煤礦山井筒涌水量的預算

郭攀 郝業

（陜西天地地質有限責任公司 陜西西安 710054）

煤礦山井筒涌水量的預算

郭攀 郝業

（陜西天地地質有限責任公司 陜西西安 710054）

依據煤礦山井筒穿越含水層的水文地質特征，利用比擬法和解析法預算出井筒施工時的涌水量，通過對預算結果的比對分析，得出合理值。井筒穿越含水層的充水特征和涌水量預算值，為井筒設計單位提供了設計依據，針對井筒施工過程中可能出現的水文地質問題，提出具有可操作性的建議。

煤礦山；井筒；充水因素；涌水量預算

引言

在煤礦山井筒設計過程中，處理好水文地質問題是一項非常重要的工作。通過井筒檢查，得出井筒穿越含水層的水文地質特征，分析出井筒的充水因素，通過礦井涌水量計算的常用方法，預算出井筒涌水量，為井筒開鑿施工工藝的選擇和井筒防治水工作提供依據。本文以陜北侏羅紀煤田榆橫礦區某礦回風立井為例，簡要分析煤礦山井筒涌水量的預算。

1 充水因素分析

1.1 充水水源

回風立井井筒的充水水源以第四系薩拉烏蘇組孔隙潛水和白堊系洛河砂巖孔隙裂隙水為主，富水性強至中等，在施工過程中，該段的充水強度相對較大，應給予重視。

其次為安定組至直羅組砂巖含水層、延安組砂巖含水層和2號煤層裂隙含水層，通過本次及以往抽水試驗資料，富水性弱到中等。據以往水文地質勘探資料，2號煤層頂板存在富水異常區，在煤礦生產過程中，局部地區出現煤層頂板突水情況，但易疏干。故在施工中，該部分含水層充水強度一般，但可能存在揭露時出水量較大的情況，也應給予重視。

1.2 充水途徑及方式

各井筒的主要充水途徑為松散沙層、土層孔隙和巖層中發育的風化裂隙、原生裂隙及構造節理裂隙和粗顆粒巖層的孔隙，以圍巖孔隙涌水和裂隙涌水為主要充水方式。各充水層以水平透水、匯水為特征，隨著井筒的垂直向下或斜坡延伸，水位（水頭）壓力也不斷增大，井筒圍巖滲水壓力也增大，引起軟巖段充水通道松弛，導水裂隙易張裂掉塊，發生充水相對集中狀況。

1.3 充水強度

沙層受降水入滲補給面積廣，儲水條件較好，滲透性強，補給條件有利，井壁結構松散極不穩定，充水強度較大。另外需要注意的是，沙層受大氣降水補給明顯，在雨季施工時其涌水量會發生較明顯的變化。

土層段孔隙潛水主要接受上部沙層水的重力滲流補給和下部基巖承壓水的承壓水頭補給，水源補給條件好，其中黃土層局部含沙量較大，并伴有砂層透鏡體，儲水條件較好，具有一定的充水風險。

洛河組裂隙承壓水，主要受松散沙層及土層段的重力滲流補給，水源補給條件較好，充水量及強度較大。根據抽水資料顯示，該段富水性中等，故井筒穿越該段時其涌水量較大。

安定、直羅、延安組裂隙承壓水水源補給條件差，透水性差，充水量及強度較小。但其承壓水頭高，泥巖、砂質泥巖易風化，在節理、裂隙發育處對井筒充水量會有所增大。

在井筒掘進過程中，以井筒為通道會溝通各個含水層，而井筒的充水通道為各含水層內在的節理和裂隙。裂隙的發育情況是井筒充水強度的主要因素之一。

2 井筒涌水量預算

井筒涌水量預算根據井筒檢查孔抽水試驗所獲得參數，采用“大井法”進行預測；另外礦井中央進風立井井筒施工過程中，對涌水量進行觀測，故采用“水文地質比擬法”，對井筒涌水量進行預測。

3 “大井法”井筒涌水量預測

3.1 計算條件

（1）井筒所揭露含水層段均參與井筒涌水量的計算。正常基巖中的泥巖、砂質泥巖、粉砂巖視為隔水層，其厚度不計入含水層厚度。

（2）井筒的涌水量，對井筒穿過各含水層涌水量進行分段計算。

（3）本次計算參數主要采用本次井筒檢查鉆孔各含水層段的抽水試驗成果，薩拉烏蘇組含水層參數結合以往中央進風立井資料，得知含水層滲透系數為4.6437～15.707m/d，本次“大井法”計算滲透系數采用15.707m/d，延安組含水層段部分參數采用以往施工的水文鉆孔資料。

（4）第四系上更新統薩拉烏蘇組孔隙潛水（Q3s）采用潛水經驗公式進行計算，白堊系洛河砂巖孔隙裂隙水含水層（K1l）、安定組和直羅組砂巖段（J2a+J2z）、延安組上部砂巖段（J2y）裂隙承壓水含水層采用承壓水經驗公式進行計算。

（5）各含水層段均按照全降深計算井筒穿越該層的涌水量。

（6）回風立井孔徑按6.5m計算。

3.2 計算公式

本次采用“大井法”計算井筒涌水量，計算公式為：

3.3 計算選用參數及公式

各井筒施工穿越的各含水層段有松散層段、白堊系洛河組、侏羅系中統安定組、直羅組及侏羅系中統延安組。井筒各含水層段涌水量預算采用參數及公式見表1。

表1 井筒各含水層段涌水量預算采用參數及公式一覽表

3.4 回風立井井筒涌水量預算

回風立井井筒涌水量預算采用直徑為各井筒的設計直徑與各井筒的砌壁厚度之和，回風立井的設計直徑6.5m，各含水層段均按照全降深計算井筒穿越該層的涌水量。涌水量預算結果：回風立井井筒涌水量合計為404m3/h，即9696m3/d。

4 “水文地質比擬法”井筒涌水量預測

4.1 計算條件

（1）井筒所揭露含水層段均參與井筒涌水量的計算。正常基巖中的泥巖、砂質泥巖、粉砂巖視為隔水層，其厚度不計入含水層厚度。

（2）井筒的涌水量，對井筒穿過各含水層涌水量進行分段計算。

（3）回風立井與中央進風立井為井徑相同的豎井。

（4）中央進風立井施工過程中具有實測的涌水量數據。

4.2 計算公式

本次采用“水文地質比擬法”計算井筒涌水量，計算公式為：

4.3 計算選用參數及公式

各井筒施工穿越的各含水層段有松散層段、白堊系洛河組、侏羅系中統安定組、直羅組及侏羅系中統延安組。

4.4 回風立井井筒涌水量預算

回風立井井筒涌水量預算采用直徑為各井筒的設計直徑與各井筒的砌壁厚度之和，回風立井的設計直徑6.5m，該井筒井徑與中央進風立井相同，且穿越地層情況相似。采用“水文地質比擬法”涌水量預算結果：回風立井井筒涌水量合計為506m3/h，即12144m3/d。

5 “水文地質參數”反算法

根據抽水試驗可以得到含水層水文地質參數，但抽水試驗過程中，抽水機械、管路，周圍的天氣、環境與溫度，以及人員觀測記錄中的誤差，都會影響抽水試驗的成果，進而影響各個水文地質參數的準確性。

本次為了更好的預測井筒涌水量，避免抽水試驗求得水文地質參數的誤差，根據井田內已施工的中央進風立井在施工過程中觀測記錄的涌水量，采用模擬成大井筒抽水試驗，進而反算，求得各含水層滲透系數。

6 計算結果評述

（1）回風立井采用“大井法”預測各含水層段涌水量情況。上更新統薩拉烏蘇組（Q3s）孔隙潛水含水層段涌水量271m3/h，白堊系洛河砂巖（K1l）孔隙裂隙水含水層段涌水量76m3/h，安定組和直羅組砂巖（J2a+J2z）裂隙承壓水含水層段涌水量36m3/h，延安組砂巖（J2y）裂隙承壓水含水層段涌水量21m3/h，回風立井總涌水量404m3/h。

（2）回風立井采用“水文地質比擬法”預測各含水層段涌水量情況。上更新統薩拉烏蘇組（Q3s）孔隙潛水含水層段涌水量360m3/h，白堊系洛河砂巖（K1l）孔隙裂隙水含水層段涌水量47m3/h，安定組和直羅組砂巖（J2a+J2z）裂隙承壓水含水層段涌水量13m3/h，延安組砂巖（J2y）裂隙承壓水含水層段涌水量86m3/h，回風立井總涌水量506m3/h。

（3）回風立井采用“水文地質參數反算法”預測各含水層段涌水量情況。上更新統薩拉烏蘇組（Q3s）孔隙潛水含水層段涌水量1898m3/h，白堊系洛河砂巖（K1l）孔隙裂隙水含水層段涌水量41m3/h，安定組和直羅組砂巖（J2a+J2z）裂隙承壓水含水層段涌水量10m3/h，延安組砂巖（J2y）裂隙承壓水含水層段涌水量242m3/h，回風立井總涌水量2191m3/h。

（4）根據上述三種計算方法的對比，得知井筒穿過地層中含水層的厚度、滲透系數、水柱高度的大小是涌水量大小的主要因素。本次“大井法”計算參數均為采用實際井位所獲得及相鄰鉆孔，參數真實可靠，計算公式選用合理，在與計算條件相適應狀況下，其結果基本可靠；“水文地質比擬法”利用中央進風立井施工過程中的實測涌水量數據進行比擬，經過分析得出：①薩拉烏蘇組沙層含水層在兩處的水文地質條件一致，涌水量估算結果可信度較高；②在中央進風立井施工時，延安組第五段含水層未疏干，故出現涌水量較大情況，經過近幾年的回采和巷道開拓，本次預施工的井筒處延安組第五段含水層靜儲量已經基本疏干，故“水文地質比擬法”估算結果偏大；“水文地質參數反算法”利用中央進風立井施工過程中的實測涌水量數據進行反算，求出含水層滲透系數，帶入井檢孔進行估算，經過分析發現預測的涌水量過大，不符合實際，故不采用。

（5）回風立井井筒開鑿過程排水工作會使井筒部分地段水位形成降落漏斗，井筒涌水量會有減少趨勢。本次計算考慮的是各含水層水位（或水柱）全降深的情況下的涌水量，實際井筒開鑿揭露含水層是逐段、逐層情況，然后又作護筒封閉，所以井筒涌水量將不是各含水層全降深的情況，屆時應根據開鑿進度（揭露含水層厚度）、封閉條件，按上述計算公式再作估算。

綜上所述，本次計算參數多為實際井位所獲得，參數真實可靠，計算公式選用合理，井筒施工過程中在與計算條件相適應狀況下，其結果基本可靠，可以作為設計施工的依據。

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2016-5-11