袁店煤礦水文地質條件分析及涌水量估算

摘 要：在對袁店一礦水文地質條件進行分析的基礎上，采用地下水動力學法和水文地質比擬法對其進行礦井涌水量估算。兩種方法估算的礦井涌水量結果相差不大。基本符合該礦水文地質條件反映的規律。估算結果可以為該礦井生產提供參考資料。

關鍵詞：水文地質條件 涌水量估算 地下水動力學法 水文地質比擬法

中圖分類號：TD742.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（b）-0077-03

1 井田概況

袁店一井位于淮北平原中部，區內地勢平坦。本井含煤地層為石炭～二疊系。二疊系含煤地層分下統山西組、下石盒子組和上統上石盒子組，32、51、63、72、81、82、10等7層為可采煤層，本礦井總體上為一走向北北西，傾向北東的單斜斷塊，次級褶曲較發育，走向上地層線表現為波浪狀。

2 井田水文地質條件

袁店一井為第三、四系松散層復蓋下的全隱蔽礦床。地下水含水層可根據其賦存介質特征進一步劃分第三、四系松散層孔隙含水層、二疊系煤系砂巖裂隙含水層（段）和煤系下伏石灰巖巖溶裂隙含水層（段）。

2.1 新生界松散層含、隔水層（組）

袁店一井新生界松散層按其巖性組合特征及其與區域水文地質剖面對比，自上而下可劃分為四個含水層（組）和三個隔水層（組）。

（1）第一含水層。分布穩定，水質較好，富水性較強，開采條件簡單。

（2）第一隔水層。分布較穩定，一般隔水性能較好，但在局部地帶隔水層較薄，使其具有弱透水性。

（3）第二含水層。分布不穩定，厚度變化大且薄。局部地段僅有相應的層位，無明顯的含水砂層存在。

（4）第二隔水層。分布較穩定，隔水性能一般較好，但局部隔水層薄弱地帶隔水性能較弱。

（5）第三含水層。本層中部有一厚層粘土將其分為上、下段；上段局部有溶蝕現象；砂層單層厚度大，富水性較強。下段富水性較弱。

（6）第三隔水層。粘土類可塑性好，膨脹性強，厚度大，分布穩定，隔水性良好，是區域及本礦重要的隔水層。

（7）第四含水層。從總體上看四含巖性泥質含量高，滲透性差，補給條件較差，一般富水性弱。

2.2 二疊系煤系含、隔水層（段）

二疊系巖性由砂巖、泥巖、粉砂巖、煤層等組成，根據區域水文地質資料及主采煤層賦存的位置關系、裂隙發育程度劃分為三個含水層（段）和四個隔水層（段）。

（1）3煤上隔水層（段）。本層段上部為風氧化帶，泥巖強烈風化后呈高嶺土狀，增加其隔水能力，砂巖風化后裂隙發育，減弱其隔水能力。

（2）3～4煤間砂巖（K3）裂隙含水層（段）。該含水層除在局部地段富水性較強外，總體上富水性弱至中等。

（3）4～6煤間隔水層（段）。巖性致密完整，裂隙不發育，隔水性能較好。

（4）7～8煤上、下砂巖裂隙含水層（段）。該含層（段）處于封閉～半封閉環境，以儲存量為主，是開采7～8煤層的礦井直接充水含水層。

（5）8煤下隔水層（段）。巖性致密，隔水性能較好。

（6）10煤頂、底板砂巖裂隙含水層（段）。該層不與其它含水豐富的含水層發生水力聯系時，水量小且易于疏干。但若遇斷層使其與下部的太灰、奧灰巖溶水溝通時，則突水量相對較大。

（7）10煤下至太原組一灰頂隔水層（段）。在一般情況下開采10煤時此層（段）能起到隔水作用，但局部地段由于受斷層影響，隔水層厚度變薄甚至消失，巖芯破碎，隔水能力降低。

2.3 太原組石灰巖巖溶裂隙含水層（段）

太原組巖性由石灰巖、泥巖、粉砂巖及薄煤層組成，以石灰巖為主。地太灰巖溶裂隙發育不均一，富水性差異較大，但總的來看太灰是區內含水比較豐富的含水層（段），是威脅10煤開采安全的主要水源。

3 礦井涌水量預測

3.1 涌水量估算范圍、方法及公式選擇

涌水量估算范圍主要是一水平（基巖風氧化帶下限～-748m）范圍。根據袁店一井水文地質條件和礦井充水因素分析，礦井充水水源主要是主采煤層頂底板砂巖裂隙水，四含水作為主要補給水源、太灰可能會產生突水。因此對這三部分水量分別予以估算，估算方法采用地下水動力學公式法及水文地質比擬法。

3.1.1 地下水動力學估算公式

承壓轉無壓雙側進水水平完整巷道裘布依公式：

Q= （1）

承壓轉無壓完整井裘布依公式：

Q= （2）

井底進水的非完整井裘布依公式：

Q= （3）

吉哈爾經驗公式：

R= （4）

“大井”影響半徑估算公式：

r0= （5）

“大井”引用影響半徑估算公式：

R0=R+r0 （6）

3.1.2 水文地質比擬法公式

單位涌水量比擬公式：

Q=Q0lnS/lnS0 （7）

公式中各字母的含義及單位：

Q為預計礦井涌水量（m3/h）；

H為承壓含水層隔水層底板至承壓水位的距離，在數值上H=S（m）；

S為水位降低值（m）；

K為滲透參數（m/d）；

M為含水層厚度（m）；

B為進水廊道長度（m）；

h0為含水層底板以上動水位高度，四含水降至其底板或煤系砂巖水降至各煤層底板時，h0=0（m）；

R為影響半徑（m）；

r0為“大井”引用半徑（m）；

R0為“大井”引用影響半徑（m）；

F為主采煤層面積（m2）；

F0為生產礦井采空區面積（m2）；

Q0為生產礦井實測礦井涌水量（m3/h）。

3.2 礦井涌水量估算

3.2.1 新生界松散層第四含水層（組）孔隙水涌水量估算

當四含地下水位降至其底板時，地下水處于承壓～無壓水流狀態，故估算涌水量時采用承壓轉無壓雙側進水水平完整巷道公式。

四含滲透系數采用04-98孔及相鄰五溝礦308孔抽水試驗取得的滲透系數的加權平均值，即

KCP==0.3766（m/d）

四含水頭高度H值采用四含底板埋深256.30 m與四含水位埋深12.40 m的差值，即H=243.90 m。

袁店一井32煤層露頭帶長度最大，走向露頭帶長度約3100 m，四含平均厚度6.0 m。

選用上述參數利用公式（1）、（4），估算四含水沿主采煤層露頭采空冒裂帶裂隙進入礦井的涌水量，結果見表1。

3.2.2 主采煤層頂底板砂巖裂隙水進入礦井的涌水量

由袁店一井水文地質條件分析，主采煤層頂底板砂巖裂隙含水層是礦井的直接充水水源。當承壓水頭H值降至含水層底板時，h0=0，地下水處于承壓轉無壓水流狀態，故估算涌水量時采用承壓～無壓完整井公式。

導水裂隙帶高度計算公式：

計算袁店一井主采煤層開采時導水裂隙帶高度為21.00～41.0 m。根據淮北各礦實際開采資料，煤層底板開采破壞深度在12 m左右。故采集含水層厚度數據時一般考慮到煤層頂板40 m左右。

淮北各礦生產實際資料，礦井涌水量多數穩定在一水平開拓面積1/3～1/5范圍內，故礦井涌水量的估算面積采用一水平資源量估算面積的1/4。

（1）利用地下水動力學公式法估算礦井涌水量。

①3～4煤間砂巖裂隙含水層（段）涌水量估算。

32煤一水平（風氧化帶下限～-748 m）儲量估算面積為13094820 m2

故F=13094820/4=3273705 m2

靜止水位標高采用檢1、檢2孔抽水試驗取得靜止水位標高的平均值-8.241 m，一水平標高-250～-748 m，平均-499 m左右，水頭高度H值采用一水平平均標高-499 m與靜止水位標高-8.241m的差值即H=490.759 m。

含水層厚度M=21.90 m。

滲透系數采用檢1、檢2孔抽水試驗取得滲透系數的加權平均值即

KCP==0.01581（m/d）。

利用上述參數及公式（2）、（4）、（5）、（6）估算3～4煤間砂巖裂隙水進入礦井的涌水量，估算結果見表2。

②7-8煤上、下砂巖裂隙含水層（段）涌水量估算。

72、81、82煤層一水平（風氧化帶下限～-748 m）儲量面積相比較，82煤儲量估算面積較大。故F值采用82煤層儲量估算面積12459912 m2的1/4，即F=3114978 m2；

水頭高度H值采用一水平平均標高-499 m與04-70、04-51、南風檢孔對7-8煤砂巖裂隙含水層抽水試驗段取得平均靜止水位標高+14.145 m的差值，即H=14.145+499=513.145 m。

含水層厚度M=15.40 m。

滲透系數采用04-70、04-51、南風檢孔抽水試驗取得滲透系數的加權平均值，即

KCP=（m/d）

采用上述參數及公式（2）、（4）、（5）、（6）7-8煤上、下砂巖裂隙水進入礦井的涌水量，估算結果見表3。

③10煤頂底板砂巖裂隙含水層（段）涌水量估算。

F值采用10煤一水平（風化帶下限～-748 m）儲量估算面積14367918 m2的1/4，即F=3591980 m2。

04-67、檢3孔抽水試驗取得的平均靜止水位標高為4.613 m，水頭高度H值采用一水平平均標高-499 m與靜止水位標高4.613 m的差值。H=503.613 m。

含水層厚度M=21.30 m。

滲透系數采用04-67、檢3孔及相鄰袁店二井04-17對10煤層砂巖裂隙含水層段抽水試驗取得滲透系數的加權平均值，即：

KCP=（m/d）。

采用上述參數及公式（2）、 （4）、（5）、（6）估算10煤層頂、底板砂巖裂隙水進入礦井的涌水量，結果見表4。

礦井總涌水量為3～4煤間、7-8煤上下、10煤頂底板砂巖裂隙含水層涌水量之和：即ΣQⅡ=92+136+131=359 m3/h。

（2）水文地質比擬法估算礦井涌水量。

①比擬條件。

臨近的童亭礦水文地質條件與本井水文地質條件基本相似，故礦井涌水量可以用童亭礦礦實測涌水量進行比擬。

②比擬參數的選擇。

童亭礦的實測礦井平均正常涌水量為374.60 m3/h，最大涌水量為558.10 m3/h，目前童亭礦為一、二水平聯合開采，開采水平標高為-400～-620 m，主采煤層頂底板砂巖裂隙含水層（段）靜止水位標高平均-57.67 m，水位降低S=452.33 m，采空區面積3.4 km2。

袁店一井檢1、檢2、檢3、南風檢、04-51、04-67、04-70孔抽水試驗平均靜止水位標高5.018 m，S值為一水平平均標高-499 m與靜止水位標高5.018 m的差值，S=504.018 m。

32、72、81、82、10煤層一水平儲量估算面積中10煤層儲量估算面積最大，故比擬法估算涌水量時面積F值采用10煤層一水平儲量估算面積的1/4，即F=3.59198 km2。

利用上述參數及公式（7）估算礦井正常涌水量和最大涌水量，估算結果見表5。

4 結論

（1）估算新生界松散層第四含水層（組）涌水量為94 m3/h，在留設一定防水煤柱的情況下，只要采空冒裂帶不波及四含，其地下水不會直接進入礦井，故此涌水量不計入礦井正常涌水量內，供留設防水煤柱的參考。

（2）采用地下水動力學法估算礦井一水平正常涌水量為359 m3/h；采用水文地質比擬法估算礦井一水平正常涌水量為392 m3/h，最大涌水量為584 m3/h。兩種方法估算的礦井涌水量結果相差不大。礦井涌水量估算公式和參數選擇合理，基本符合該礦水文地質條件反映的規律。

參考文獻

[1]淮北礦業集團勘探工程公司.袁店一礦井田地質補勘報告[R].2013.

[2]趙東云，尹尚先，馬玉嬌.劉店煤礦水文地質條件分析及涌水量預測[C].2009年全國煤礦水害防治工作座談暨技術研討會論文集，2009：269-273.

[3]劉殿春，項宇.哈日高畢礦井涌水量的估算[J].露天采礦技術，2008（5）：31-33.