修文縣灑坪煤礦礦坑涌水量預測

彭歡

摘要：通過收集資料、野外地質調查，結合地質鉆探、抽水試驗、室內試驗等綜合方法，重點分析，全面兼顧，分析了修文縣灑坪煤礦礦床充水因素，包括充水水源和充水途徑，采用“大井法”預測了礦坑涌水量，并通過誤差分析比較，給出了礦井涌水量的合理取值，可作為礦產開發、安全生產設計的重要參考。

關鍵詞：灑坪煤礦；大井法；涌水量

貴州省修文縣灑坪鄉灑坪煤礦區位于貴州省修文縣灑坪鄉，地表水屬長江流域烏江水系貓跳河四級支流匯水范圍；隨著煤礦的開采，礦坑涌水問題日漸增大，查明井田礦區水文地質條件及礦床充水因素，對礦床水資源綜合利用進行初步評價，通過抽水試驗對礦坑涌水量進行計算分析，對礦坑涌水可能引發的不良問題提出防治措施有重要參考意義。

1.礦區的水文地質條件

貴州省修文縣灑坪鄉灑坪煤礦區位于新寨向斜水文地質單元的南西部，處該水文地質單元中地下水徑流區和排泄區邊緣。當地以礦區南西側貓跳河谷為最低侵蝕基準面和排泄基準面（標高837.00m），據走訪調查，洪水淹沒標高在839m～840m之間。

1.1地下水類型

根據礦區內分布的地層巖性、巖石含水性及富水程度、水質特征等，可將礦區的地下水類型分為巖溶水、基巖裂隙水和松散孔隙水三類。

巖溶水主要埋藏于巖溶較發育的碳酸鹽巖石中，其分布很不均勻，在水平和垂直方向上變化均很大，受氣候、地質等因素的影響，其分布具有分帶現象，巖溶水水質變化小，礦化度低；在礦區，巖溶水主要賦存于中二疊統茅口組（P2m）含水層、上二疊統長興、大隆組（P3c+d）含水層、下三疊統夜郎組（T1y）含水層、下三疊統茅草鋪組（T1m）含水層中。

基巖裂隙水主要賦存于呈帶狀分布在區內西部鹽井—煤洞灣—永家灣一帶分布的二疊系上統龍潭組（P3l）粉砂巖、細砂巖夾泥質灰巖及煤層中。

孔隙水主要指第四系殘坡積粘土、砂質粘土夾風化殘積碎石塊中的地下水。

1.2含水層及其特征

1.2.1巖溶水含水層

①中二疊統茅口組（P2m）含水層。該含水層主要分布于楊橋～煤洞灣一線以西及大土～老凹洞一線以北，巖性為淺灰、灰、灰白色厚層至塊狀生物屑泥至微晶灰巖，含少量燧石結核，局部見斑塊狀白云質灰巖。含大量巖溶水，地下水主要以巖溶管道水形式賦存及運移，富水性中等，該含水層巖溶發育強烈。②上二疊統長興、大隆組（P3c+d）含水層。該含水層巖性為灰、深灰色中～厚層含燧石結核微至細晶灰巖，中部夾炭質泥巖或薄煤層，灰、灰黃色泥巖及薄層硅質巖間夾數層黃綠色凝灰質泥巖，厚31m～47m。為含水層夾隔水層，總體視為含水層，含巖溶裂隙水，地下水主要以巖溶管道水形式賦存及運移，富水性弱～中等。③下三疊統夜郎組（T1y）含水層。該含水層主要指中、上部淺灰、灰、深灰色中厚層泥至微晶灰巖，層間時夾深灰色泥巖或泥質薄膜，總厚260m左右，屬強含水層。底部為灰、深灰、淺灰綠色薄層泥質粉砂巖、鈣質粉砂巖、鈣質泥巖，偶夾灰色中厚層泥至微晶灰巖，屬弱含水層，含大量巖溶水及少量基巖裂隙水，地下水主要以巖溶管道水和基巖裂隙水形式賦存及運移，富水性總體中等。④下三疊統茅草鋪組（T1m）含水層。該含水層主要指礦區內零星出露的灰色中厚層泥晶灰巖及泥質灰巖，局部具白云巖化或為白云巖斑塊，出露殘留厚度30m～40m。含巖溶裂隙水，地下水主要以巖溶管道水形式賦存及運移，富水性中等。

1.2.2基巖裂隙水含水層

該含水層主要指礦區內呈帶狀分布于區內西部鹽井—煤洞灣—永家灣一帶分布的二疊系上統龍潭組粉砂巖、細砂巖夾泥質灰巖及煤層。據鉆孔揭露在深部巖石處于中風化至微風化狀態，裂隙多為閉合型。據鄰區煤礦勘探資料，該層鉆孔單位涌水量0.001～0.05L/s×m，滲透系數0.011m/d～ 0.059m/d。據與本井田條件相似的永家灣LD11號礦井調查，采空區約0.01km2，從礦坑中流出水量平均為22.89m3/d。均說明龍潭組具有含水量較差、透水性弱的特點。據1∶20萬息烽幅區域水文地質資料及周邊水文地質普查資料，地下水逕流模數0.10L/s×km2～1.50L/s×km2，地下水化學類型多為SO4-Ca型。

1.2.3松散孔隙水含水層

該含水層主要指第四系殘坡積粘土、砂質粘土夾風化殘積碎石塊，含少量第四系松散孔隙水，受季節性變化明顯。

1.3隔水層及其特征

隔水層主要指呈帶狀分布于區內西部鹽井—煤洞灣—永家灣一帶分布的二疊系上統龍潭組中的泥巖、粉砂質泥巖。為礦區內M8和M9號煤層的頂底板，節理裂隙不發育或弱發育，隔水性能較好，但經采煤工程破壞后，隔水性能稍差，本次經地下開拓井巷和采空區調查，井巷處于干燥狀態，僅于井巷局部地段形成細小水流，水流量0.05L/s，井巷頂部發現2處極弱滲漏點，其水量極小，僅為0.002L/s～ 0.003L/s。

1.4斷裂帶水文地質特征

礦區北西部沿煤洞灣至爛壩一線發育了2條斷層，造成了斷層下盤茅口組巖溶含水層與開采煤層直接接觸；在礦區南東部，發育3條走向北東的斷層和1條走向北西的斷層，落差一般均在50m～100m，造成可采煤層與上、下巖溶含水層的煤層直接接觸或使斷層帶處隔水的巖層厚度變薄。個別斷裂帶地表發育成溶蝕溝谷和洼地，并沿斷層發育了地下河，集中了礦區巖溶含水層中地下水沿斷裂帶集中徑流。綜合分析可看出，這些斷層帶一般都具有張性特征，導水性較好。在未來開采條件下，將成為含煤層上覆和下伏巖溶含水層中地下水向礦井充水的主要通道。

1.5地下水補給、徑流、排泄

礦區處在新寨向斜的南東翼，受地質結構和地形地貌條件控制，新寨向斜北西及南東翼以二疊系上統龍潭組相對隔水層為邊界，北東部以地下分水嶺為界、南西側貓跳河為地下水排泄邊界，構成一個較為完整的水文地質子單元。井田區地下水的補給主要來源于兩個方面，一是井田區范圍內大氣降水向地下的直接入滲，二是來自水文單元上游地帶含水層中地下水的側向補給；接受補給后，在地形地貌和自身重力作用下總體從北東向南西徑流；最終以礦區南西側貓跳河谷為最低侵蝕基準面和排泄基準面（標高837.00m）排泄。

1.6礦床充水因素分析

1.6.1充水水源

（1）直接充水水源。二疊系上統龍潭組為含煤地層，含煤層成為未來礦坑的直接充水層位，該層中所含的基巖裂隙水為礦坑直接充水水源。

（2）間接充水水源

①地下水。井田區含煤地層上覆長興組至夜郎組（P3c+T1y）、下伏二疊系中統茅口組（P2m）均為含水豐富的巖溶含水層。為研究上述巖溶含水層對未來礦坑充水的可能性，根據礦區內主要可采煤層厚度、賦存情況、頂底板厚度等，采用《礦區水文地質工程地質勘探規范》（GB12719-91）中附錄估算未來開采中礦坑頂板冒落帶、導水裂隙高度，根據煤層底板巖性及厚度和可采煤層隔水底板厚度、巖性，采用比擬法評價底板突水的可能性。

a.含煤層上覆長興組至夜郎組玉龍山段（P3c+T1y）中地下水向礦井充水的可能性評價。通過估算，礦區統計M9煤層平均厚度2.04m，計算時取礦井平均高2.5m參與計算。計算結果，頂板冒落帶高10m，導水裂隙帶厚度小于40.31m，而實際上井田區M9煤層頂距離巖溶含水層P3c底板距離M8號在68m～78m，遠大于冒落帶和導水裂隙帶厚度，因此，在沒有斷層構造通道條件下，上覆巖溶含水層中地下水不會成為礦井充水的直接充水水源。

b.含煤層下伏二疊系中統茅口組（P2m）中地下水向礦井充水的可能性評價。礦區內茅口組（P2m）地下水位埋藏深度大，位于井田西側的ZK405號孔孔口標高1335.0m，鉆進深度在357m（標高978m）揭露茅口組灰巖，巖石中溶蝕裂隙發育，孔內漏水，終孔時水位埋深在369m（966m）以下，低于茅口組頂板，因此，礦區未來開采條件下，產生茅口組地下水向礦井充水的可能性小。

②大氣降水。大氣降水是礦區地下水的主要補給來源，地下水接受補給后，可通過采空塌陷帶、導水裂隙帶及突水帶間接或直接進入礦坑，對礦床進行充水。

③地表水。井田區的地表水水源主要為井田區西側的貓跳河，距井田西部邊界最近為400m。而礦區西部巖層主要為碳酸鹽巖，巖溶及裂隙發育，貓跳河河床在井田附近標高為837m，井田最低開采標高500m，因此，未來開采中，若開采標高在840m以上，貓跳河河水不會成為礦井充水水源；開采標高在840m以下時，貓跳河河水可能通過巖溶管道或裂隙對礦坑造成突水的威脅。

④老窯積水。井田區沿煤層露頭地帶有較多已停采的老窯，采空區已積水，成為未來開采中向礦區充水水源之一。

1.6.2充水途徑

（1）天然途徑。井田區天然充水途徑主要為斷層帶。區內斷層破壞了巖體的完整性和連續性，造成了含煤層上覆長興～玉龍山巖溶含水層與可采煤層間隔水層厚度減薄，部分地帶甚至“對接”，沿斷層帶發育了地下河，成為直接和間接充水層中地下水向礦井充水的天然通道。

（2）人為充水途徑。人為充水途徑為未來礦山開采中礦井井巷頂板冒落導致的導水裂隙，溝通上覆含水層，成為人為造成的含水層中地下水向礦井充水的通道。

2.礦井涌水量預測

2.1抽水試驗

在勘探過程中，布置了ZK103作為水文地質抽水試驗孔，試驗孔位置位于礦區南側實測B-B′剖面上。根據抽水試驗成果，結合滲透系數計算公式得出，滲透系數K=0.00108m/d。

2.2涌水量預測

井田首采區位于井田中部1線至3線之間，處水文地質單元的地下水徑流區，為一不完整的水文地質系統，面積1.8km2，按首采區面積及煤層產狀先期開采設計水平為950m。充水含水層上覆和下伏均為含水性和透水性差的隔水層，天然條件下地下水動力特征為承壓水。根據開采條件下地下水流場概化結果，用解析法及比擬法預算首采區未來先期開采水平礦井的正常涌水量和最大涌水量。

2.2.1解析法

3.礦井涌水量預測結果評價

以上采用兩種方法對首采區礦井涌水量進行了預測計算，結果較接近。但由于老礦井原地下水位資料不能取得，在采用比擬法預測計算中，計算模型未考慮地下水位下降因素，是不恰當的，導致計算的結果偏小，可信度相對較差。而解析法是在基本查明首采區的水文地質條件，進行了水文地質模型概化的基礎上的計算模型，不但考慮了首采區的范圍、地下水補給條件，也考慮了水位下降因素，計算的結果可信度較高。

應說明，以上的預測是在未考慮含煤層上覆巖溶含水層中地下水通過斷層帶向礦井充水的條件下進行的，如果未來開采中造成巖溶水特別是長興～夜郎組中發育的暗河沿斷層帶向礦井突水，則礦井涌水量將遠大于預測水量。

4.結論

（1）本次分別采用解析法及比擬法預算了首采區未來先期開采水平礦井的正常涌水量和最大涌水量，根據兩種礦坑涌水量計算及其結果比較，建議采用解析法。

（2）根據開采設計方案第一開采水平950m，估算出礦區礦井涌水量較大，（解析法：正常涌水量為2411.7m3/d，最大涌水量為8248m3/d；比擬法：正常涌水量為1864.8m3/d，最大涌水量為6375.6m3/d）。該涌水量變化受季節影響較大，應適時地監測其變化。

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