挖金灣煤業礦井涌水量及影響因素分析

劉艾倫

（晉能控股煤業集團挖金灣煤業公司，山西 大同 037003）

挖金灣煤業位于山西省大同市，屬于同煤集團優質低硫、低灰、高熱量煤產出重點煤礦。礦井地表地形較為復雜，覆蓋交叉河流，總體呈現西高東低地勢，地形坡度為4°～8°。礦井北側有因大斷層錯動所致的一級褶曲。該煤礦于2004年開始開采，當前礦井開采規模為0.70 Mt/a，采用斜井開拓方式，目前在對8115工作面的4 號煤進行采掘；區域內含水層主要有3 組：寒武奧陶系石灰巖巖溶裂隙含水層組、碎屑巖類裂隙含水層組和松散巖類孔隙含水巖組。為了確保礦井安全開采，對礦井涌水量的影響因素和計算方法進行研究，以提升礦井防突水的防范能力。

1 涌水量測算方法對比

通過礦井地層地質結構分析，礦井地層中含水層的儲水性不高，但8115 工作面的4 號煤層低于奧灰水水位標高，需要考慮帶壓開采。分別應用兩種方法來測算礦井涌水量。

1.1 對比測算法

通過收集礦區多個煤礦的地質資料，經過對比，發現一處礦井與該礦井地質結構組成有很大的相似之處，利用相似礦井已經獲取的涌水量資料，通過開采規模對比計算該礦井涌水量。該方法計算簡便，但局限性較大，且測算結果不穩定。對比測算見式（1）。

式中：Q1為測算礦井的涌水量；Q2為對比礦井的實際涌水量；N1為測算礦井的實際開采規模；N2為對比礦井的實際開采規模。對比煤礦的實際涌水量正常為6.46 m3/h，最大為8.75 m3/h，實際開采規模為1.20 Mt/a，經測算挖金灣煤業的涌水量正常約為3.77 m3/h，最大約為5.11 m3/h。

1.2 動力學計算方法

在礦井地層中進行打孔測試，通過對孔內水位參數的測量和推導，計算礦井的涌水量。計算見式（2）。

式中：Q為礦井涌水量，m3/h；K為地層滲透系數，m/d；H為測試孔的水柱高度，m；h為地層水頭高度，m；M為礦井含水層的厚度，m；S為修正系數，無量綱，大小為5×10-5。通過測量和推導，測孔獲取的水文參數見表1。

表1 測孔測量的水文參數

通過對礦井水文地質參數的測量，計算出礦井最小涌水量為4.25 m3/h，最大涌水量為8.63 m3/h。與對比測算法的涌水量預測結果相比，正常涌水量相差不大，但最大涌水量相差較大。

結合周邊同煤集團其他煤礦，如王村煤礦、蘆子溝煤礦等實際涌水量記錄，綜合考慮兩種涌水量測算結果，對比測算法的計算結果較為符合實際。

2 涌水量影響因素分析

2.1 斷層結構

礦井開采的涌水量受到地下水存儲方式和存儲量的直接影響。尤其是如地層存在斷層，斷層結構與礦井的位置關系會直接影響到礦井涌水量。圖1（上）為礦井開采位置在斷層上盤，圖1（下）為礦井開采位置在斷層下盤。從圖中可以看出，斷層處的地下水存儲方式是不同的，對涌水量的影響也會有很大不同。斷層上盤煤層開采相較下盤煤層開采涌水量較少。

圖1 礦井開采與斷層位置

2.2 含水層

礦區內含水層厚度約為2 m左右，含水層上層基巖有部分外露，形成風化裂隙和風化裂隙潛水，形成風化裂隙潛水層。由于有外露部分，容易受到地表徑流和雨水影響，風化裂隙潛水與地表徑流形成循環，同時風化裂隙潛水層與下層結構緊密的泥巖相互間形成平行復合關系，由于泥巖層水滲透性不同，因此地表徑流對礦井開采中的涌水量造成不同程度的影響。

2.3 采空區積水

礦區在被整改收編前期，曾存在過小煤礦無證開采，部分區段存在不同規模的采空區。采空區在巷道留有排水出口，如果采空區內積水高于排水口，可以由排水道引導積水到水倉后集中排出采空區；但當采空區內積水面低于排水口，則無法排出。一旦礦井開采受到采空區影響，則涌水量也會受到采空區積水影響。采空區積水對礦井涌水量的影響關系見式（3）。

式中：Q為礦井涌水量，m3/h；K為集水區充水系數，本文選取0.2；M為采空區的平均高度，m；F為礦井采空區的投影面積，m2；α 為采空區傾角。

由于不同的采空區參數并不同，因此其對礦井涌水量的影響也不相同。目前開采區域已經探明的采空區通過式（3）計算得出，涌水量約為2 m3/h左右，但在將來的礦井開采中，必須遵循先探再掘，先治后采的原則。

2.4 奧灰水

在對礦區探孔地質參數測算后發現，礦區內奧灰水的標高大約在+380 m左右，而4 號煤層底板最低標高為+322 m，即煤層底板標高低于奧灰水水位標高，4 號煤層開采為帶壓開采。根據《煤礦防治水規定》，突水系數計算見式（4）：

式中：T為突水系數，MPa/m；P為煤層底部承受的水壓，MPa。

4 號煤底層水壓為0.9 MPa；M 為底板隔水層高度，m，取值21 m。計算得到4 號煤層突水系數為0.043 MPa/m，小于受構造破壞塊段臨界突水系數0.06 MPa/m，說明奧灰水對礦開涌水量影響和威脅性較小。

3 結語

本文對挖金灣煤業的8115 工作面4 號煤層開采的礦井涌水量進行了測算分析，同時對影響涌水量的影響因素進行了分析。分別采用對比測算法和動力學計算方法對礦區涌水量進行計算。通過與周邊煤礦涌水量進行對比，得出礦區最小涌水量為3.77 m3/h，最大約為5.11 m3/h。另外對斷層結構、含水層、采空區積水以及奧灰水對涌水量的影響機理和程度做了分析，為礦區的防突水事故措施的制定提供依據。