礦坑涌水量預(yù)測(cè)失誤的原因分析

鄔晉莒

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)店上煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

引言

煤礦礦坑涌水量預(yù)測(cè)是礦井設(shè)計(jì)、煤礦防水等工作的重要一環(huán)，在實(shí)際工作中由于涌水量預(yù)測(cè)失誤和對(duì)礦井水文地質(zhì)條件的誤判造成礦井水害事故的案例屢見不鮮，要準(zhǔn)確對(duì)礦坑涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，首先必須清楚造成礦坑涌水量預(yù)測(cè)失誤的原因究竟有哪些，方能有的放矢，有效避免事故重演。

1 礦坑涌水量預(yù)測(cè)方法

礦坑涌水量預(yù)測(cè)通常按計(jì)算模型可分為非確定性統(tǒng)計(jì)模型、確定性模型、混合性模型。非確定性統(tǒng)計(jì)模型包含比擬法、Q－S曲線方程法、回歸方程法等；確定性模型包含解析法、數(shù)值法、水均衡方程法等［1］。針對(duì)現(xiàn)有的煤礦地質(zhì)報(bào)告、水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告、水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探報(bào)告，90%采用了非確定性統(tǒng)計(jì)模型中的比擬法，比擬法成為了最為常用的預(yù)測(cè)方法，以山西某煤礦采用比擬法預(yù)測(cè)礦坑涌水量為例，對(duì)礦坑涌水量預(yù)測(cè)失誤的原因進(jìn)行剖析。

2 礦井主要構(gòu)造及水文地質(zhì)條件

1）構(gòu)造。某礦位于山西省東南部，礦井地質(zhì)構(gòu)造以南北向發(fā)育的向背斜為主，西部發(fā)育有一條較大的斷層，斷距約200m。

2）礦井水文地質(zhì)條件。與礦坑涌水量有關(guān)的含水層有第四系松散沉積物孔隙潛水含水巖組、二疊系上統(tǒng)上石盒子組砂巖裂隙含水巖組、二疊系下統(tǒng)下石盒子組、山西組砂巖裂隙含水巖組、石炭系上統(tǒng)太原組砂巖、灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水巖組，下覆奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r巖溶承壓水含水巖層由于水頭高度低于15號(hào)煤層底板，對(duì)礦坑充水無影響，不作考慮。

第四系松散沉積物含水層分布較少，主要沿少數(shù)較大溝谷底部分布，含水巖性主要為全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)砂、礫石層與亞砂土層，厚度變化較大，在0～15m之間，中更新統(tǒng)及坡梁地帶的上更新統(tǒng)地層一般為透水不含水層或弱含水層，地下水位埋深在0.78～7.45m之間，富水性一般為弱～中等；上石盒子組在區(qū)內(nèi)出露較普遍，主要分布于地勢(shì)較高的各個(gè)山梁及周圍，厚度一般在180.45～220.45m，含水層巖性主要為中、細(xì)粒砂巖。據(jù)抽水試驗(yàn)資料，上石盒子組基巖風(fēng)化帶含水層涌水量為1.260 3L／s；二疊系下統(tǒng)下石盒子組平均厚度為80.21m、山西組平均厚度為51.14m，主要巖性為泥巖夾砂巖及煤層，主要含水巖性為中、細(xì)粒砂巖，為區(qū)內(nèi)主要可采煤層3號(hào)煤礦坑的主要充水來源，含水巖組除淺層風(fēng)化帶外，裂隙一般不發(fā)育，所以一般富水性弱；石炭系上統(tǒng)太原組井田內(nèi)太原組地層埋深數(shù)十米至300余m。厚度為99.25～139.11m。含水層巖性以灰?guī)r為主，砂巖次之，水位標(biāo)高917.15～958.18m，富水性具有不均勻特點(diǎn)。據(jù)太原組抽水試驗(yàn)資料，鉆孔單位涌水量 0.063 1～0.065 0L／（s·m），滲透系數(shù)為0.130 2～0.156 1m／d。

3 礦井涌水量預(yù)測(cè)

按照有關(guān)規(guī)定，要求礦井每兩年作一次水文地質(zhì)分類報(bào)告，每個(gè)工作面采掘前要求用瞬變電磁進(jìn)行水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探，根據(jù)2012年礦井水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告、資源儲(chǔ)量核實(shí)地質(zhì)報(bào)告及水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探，報(bào)告引用了2009－2011年段15211工作面（井田中部）礦井涌水量實(shí)測(cè)資料，礦井正常涌水量為29.3m3／h，最大涌水量為39.1m3／h，采用比擬法預(yù)測(cè)15號(hào)煤層西部15101工作面礦坑涌水量最大為51.04m3／h，正常涌水量為38.25m3／h；根據(jù)2013－2014年2月實(shí)際采掘時(shí)礦坑涌水量，正常礦坑涌水量約92.8m3／h，最大礦坑涌水量約107.9m3／h，預(yù)測(cè)偏差達(dá)兩倍以上，礦井水泵接近極限能力方能滿足排水要求，給礦井排水帶來了較大難度。

4 造成預(yù)測(cè)失誤原因分析

2009－2011年礦井掘進(jìn)的15211工作面位于礦井中部的背斜西翼，接近背斜軸部，2013－2014年實(shí)際生產(chǎn)的15101工作面位于向斜的軸部附近，15號(hào)煤層直接充水含水層為其上的灰?guī)r、砂巖，而頂板灰?guī)r、砂巖富水性明顯受構(gòu)造控制。15211工作面在背斜西翼，接受東側(cè)補(bǔ)給，由于在地下分水嶺附近，補(bǔ)給量有限，因此涌水量偏小，實(shí)際涌水量也證明了這一條，概化模型為單向補(bǔ)給模型。在15101工作面附近形成了東、西兩面匯水，向南徑流的富水區(qū)段，因此富水性必然會(huì)增加，實(shí)際涌水量達(dá)到了15211工作面的兩倍以上，其概化模型應(yīng)為雙向補(bǔ)給模型［2］。

5 結(jié)語

礦坑涌水量預(yù)測(cè)失誤的主要原因：對(duì)礦井水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)不足是造成預(yù)測(cè)失敗；由于水文地質(zhì)條件不清、邊界條件判斷失誤造成水文地質(zhì)模型的概化建立不當(dāng)，水文地質(zhì)參數(shù)的選取不妥，引起涌水量極大偏差。因此在進(jìn)行水文地質(zhì)比擬法計(jì)算和運(yùn)用時(shí)，即使在同一礦井也必須保證比擬段與預(yù)測(cè)段水文地質(zhì)條件相似，開采條件一致，否則必然引起預(yù)測(cè)的失誤或偏差。

［1］ 房佩賢，衛(wèi)中鼎，廖資生.專門水文地質(zhì)學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1996.

［2］ 魏可忠.礦井水文地質(zhì)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1991.