尔林兔二号井田矿坑涌水量预测研究

•地质与矿业工程•

尔林兔二号井田矿坑涌水量预测研究

李鹏飞"，陈小军，惠鹏，张林

(陕西省煤层气开发利用有限公司地质研究院分公司，陕西西安710065)

摘要：矿井涌水量是矿井排水系统设计和防治水重要依据以陕北侏罗纪煤田尔林兔二号井田为例，采用解析法和水文地质比拟法对研究区矿坑涌水量进行预测，并进行对比分析。对比结果表明，解析法与水文地质比拟法计算的矿坑涌水量比较接近，说明涌水量预算参数选择合理，计算方法正确，水文地质比拟恰当，预算结果可以作为煤矿设计和建设的依据。

关键词:尔林兔二号井田；涌水量预测；解析法；水文地质比拟法

中图分类号：P64文献标识码：A文章编号:1()()4-5716(2019)()1-0080-04

矿井涌水量预算，是井田水文地质工作的主要任务之一，但因为自然因素的错综复杂.开拓方式的不同，地下水在开拓过程中又随时间在不断变化.所以至今还没有一个较完善的计算方法。目前矿井涌水量预测方法较多，主要有水文地质比拟法、Q—S曲线方程法、相关分析法、水均衡法、解析法和数值法等，每种方法都有其使用条件.只有选择恰当的方法,预测的矿坑涌水量才有较高的可信度。由于各种计算方法适用范围存在差异，因此计算时应充分考虑矿区的地质及水文地质条件’依据本区水文地质实际条件，采用解析法和水文地质比拟法对矿井涌水量进行预计。

1井田水文地质条件

尔林兔井田位于地处陕北黄土高原北部与毛乌素沙漠东南缘的接壤地带，地形地貌以风积沙丘及风沙滩地为主。地表水主要有有理河、绘丑沟河和少量海子。有理河在井田中部由南向北流出，最终汇入红碱淖湖区，属小内陆河流，实测流量641.52m7h o吃丑沟河位于井田东南部，属黄河水系秃尾河流域，井田内流长约8km,平均流量3038mVh o井田内仅存少量海子和人工挖掘形成的小水塘.蓄水面积和蓄水量均小、区内地下水可划分为2种类型:松散岩类孔隙含水层与碎屑岩类孔隙、裂隙含水层2大含水岩系;共包含6个含水岩层(组)：第四系沙层孔隙潜水含水层、第四系中更新统离石组孔隙裂隙潜水含水层、白垩系下统洛河组孔隙裂隙潜水一承圧水含水层、侏罗系中统安定组裂隙承压水含水层、侏罗系中统直罗组裂隙承压水含水层、侏罗系中统延安组裂隙承压水含水层。

第四系萨拉乌苏组冲湖积层孔隙潜水、白垩系洛河砂岩孔隙裂隙潜水补给条件优越，地下水的赋存条件好，富水性中等至强；其余各组段富水性弱。根据《煤矿床水文地质、工程地质环境地质勘查评价标准》及《煤、泥炭地质勘查规范》中有关规定.把本区水文地质勘查类型应划为二类一型，即以裂隙含水层充水为主的水文地质条件简单的矿床。

2解析法矿坑涌水量预算

井田地质构造简单，岩层产状平缓,煤系及其上覆直罗组下部砂岩承压含水层与洛河组含水层之间均存在稳定的隔水层一一安定组中上部泥岩和直罗组上部泥岩隔水层.自然条件下,地表水、浅层承压水(洛河砂岩水)与含煤地层水之间无明显水力联系,采矿影响范围内无补(隔)水边界，属无界承压含水层，因而可以用地下水动力学公式计算矿井涌水量。

2.1公式选择

(1)大井法：

承压转无压公式:

Q=1.366K

2加_耐2_护

lg^.-lgro

当矿井疏干排水时，在矿井周围便形成以巷道系统为中心的具有一定形状的漏斗，这与钻孔抽水时在钻孔周围形成降落漏斗的情况十分相似，因而可将巷道系统抽象为一个理想的大井，而这个大井的横断面积与巷道系统分布的面积相当，因此可以用“大井法”

*收稿日期:2018-05-17

第一作者简介:李鹏飞(1982-).男(汉族),陕西洛南人，丁•程师，现从事煤炭及煤层气地质勘探和开发研究丁作

计算巷道系统的涌水量。当水位降至煤层顶板以下时，即由承压转为无压，因此选用裘布依承压转无压公式。

（2）集水廊道法：

0=（一侧进水）

井下水平巷道排水时.沿巷道的两侧含水层中水位下降，此情况与地下水流向水平集水建筑物类似，假设此水平巷道沿井田的周围布置.便形成了以井田为中心的水平集水建筑物，因而也可以用“集水廊道”公式计算矿井涌水量。

式中:Q---预计矿井涌水量,m3/d；

K渗透系数,m/d；

M—

—承压含水层的厚度,m；

H---水柱高度,m;

L---水平巷道的总长,m；

R“——矿井疏干排水时的引用影响半径

r0;

R—

—影响半径,m，采用经验公式进行计算:承压水R=10S4K；潜水R=2S/KH；

S——水位降深,m,矿井疏干排水时,水位降至煤层底板，故S=H；

—

—假想大井的半径，m；尔林兔二号井田先期开采地段形状为一个矩形,长/宽=2,故/0=1.17x（«+ 6）/4=3837.60（m）；

h—

—动水位到含水层底板的距离,矿井排水后,水位将降至煤层底板，故/?=0。

2.2预算方法及参数确定

（1）预算方法。针对本井田面积大、抽水试验层段不一（分段、分组及混合抽水）的特点，本次仅对先期开采地段进行涌水量预算，选用分段计算与分组及混合计算相结合的方法，然后再根据导水裂隙的发育高度及与上覆含水层的连通情况综合分析.最终确定出矿井正常涌水量和最大涌水量。

未来煤层开采的充水水源主要为延安组裂隙承压水（直接充水）及直罗组裂隙承压水（通过采矿冒裂带间接充水），充水方式以顶板进水为主。

2-号煤层的直接充水會水层为延安组第五段裂隙承压含水层，间接充水含水层为直罗组下部砂岩裂隙承压含水层。

煤层的直接充水含水层为延安组第四段裂隙承压含水层.由于3"煤层导水裂隙与上部2-号煤层采空区沟通，故2乜号煤层采空区水为煤层的间接充水水源。

4^煤层的直接充水含水层为延安组第二段裂隙承压含水层，按照《煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准XMT/T1091-2008）推荐的公式计算，开采4_号煤层所产生的导水裂隙不会与上部沪号煤层采空区沟通。

5宀号煤层的直接充水含水层为延安组第二段裂隙承斥含水层，由于开采5弋号煤层产生的导水裂隙带均与4"号煤层采空区贯通，故4~号煤层采空区水为5一煤层的间接充水水源。

（2）参数确定。直罗组下部砂岩与延安组第五段呈冲刷接触关系.两者水力联系密切.抽水试验时把两者作为一个含水体考虑（直罗组下部砂岩至号煤

层）,静止水位标高取SK6-2孔该组静止水位标高,含水层厚度（M）选取涌水量计算范围内所有钻孔该组段煤层及细粒砂岩（含细粒砂岩）以粗岩层累计厚度的平均值.含水层底板标高选用涌水量计算范围内所有钻孔2«煤底板标高的算术平均值,静止水位标高减去煤层底板标高即为矿坑排水时该含水岩组的水位降深（S）,渗透系数选取SK6-2孔对该段抽水试验所获得的渗透系数，

延安组第四段裂隙承压含水层（2~号煤层底〜3"号煤层底）参数选择SK6-5孔对该段抽水试验所获得的渗透系数和静止水位标高，其它参数选择方法同前，延安组第三段（3T号煤层底〜4七号煤层底）、第三段+第二段（3"号煤层底〜5-2号煤层底）裂隙承压含水层参数选择R9-5孔对该段抽水试验所获得的渗透系数和静止水位标高，其它参数选择方法同前。

2.3预算结果

涌水量预算范围为先期开采地段。因为对煤层开采有充水意义的含水层均为承压含水层，埋藏较深，大气降水及潜水的季节性变化对矿坑涌水量影响不大，故矿坑最大涌水量根据导水裂隙发育高度和煤层间距、岩性组合特征、富水性等因素综合考虑。各含水层段涌水量计算结果见表1、表2。

表1、表2相比较可以看出,2种方法计算的矿坑涌水量相差甚微.说明公式的使用和参数的选择是合理的；综合考虑各种因素.决定选用“大井法”的计算结果，

2~号煤层矿坑涌水量：

正常涌水量忆—2^煤=566（m7h）o

井田最上一层全区可采煤层为2弋号煤层，其导水