“大井法”在郭屯煤礦礦井實際涌水量計算中的運用

張業智

（山東省煤田地質局規劃勘察研究院，山東 泰安 271000）

1 基本概況

郭屯井田位于山東省菏澤市鄆城縣，井田內地層自下而上分為：奧陶紀中統、石炭系中統本溪組、上統太原組、二疊系下統山西組、下石盒子組、上統上石盒子組、新近系及第四系。主要含煤巖系為太原組和山西組。

井田內的主要含水層為：第四系下組、新近系底部砂礫層孔隙含水層，侏羅系上統砂礫巖裂隙承壓含水層，3煤層頂、底板砂巖裂隙含水層，太原組三灰巖溶裂隙含水層，十下灰巖溶裂隙含水層，奧陶系灰巖為含煤地層基底含水層，屬強含水層。其中，3煤層頂、底板砂巖和太原組三灰是開采上組煤的直接充水含水層；十下灰為開采下組煤的直接充水含水層，奧灰為開采下組煤的間接充水含水層。

井田內的主要隔水層為：新生界地層中的粘土、砂質粘土層，侏羅系泥巖、粉砂巖，上石盒子組泥巖、下石盒子組雜色泥巖、粉砂巖，太原組泥巖、粉砂巖及本溪組鐵鋁質泥巖等，它們大都與含水層相間沉積，阻隔了含水層間的水力聯系。

郭屯煤礦東起田橋斷層及田橋支斷層，西至煤系地層底界露頭，南起3925000緯線，北至25勘探線。東部田橋斷層落差大于500m，西升東降，使井田內的煤系含水層與對盤的二疊系地層對口，對盤無強含水層，因此可能是阻水邊界。西部煤系地層底界露頭，為補給邊界。南北均為人為技術邊界，視為補給邊界。因此井田邊界水文地質條件為：東部為阻水邊界，西部、南部、北部為補給邊界。

2 郭屯煤礦礦井實際涌水量

2.1 建井期間

建井期間，2006年之前礦井涌水量一般小于50m3/h，2006～2008 年涌水量在 100～200m3/h（2007年礦井處于建設時期，沒有形成統一的礦井水量觀測記錄）,自2009年以來，隨著巷道掘進和工作面的開拓，3煤頂底板面積增大，頂板斷層水和淋水點增多，涌水量逐漸增大，2009年12月涌水量增大到424m3/h。

圖1 建井期間礦井涌水量歷時曲線圖

2.2 生產期間

礦井生產期間涌水量大約在500m3/h 左右，2010年至2013年5月的涌水量見圖2。

圖2 2010～2013年5月礦井涌水量歷時曲線圖

礦井2010～2013年5月的涌水量極值及正常涌水量見表1。

表1 2010～2013年5月平均涌水量及極值 （m3/h）

上述涌水量不包括上石盒子組砂巖水水量。上石盒子組砂巖水水量為建井期間殘留水量，以M4、M5砂巖含水層水量為主，初期巷道總水量約320m3/h,其中M4、M5含水層水量為260m3/h，其他為頂底板散水；經過多年疏放，目前巷道總水量為194.8m3/h,其中M4、M5水量103m3/h。兩含水層下距開采煤層（3煤）213～235m，對煤層開采沒有影響。上石盒子組砂巖水的封堵工作已完成招標等事項，近期將組織施工。預計封堵后水量將減少160～180m3/h。從圖2可以看出，2010～2013年5月礦井涌水量總體較穩定，但有3個時間段涌水量波動較大，具體情況及原因分析如下：

（1）2010年12月～2011年4月涌水量出現第一次峰值，這是因為：①隨著巷道掘進長度的增加、含水層揭露面積的增大，突水點增多。②2010年底1301工作面底板三灰突水，突水量最大達280m3/h。以上原因使礦井涌水量增大。2011年年中以后，由于礦井對主副井和大巷出水點進行了注漿堵水，取得了良好效果，且井下探放水對3砂、三灰等主要充水含水層進行了大規模疏放，因含水層的補給有限，靜儲量減小，所以礦井涌水量出現了較大的下降。（2）2011年8～11月，礦井涌水量增大。主要原因為：①1303工作面對3煤頂底板砂巖和三灰放水。②2011年9月9日，1308工作面K12點（距下出口90m）發生頂底板砂巖突水，水量最大達246m3/h。③2011年10月9日，1301工作面推采434m處發生頂底板砂巖突水，水量最大達150m3/h。以上原因，導致礦井涌水量增大。

（3）2012年10月由于礦井探放1310工作面3砂水、三灰水，導致礦井涌水量增大。

3 礦井實際涌水量構成分析

建井期間礦井涌水量主要由井筒和大巷的石盒子組砂巖水構成，生產階段礦井涌水量由3煤層頂板砂巖水、三灰水構成。以最近的礦井涌水量構成情況看：3煤層頂板砂巖水占40.6%、三灰水占59.4%。

4 礦井涌水量預計

本井田目前開采一采區3（3下）煤層，未來仍然開采3（3下）煤層，開采范圍仍然在一采區。根據充水因素分析，3下煤層頂底板砂巖和三灰為直接充水含水層。本次分別預計其涌水量。

4.1 3砂涌水量預算

（1）參數選擇：井田內有J-12、J-17、B1-3孔對3砂抽水，對其成果和抽水過程分析可知，抽水曲線正常，其成果可作為涌水量計算依據。故3砂涌水量計算采用J-12、J-17、B1-3孔抽水成果的平均值。開采水平為-808m，其參數如下：

開采水平：h=-808m；

B1-3孔實測靜水位：h'=-270.03m；

水位降深：S=|h|-|h'|=808-270.3=537.97m；

J-12、J-17、B1-3孔最大滲透系數平均值：K=0.0109m/d；

3砂平均厚度：M=28.28m；

引用半徑r：

式中：

P-揭露范圍周長，18.5km。

引用影響半徑R：

（2）計算方法：大井法承壓轉無壓公式

將參數代入公式得：

4.2 三灰涌水量預算

本次報告利用J13、J17、B7-1孔的抽水試驗資料和一采區井下探放水孔G3#的觀測數據(L2、L4孔位于四、五采區，本次不采用)，采用大井法承壓公式預計三灰涌水量。

（1）參數選取

開采水平：h=-808m；

井下G3#三灰觀測孔觀測的水位：h'=-400.3m；

水位降深：S=|h|-|h'|=808-400.3=407.7m；

J-13、J-17、B7-1孔最大滲透系數平均值：K=0.1138m/d；

三灰平均厚度：M=5.81m；

引用半徑r：

式中：

P-揭露范圍周長，18.5km。

引用影響半徑R：

（2）計算方法：選擇大井法承壓水公式

Q三灰=2.732KMS/（lgR-lgr）

（3）結論：將參數代入公式得：

Q三灰=4332.02m3/d=180.50m3/h

故礦井的正常涌水量：

Q=Q3砂+Q三灰=248.54+180.50=429.04m3/h，根據2010年～2013年5月礦井實測資料，礦井最大涌水量為正常涌水量的1.1～1.2倍，為保證安全，取1.5倍，即Qmax=1.5Q=643.56m3/h。

5 礦井涌水量預測結果評述

本次預計正常涌水量為429.04m3/h，小于礦井2010年～2013年5月的正常涌水量453～543.6m3/h（不包括上石盒子組砂巖水涌水量）。分析原因如下：礦井2005年10月開工建設，2010年3月正式投產，含水層處于剛揭露階段，涌水量大。3砂水、三灰水以靜儲量為主，隨著礦井工作面的揭露和探放水工程的實施，3砂水、三灰水靜儲量將大大減小，由于補給條件差，未來3砂水、三灰水正常涌水量會逐漸減小。

本次預計的礦井涌水量中不包含上石盒子組砂巖水，上石盒子組砂巖水以M4、M5砂巖含水層水量為主，經過多年的疏放已衰減，正準備封堵。封堵后，上石盒子組砂巖含水層的涌水量將大大減小，故本次報告預計正常涌水量時不再考慮上石盒子組砂巖水。

此外需要指出的是，根據煤田勘探與礦井開采經驗，3砂與三灰的富水性極不均一，一般淺部或斷層附近，富水性較強，礦井涌水量較大。另外初揭含水層時，礦井涌水量較大，經過一定時間的疏排后，涌水量逐漸變小，并趨于正常涌水量。因此，在斷層附近或初揭含水層時，應充分做好防排水及探放水工作，以防發生突水災害。