1990年降雨量均较前后几年大，而矿井涌水量也相应地
较前后几年大。

3 矿井涌水量预计
目前某煤矿主要生产水平为-350m和-580m，并通过下山开采-580m水平以下的煤层。

根据
矿井开拓方案，并考虑煤层赋存状况和地质构造特征，确定按-580m和-1000m作为计算水平，
分别预算矿井正常涌水量和最大涌水量。

3.1 上组煤矿井涌水量预计
根据矿井实际测量，-580m水平以上开采上组煤时，主要充水水源为山西组砂岩和一灰，
目前正常涌水量114m3/h，最大138m3/h，主要以淋水形式进入矿井。

因此，采用比拟法公式预计-1000m水平以上上组煤开采涌水量。

根据矿井涌水量与采空面积的相关性，求得矿井-580m水平以上上组煤层开采正常涌水量
与采空面积相关的富水系数，来预计-1000m水平以上上组煤开采后的正常涌水量和最大涌水量。

KF=Qo/Fo=114/4.94×106=2.3×10-5（m/h）
式中：KF——相关富水系数，m/h；Qo——580m水平以上上组煤层正常涌水量，m3/h；Fo——580m水平以上上组煤层采空面积，m2。

-1000m水平以上上组煤开采预计全部采空面积为F=6.5×106 m2。

计算-1000m水平以上上组煤开采的正常涌水量为：
Q正=KF×F=2.3×10-5×6.5×106=150m3/h。

根据以往矿井最大涌水量与正常涌水量的经验比值，计算出-1000m水平以上上组煤开采最
大涌水量为：
Qmax=1.27Q正=1.21×150=181.5m3/h。

3.2 开采下组煤矿井涌水量
深部下组煤开采时，含煤地层中直接充水含水层四灰及砂岩水很小，可用相关比拟法计算。

影响矿井涌水的主要水源为徐、奥灰的放水量或徐、奥灰突水量。

3.2.1 利用相关比拟法计算涌水量
①-580m水平以上下组煤开采涌水量预计
根据矿井涌水量与采空面积的相关性，求得矿井-350水平二采11、13煤层开采正常涌水
量与采空面积相关的富水系数，来预计-580m水平以上下组煤层开采的正常涌水量和最大涌水量。

KF=Qo/Fo=60/2.84×106=2.11×10-5（m/h）
式中：KF——相关富水系数，m/h；Qo——二采11、13煤层正常涌水量，m3/h；Fo——-
580m水平以上下组煤层采空面积，m2。

-580m水平以上下组煤层全部采空面积预计为F=6.5×106 m2。

计算-580m水平以上下组煤层开采的正常涌水量为：
Q正-580m以上=KF×F=2.11×10-5×6.5×106=137 m3/h。

根据以往矿井最大涌水量与正常涌水量的经验比值，计算出-580m水平以上下组煤层开采
最大涌水量为：
Qmax=1.27Q正=1.27×137=174 m3/h。

②-1000m水平以上下组煤开采涌水量预计
根据矿井涌水量与采空面积的相关性，求得矿井-350水平二采11、13煤层开采正常涌水
量与采空面积相关的富水系数，来预计-1000m水平以上下组煤层开采的正常涌水量和最大涌水量。

KF=Qo/Fo=60/2.84×106=2.11×10-5（m/h）
式中：KF——相关富水系数，m/h；Qo——二采11、13煤层正常涌水量，m3/h；Fo——-
580m水平以上下组煤层采空面积，m2。

-1000m水平以上下组煤层全部采空面积预计为F=8×106 m2。

计算-1000m水平以上下组煤层开采的正常涌水量为：
Q正-1000m=KF×F=2.11×10-5×8×106=168 m3/h。

根据以往矿井最大涌水量与正常涌水量的经验比值，计算出-1000m水平以上下组煤层开采
最大涌水量为：
Qmax=1.27Q正=1.27×168=213 m3/h。

3.2.2 利用单位涌水量法计算涌水量
①计算公式：Q=ｑ×S
②计算参数确定如下：
a、奥灰原始水位标高+120m；
b、ｑ=（0.63+0.83）/2=0.73L/s.m。

采用本矿井51101W和51302E工作面两次奥灰突水实际资料。

其中：51101W工作面突水，奥灰动水位标高-147m，突水量Q=600m3/h =10m3/min=10000L/60s，ｑ
1=10000/(60*267)=0.62L/s.m；51302E工作面突水，奥灰动水位标高-80m，突水量
Q=600m3/h=10m3/min=10000L/60s，ｑ2 =10000/(60*200)=0.83L/s.m。

q=(q1+q2)/2=(0.62+0.83)/2=0.73 L/s.m。

c、开采15煤层时安全水压为0.06×69.68=4.2MPa；（69.68m为奥灰到15煤层的平均间距，通常取值为70m）。

则-580m水平S1=580+70-420+120=350m；
-1000m水平S2=1000+70-420+120=770m。

③计算结果如下：
a、-580水平奥灰正常涌水量Q1=q×S1=0.73×350=255.5L/S=919m3/ｈ；
最大涌水量Qmax=Q1×1.27=1168m3/ｈ。

b、-1000m水平以上奥灰正常涌水量Q2=q×S2=0.73×770=562.1L/S =2023m3/ｈ，最大涌水量Qmax=Q2×1.27=2569m3/h。

3.2.3 利用“大井法”
采用公式：
式中：Q——预计突水量；
K——渗透系数取0.1156m/d（源自2004年新汶矿业集团公司编制的《山东省新汶矿业集
团某煤矿生产地质报告》，山东省煤炭工业管理批准）；
S——-580m徐奥灰水头高度取350m，-1000m徐奥灰水头高度取770m；
M——承压含水层厚度取95m；
R0——矿井排水的影响半径；
4 结论
综上所述，-580m水平涌水量正常251m3/h，最大312m3/h；当徐奥灰水参与矿井水后，正
常涌水量1170m3/h，最大涌水量1480m3/h。

徐奥灰突水量可达1920m3/h（51302E面实测），
以上水量可作为-580m水平扩排的依据。

-1000m水平涌水量预计正常318m3/h，最大393m3/h；当徐奥灰水参与矿井水后，正常涌
水量1917m3/h，最大涌水量2423m3/h。

本水平预计水量仅供参考，待矿井深部水文补勘完成后，再专门作矿井涌水量预计。

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［4］叶杰,李猛.论煤矿矿井涌水量预测几种方法的应用[J].科技视界，159-160.
［责任编辑：曹明明］。