新疆拜城縣眾維煤礦礦井涌水量預測研究

祖虹

（新疆維吾爾自治區煤田地質局161隊 烏魯木齊 830009）

1 引言

煤礦山位于塔里木盆地北緣，天山褶皺帶南麓，庫車—拜城中新生代山前坳陷帶的中西部。塔里奇克組含煤巖系呈北東—南西走向，南東傾斜的單斜構造。煤礦區地形起伏大，為侵蝕—剝蝕中山地貌單元。區域水文地質條件受控于區域構造、沉積結構、巖性組合及氣象水文因素的綜合作用。煤礦山井采A1煤層直接充水含水層為塔里奇克組裂隙承壓含水層（H5），其單位涌水量0.0022L/s·m～0.0038L/s·m，富水性弱，其在礦權西界的音西鐵熱克厄肯溝谷溪流地段，音1—1號鉆孔單位涌水量0.18L/s·m，富水性中等。

2 邊界條件

含煤巖系下伏黃山街組（T3h）多為泥質膠結粉砂巖、泥巖，地層厚度266.85～457.35m，巖石致密，裂隙不發育，厘定為相對隔水層，故北部可視為近東西向直線隔水邊界。

礦權西界音西鐵熱克厄肯溪流可視為近于南北向的直線供水邊界，據此煤礦山水文地質邊界為正交的供水與隔水邊界。

3 基礎資料

3.1 眾維煤礦山井采排水資料

歷經多年井采，2850m水平～2193m水平，A1煤層（全層厚度0.91m～10.34m，21個控煤點，平均厚度5.13m）采空面積2.42km2,其中大多為包氣帶。井采揭露含水層（H5）面積呈長條狀，寬度b≈70m、長度a≈2550m、b/a≈0.028、γ0=2550/4=638m。

數年前礦山在2193m水平井采系統中部及西部轉褶地段做下山巷道至2050m標高，現2193m水平排水量已包含兩處下山（2050m標高）巷道滲流量，排水成果見表1。

歷年最大水量均值（11.6+8+8.6+7.8）/4=9m3/h；歷年平均涌水量（5.1+6.5+7.3+6.9）/4=6.5（m3/h）；流量變化系數η=9/6.5=1.38。

3.2 鉆孔抽水資料

收集利用鄰區鉆孔抽水試驗成果見表2。

4 預測礦坑涌水量

4.1 預算范圍

為煤礦設計部門給定井田首采區先期開采地段，即2193m標高至1800m水平（一水平）A煤組賦存地段。

4.2 預算方法

4.2.1 大井法

依據地下水動力學穩定流理論，采用供水邊界與隔水邊界正交承壓轉無壓大井法。預算公式：

公式載于原長春地質學院《專門水文地質學》，1981年7月北京第一版P327表16-6，地質出版社。式中：Q—預算礦坑涌水量（m3/d）；K—滲透系數（m/d）；H—承壓水自井底起算的水頭高度（m）；М—承壓含水層厚度（m）；h—動水柱高度（m），當水位降至預算水平，則h=0；ro—基坑系統引用半徑（m）；b1—基坑至隔水邊界之距（m）；b2—基坑至供水邊界之距（m）。

公式預算參數選取：

（1）滲透系數K

依據眾維煤礦2193m水平疏干的井采系統，b/a=0.028呈長條狀，ro=2250/4=638（m），聯立 R=10s（k）1/2，K=0.732 Q㏒（Ro/ro）/（2H-М）М，解得K=0.267m/d，與周邊相鄰Zk5-2孔 K=0.0053 m/d，Zk3-1孔K=0.00061 m/d，三者平均值0.27291/3=0.091m/d。

（2）水位標高及水柱高度

周邊鄰近鉆孔控制H5含水層靜水位標高，即音1-1孔 2220.35m、Zk5-2孔 2211.77m、Zk1-2孔2203.30m、Zk1-9孔 2084.07m、，平 均 值 為2179.87m。水柱高度H=2179.87-1800=379.87m。

（3）含水層厚度M

取鉆孔揭露H5含水層的編錄成果，即粗粒相真厚度平均值46.50m。

（4）引用半徑ro

將采用的數據代入公式計算正常涌水量：

最大涌水量：Qmax=2170×1.38=2994.6≈2995m3/d≈125m3/h

4.2.2 采空區面積比擬法

依據井采現狀，參照《礦坑涌水量預測計算規程》（DZ/T0342-2020）附錄A采空區面積比擬法。

KF=Qo/Fo則Q=KF·F=QoF/Fo

式中：KF-面積系數（m/d）；F-擬開采疏干的面積（m2），2.03km2=2030000m2；Fo-已知礦井實際開采疏干的面積（m2），60m×2250m=153000m2；Qo-已知礦井實際排水量，6.5 m3/h×24h/d=156 m3/d。

4.3 涌水量預算結果評述及相關情況說明

大井法基于對周邊邊界條件的概化，采于隔水與供水邊界正交的承壓轉無壓完整井公式，計算參數采用周邊鄰近勘查資料，另將2193m水平含水疏干區段假定為理想大井，解得K值亦用于1800m水平涌水量預測。

基于主采煤層在井田西部產狀陡傾，不適合綜采，未來井采1800m水平，井田西部陡傾斜地段對音西鐵熱克尼肯溝小股水流而論，陡傾段相當于礦井的防水保安煤柱。

眾維煤礦山西偏北緊鄰音西鐵列克厄肯煤礦山，其勘探報告預算2098m水平涌水量1324.38 m3/d（即55.2 m3/h），該礦現最低開采水平2293m標高，正常涌水量38 m3/d（即1.58m3/h），最大涌水量41 m3/d（即1.70m3/h）。

眾維煤礦范圍西北角地段火燒層為地質歷史時期已熄滅的燒變巖段，緊鄰燒變巖段的采空區屬包氣帶，即使雨洪期有水流進入，其后自然滲透于地層粗粒相巖層中，該地段與現井采系統相距約900m，對眾維煤礦井采無影響。

5 結論

比擬法預測結果與大井法較為接近，且略小于大井法，確保安全而論采用大井法結果，1800m水平正常涌水量2170 m3/d（即90 m3/h），最大涌水量2995 m3/d（即125 m3/h）。

今后井采中嚴格遵照《煤礦地質工作規定》及《煤礦防治水細則》，加強礦井地質及礦井水文地質工作，積累井采地質及水文地質資料，確保安全高效生產。