石壕煤矿矿井充水因素分析及评价

石壕煤矿矿井充水因素分析及评价

摘要：通过对石壕煤矿区的实地勘查，本文主要对矿井充水水源及矿井充水水影响因素进行了分析，利用导水裂隙带发育高度计算结果对各可采煤层顶板充水性进行了分析评价，并采用地下水动力学法、比拟法予以计算对矿井涌水量进行了分析评价。

关键词：石壕煤矿充水因素顶板充水大井法比拟法

随着国民经济建设的不断发展，国内能源供需矛盾日显突出。重庆市煤炭需求量呈迅速增长趋势，供需形势日趋紧张。而目前重庆境内许多矿山煤炭保有资源储量不足，面临资源枯竭。为提高煤炭资源保障程度, 在矿井建设、生产阶段亦应重视详查区浅部地段水文地质观测、资料的收集及综合分析研究，以指导深部区的水文地质工作及矿井防治水工作。

1、矿井主要充水水源

石壕煤矿是用竖井加斜井开采M6-3、M7-2、M8煤层。现生产水平标高为+380m，分南北两个盘区生产，主采M8煤层，以M6-3、M7-2煤层作为保护层开采，开采面积较大。竖井揭露过程中，长兴组有一处出水点，呈滴水状态，流量为0.00361L/s，说明该层地下水补给条件差，富水性弱；但在生产过程中，开采N1801工作面北段开采面积累计达4000m2时，顶板来水达23.889L/s。这说明该层富水性不均的特点。

石壕煤矿运输大巷布置在茅口组顶部，巷道掘进过程中遇有13个溶洞，但绝大多数为干溶洞，仅少数溶洞含有地下水和瓦斯，当一揭穿溶洞，瓦斯和水一起涌出，多年的流量观测资料表明，涌水量为29.55m3/d至91.48m3/d，一般55.16m3/d；待其储存量疏干即断流或水量大减。这说明茅口组地层补给条件差，富水性弱。

本矿井水主要来自顶板水和底板水。矿井水的大小与开采面积及大气降雨关系密切。开采面积增大，降雨量大，涌水量也随之增大。

2、矿井充水因素分析

2.1 充水方式

由于矿井直接充水含水层富水性不太强，矿井出水方式主要以渗水、滴水、淋水为主，局部可能突水。

2.2 地表水

详查区内主要河流为羊叉河，为常年性河流，切割茅口组、龙潭组、长兴组等地层、河谷断面呈“V”字形，水流湍急，在两河口地段两极流量为0.50～45.48m3/s。今后在近河地带开采浅部煤层时，河水将通过岩溶裂隙流入矿井。梨园坝河流径嘉陵江组、飞仙关组上部地层，但有飞仙关组中、下部200余米的泥岩隔水层相隔，在自然状态下对矿井充水甚微。详查区北西边界有两座水库，为红花1号和2号水库。1号水库蓄水量最大105万m3，2号水库蓄水量最大为30万m3，均位于珍珠冲组地层之内，与含煤地层有须家河组、雷口坡组及飞仙关组多层隔水层相隔，在自然状态下对矿井充水影响甚微。今后在地表水体下开采应引起重视。

2.3 采矿冒落

长兴组地层直接覆盖于含煤地层之上，与其距离较近。M6-1煤层平均厚度0.69m，M7-3煤层平均0.96m，M8-2煤层平均3.88m。由于将来煤矿开采过程中，会产生大量的采矿冒落裂隙，长兴灰岩岩溶裂隙水将随着基岩裂隙和采矿冒落裂隙直接渗入矿井中，成为矿井的直接充水含水层。

2.4 裂隙带

茅口组灰岩含水层下伏于含煤地层之下，距离M12煤层底部1.15～4.64m，平均2.77m，运输巷道建在茅口组地层中。因此，本组含水层就成为矿井直接充水含水层。

钻孔揭露本含水层上部时，岩芯裂隙不发育，冲洗液无突变现象。地层埋藏较深，岩溶裂隙不发育，接受大气降雨补给也差，开采煤层时，底板岩溶水对矿井充水影响不大。但南东侧外的梨园坝井田、张狮坝井田浅部茅口组地层出露地表，岩溶、暗河发育，是矿井充水的主要含水层。

由于煤层大面积的开采，必将引起大量的采矿裂隙出现，这些人工裂隙将会是沟通含水地层与煤层的良好通道。

3、煤层顶板充水性评价

石壕煤矿采煤层的顶板多为泥岩、砂质泥岩等岩石，倾角一般25°～35°，属于0～54°范围，考虑顶板管理为全部陷落，则可依据表1，计算各煤层的采矿冒落带及导水裂隙带最大高度。

上表公式中：M代表煤层累计采厚；n代表煤分层层数；H冒、H导为从煤层顶面算起的法向高度，岩石抗压强度为饱和单轴极限强度。

M6-1煤层厚度0～2.36m，平均0.69m，由于M6-1煤层顶板距离P3l顶界平均25.94m，距飞仙关组底平均75.71m。M6-1煤层最大厚度：2.36m，H冒最大为9.44m，H导最大63.64m。M6-1煤层导水裂隙带（含冒落带）高度为73.08m

已达长兴灰岩顶部。

M8-2煤层厚度1.66～5.67m，平均厚度3.88m，距离P3l顶界平均45.81m，距飞仙关组底95.58m。M8-2煤层导水裂隙带（含冒落带）高度为159.20m，已达飞仙关组下部。因此，开采M8-2煤层及以上煤层时，长兴组岩溶裂隙水将直接对矿井充水。

综上所述，区内M6-1、M7-3、M8-1煤层开采时导水裂隙带一般会波及长兴组灰岩含水层，受长兴组灰岩裂隙水影响较大，可提前进行必要的疏放或边采边疏放。

4、矿井涌水量分析评价

4.1 矿井涌水量预算

区内M6-1、M7-3、M8及M12煤层可采，详查区上界为±0m水平；先期水平为-300m。

嘉陵江组灰岩虽然含水性强，但与含煤地层之间有厚约460.93m的飞仙关组隔水层阻隔，对矿井开采基本上无充水影响。矿井涌水主要来自长兴组岩溶裂隙水和茅口灰岩岩溶裂隙水。地下水最终补给来源于大气降雨。本次计算主要是提供-300m水平的涌水量，供设计部门利用。

计算方法采用地下水动力学法，比拟法予以计算，以便相互比较印正。

(1)大井法。煤层开采后，长兴组地下水将沿采空塌陷裂隙（导水裂隙）进入矿井，长兴组天然地下水水位将降至-300m标高开采水平，故用大井法预算矿井涌水量，选用稳定流承压转无压水公式：

Q=1.366k

式中：Q——矿井涌水量（m3/d）；

H——水头高度（m）；

R——影响半径（m）按R=10S求出得1688m；

M——含水层厚度（m），49.77m；

R0——引用影响半径（m）按R+γ0求出；

γ0——引用半径（m）；

h0——疏排后稳定水头（m），疏干排水时h0值为0；