礦坑涌水量預測失誤的原因分析

鄔晉莒

（山西煤炭運銷集團店上煤業有限公司，山西 晉城 048400）

引言

煤礦礦坑涌水量預測是礦井設計、煤礦防水等工作的重要一環，在實際工作中由于涌水量預測失誤和對礦井水文地質條件的誤判造成礦井水害事故的案例屢見不鮮，要準確對礦坑涌水量進行預測，首先必須清楚造成礦坑涌水量預測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 礦坑涌水量預測方法

礦坑涌水量預測通常按計算模型可分為非確定性統計模型、確定性模型、混合性模型。非確定性統計模型包含比擬法、Q－S曲線方程法、回歸方程法等；確定性模型包含解析法、數值法、水均衡方程法等［1］。針對現有的煤礦地質報告、水文地質類型劃分報告、水文地質補充勘探報告，90%采用了非確定性統計模型中的比擬法，比擬法成為了最為常用的預測方法，以山西某煤礦采用比擬法預測礦坑涌水量為例，對礦坑涌水量預測失誤的原因進行剖析。

2 礦井主要構造及水文地質條件

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

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

第四系松散沉積物含水層分布較少，主要沿少數較大溝谷底部分布，含水巖性主要為全新統及上更新統砂、礫石層與亞砂土層，厚度變化較大，在0～15m之間，中更新統及坡梁地帶的上更新統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；上石盒子組在區內出露較普遍，主要分布于地勢較高的各個山梁及周圍，厚度一般在180.45～220.45m，含水層巖性主要為中、細粒砂巖。據抽水試驗資料，上石盒子組基巖風化帶含水層涌水量為1.260 3L／s；二疊系下統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、細粒砂巖，為區內主要可采煤層3號煤礦坑的主要充水來源，含水巖組除淺層風化帶外，裂隙一般不發育，所以一般富水性弱；石炭系上統太原組井田內太原組地層埋深數十米至300余m。厚度為99.25～139.11m。含水層巖性以灰巖為主，砂巖次之，水位標高917.15～958.18m，富水性具有不均勻特點。據太原組抽水試驗資料，鉆孔單位涌水量 0.063 1～0.065 0L／（s·m），滲透系數為0.130 2～0.156 1m／d。

3 礦井涌水量預測

按照有關規定，要求礦井每兩年作一次水文地質分類報告，每個工作面采掘前要求用瞬變電磁進行水文地質補充勘探，根據2012年礦井水文地質類型劃分報告、資源儲量核實地質報告及水文地質補充勘探，報告引用了2009－2011年段15211工作面（井田中部）礦井涌水量實測資料，礦井正常涌水量為29.3m3／h，最大涌水量為39.1m3／h，采用比擬法預測15號煤層西部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2013－2014年2月實際采掘時礦坑涌水量，正常礦坑涌水量約92.8m3／h，最大礦坑涌水量約107.9m3／h，預測偏差達兩倍以上，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 造成預測失誤原因分析

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

5 結語

礦坑涌水量預測失誤的主要原因：對礦井水文地質條件的認識不足是造成預測失敗；由于水文地質條件不清、邊界條件判斷失誤造成水文地質模型的概化建立不當，水文地質參數的選取不妥，引起涌水量極大偏差。因此在進行水文地質比擬法計算和運用時，即使在同一礦井也必須保證比擬段與預測段水文地質條件相似，開采條件一致，否則必然引起預測的失誤或偏差。

［1］ 房佩賢，衛中鼎，廖資生.專門水文地質學［M］.北京：地質出版社，1996.

［2］ 魏可忠.礦井水文地質［M］.北京：煤炭工業出版社，1991.