煤礦充水因素評價及涌水量預測

任文華

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

0 引言

煤礦生產安全性與其水文地質的探測情況息息相關，隨著煤礦綜采工作面的不斷推進，對應的水文地質情況在一定的基礎上呈現為相對變化的情況，甚至會出現礦井水涌出量增大的情況，在此情況下需要采取更加有效的治理措施以保證煤礦生產的安全性[1]。本文將結合實踐生產對煤礦的充水因素進行綜合分析，并對整個煤礦的涌水量進行綜合全面的分析，為今后煤礦生產過程中礦井水的治理提供理論依據。

1 煤礦水文地質分析

以某煤礦實際生產為例，該煤礦的開拓方式為斜井，生產能力為1.2 Mt/a，目前工作面采用綜采模式生產。經探測，該煤礦工作面煤層厚度為7 m，而且整體煤層埋藏在了相對較淺的區域；在其水文地質條件方面，該工作面涌出的水主要來源于三個區域，分別為北部的常家溝、中部的敖包溝以及西部的塔溝，各個區域所涌出的水量占比分別為15.9%、71.8%和12.3%。此外，基于上述三個涌水區域，對應工作面含有三個含水層，分別如表1 所示：

表1 煤礦含水層名稱及相關參數

除了涌水層和含水層外，該煤礦還包括有兩個隔水層，分別為中更新黃土隔水層和新近系紅土隔水層。其中，中更新黃土隔水層的最大厚度可達79.5 m；新近系紅土隔水層的最大厚度可達90 m。

2 煤礦充水因素分析

在最近一次生產中，在某工作面出現了一次出水事故，據統計整個過程的最大涌水量可達300 m3/h；情況發生后，相關技術人員組織了救援人員解決現場的涌水情況，在經過15 h 的搶救后，將該工作面的涌水量控制在100 m3/h，并保持了相對穩定的狀態。為全面掌握該煤礦的涌水情況，結合現場所采集的數據并聯合相應的充水條件及因素進行綜合分析。

2.1 煤礦充水條件分析

相關理論證實了，在煤礦工作面的導水裂隙帶是造成工作面涌水量超標的主要因素[2]。因此，為了確保后續所采取的治理涌水的措施有效，需要對工作面導水裂隙帶的參數進行分析。針對導水裂隙帶分析需求，根據現場條件布置了兩個高探測孔，分別位于如下位置：1#探測孔位于距離終采線的852 m 的位置；2#探測孔位于距離終采線的205 m 的位置。基于上述兩個探測孔對該工作面的導水裂隙帶參數進行探測，并得出如表2 所示的結果：

表2 導水裂隙帶探測結果

基于表2 中所探測的導水裂隙帶的參數，結合相關理論計算公式得出，該所研究煤礦工作面的導水裂隙帶的高度為61.25 m，冒落高度為25.35 m。

2.2 煤礦充水因素評價

在上述對煤礦工作面充水條件分析的基礎上，為了能夠為后續涌水治理過程中提供多種措施的優先級，本節基于層次分析法對影響涌水情況的各種進行排序分析。得出如表3 所示的判斷矩陣。

表3 基于層次分析法對各影響充水指標權重的排序結果

結合表3 中各影響因素及其對應的權重值得出了影響煤礦涌水量的關鍵第一條件為通道因素，第二個關鍵條件為該煤礦本身的水位地質條件中的富水性。因此，在對煤礦水文進行治理時，因主要針對通道和水文地質條件的富水性提出改進措施[3]。

3 煤礦涌水量預測

在煤礦充水條件及因素綜合分析的基礎上，還需掌握對其涌水量進行預測才能夠提前選擇有效的預防措施[4]。在煤礦涌水量預測層面，對該煤礦了最近七年的涌水量結果進行匯總，并以此為基礎得出本年度的平均涌水量。本煤礦最近7 年的涌水量匯總結果如表4 所示：

表4 最近7 年用水量觀測結果

分析表4 可知，該煤礦本年度的平均涌水量可以粗略估計為292 m3/h。

3.1 礦井涌水量預測條件分析

結合表4 中該煤礦最近7 年的涌水量，并基于大井法和比擬法對本年度礦井的涌水量進行預測。在實際預測為了保證最終預測的準確性，需要綜合考慮以下因素：

1）針對該煤礦本年度涌水量的預測需求，僅分析該煤礦導水裂隙帶的正常涌水，針對其意味涌水情況忽略不計。

2）此外，不考慮該煤礦地表水的異常突水情況對涌水結果造成的影響，僅僅針對該煤礦基巖段進行分析[5]。

3.2 基于大井法預測煤礦的涌水量預測

根據本煤礦的現場實際條件，并基于計算公式（1）對煤礦的用數量進行預測。

式中：K 為滲透系數；H 為水柱高度，m；M 為含水層厚度，m；h 為剩余水柱高度，默認剩余水柱高度為0；R0為引用影響半徑；r0為影響半徑。

在對該煤礦地質水文條件初步探測的基礎上，僅對風化基巖和正常基巖的涌水情況進行預測。根據兩處基巖的參數如表5 所示，分別得出對應的涌水量結果。

表5 煤礦涌水量預測結果

如表5 所示，由于風化基巖所導致的平均涌水量為250 m3/h，由于正常基巖所導致的平均涌水量為212 m3/h；則，該煤礦的平均涌水量為462 m3/h。最大涌水量與正常涌水量按照1.5 倍的關系換算，可以估計出最大涌水量693 m3/h。

4 結語

煤礦安全生產與其水文地質條件息息相關。因此，在實際生產中需全面、精準的掌握煤礦的水文地質條件，并根據基礎數據可以實現對涌水量的預測，為后續制定涌水治理措施提供支撐。

1）該所研究煤礦工作面的導水裂隙帶的高度為61.25 m，冒落高度為25.35 m。

2）影響煤礦涌水量的關鍵第一條件為通道因素，第二個關鍵條件為該煤礦本身的水位地質條件中的富水性。

3）基于大井法得出，該煤礦的正常涌水主要考慮風化基巖和正常基巖，由于風化基巖所導致的平均涌水量為250 m3/h，由于正常基巖所導致的平均涌水量為212 m3/h；則，該煤礦的平均涌水量為462 m3/h，對應的最大涌水量693 m3/h。