基于水源構(gòu)成的礦井涌水量預(yù)測

周瑩

（中國煤炭地質(zhì)總局第二水文地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概 況

章村礦位于河北省沙河市白塔鎮(zhèn)和武安市邑城鎮(zhèn)接壤地帶，北距邢臺(tái)市36 km，東距沙河市政府駐地褡褳鎮(zhèn)24 km，南至武安市27 km，區(qū)內(nèi)交通運(yùn)輸條件便利。所在區(qū)域?qū)儆诎敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，全年的總體氣候特征為雨量集中，光照充足，無霜期較長，光熱資源豐富，雨熱同期，晝夜溫差大。根據(jù)邢臺(tái)氣象站近10 a的資料，年平均降水量537.6 mm，雨季主要集中在每年的7～9月份，多年平均氣溫13℃左右，多年平均蒸發(fā)量為1 794.9 mm。井田內(nèi)地表水系主要包括養(yǎng)兒河、邑城南河及黑龍洞水庫。目前，礦井主要開采煤層為2號(hào)、2下號(hào)煤，開拓方式為混合式開拓，共劃分為2個(gè)水平，第一水平標(biāo)高+32 m，已開采結(jié)束。第二水平標(biāo)高-200 m，劃分7個(gè)采區(qū)開采，規(guī)劃生產(chǎn)地區(qū)為4226、4231采區(qū)。

1.1 礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)基巖出露很少，僅在鴿子溝、窯坡村南、朱金紫、邑城、豐里、紫羅附近的溝谷、山坡邊一帶有零星基巖露頭出現(xiàn)，井田內(nèi)地層主要有上古生界奧陶系中統(tǒng)，石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組，二疊系上統(tǒng)上石盒子組、上統(tǒng)石千峰組以及新生界新近系、第四系。含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組、石炭系上統(tǒng)太原組和中統(tǒng)本溪組。

章村礦屬于邯邢水文地質(zhì)單元的中單元-百泉水文地質(zhì)單元。礦區(qū)內(nèi)分布9個(gè)含水層（組），分別為第四系砂礫石孔隙含水層、下石盒子組砂巖裂隙含水層、2號(hào)煤頂板砂巖裂隙含水層、野青灰?guī)r裂隙巖溶含水層、伏青灰?guī)r裂隙巖溶含水層、大青灰?guī)r裂隙巖溶含水層、本溪灰?guī)r裂隙巖溶含水層、奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r裂隙巖溶含水層及閃長巖裂隙含水層。

1.2 礦井充水條件

依據(jù)章村礦礦井涌水量構(gòu)成情況，礦井主要充水水源為老空水和2號(hào)煤頂板砂巖含水層水。

小煤礦關(guān)閉停產(chǎn)后，由于長期停止排水而使地下水聚集，主要分布在4222采區(qū)、4229采區(qū)。離規(guī)劃的4226及4231采區(qū)較遠(yuǎn)，對(duì)未來生產(chǎn)影響不大。章村礦自身開采形成的采空區(qū)積水有9個(gè)，部分工作面采空區(qū)積水可成為規(guī)劃開采工作面的充水水源。

2號(hào)煤頂板砂巖含水層為開采2號(hào)煤時(shí)的直接充水水源，礦井生產(chǎn)過程中的出水記錄絕大部分都是該含水層出水；局部下石盒子組底部砂巖含水層也是開采2號(hào)煤時(shí)的充水水源。

2 礦井涌水量構(gòu)成分析

2.1 礦井涌水量現(xiàn)狀

章村礦礦井總涌水量介于544.00~658.00 m3/h，總體較平穩(wěn)，但近年來有一定上升趨勢，正常涌水量為583.11 m3/h，最大涌水量為658.00 m3/h，如圖1所示。

圖1 礦井近年總涌水量動(dòng)態(tài)變化曲線Fig.1 Dynamic change curve of total mine water inflow in recent years

2.2 礦井涌水量構(gòu)成分析

2.2.1 按水源進(jìn)行分析

依據(jù)礦井提供的涌水量觀測臺(tái)賬，章村礦四井礦井涌水量主要來源為老空水和2號(hào)煤頂板砂巖水。2016年1月—2016年4月，礦井主采2號(hào)煤層，礦井涌水量以2號(hào)煤頂板砂巖水為主，占礦井涌水量的61.95%；2016年5月—2018年5月，礦井主采2號(hào)煤層，礦井涌水量以老空水為主，占礦井涌水量的97.29%；2018年6月—2021年12月，礦井涌水量為老空水，如圖2所示。

圖2 涌水量構(gòu)成示意Fig.2 Water inflow composition

可以看出，礦井涌水量構(gòu)成由2號(hào)煤頂板砂巖為主逐漸變?yōu)槔峡账?，主要原因?yàn)?號(hào)煤層開采過程中對(duì)其頂板含水層進(jìn)行了疏放。156臨時(shí)排水點(diǎn)離地面較近，淺部采空區(qū)積水主要通過156臨時(shí)排水點(diǎn)排放至地面。24泵房主要排放4225采區(qū)水量，-350泵房主要排放26采區(qū)和31采區(qū)涌水量。

2.2.2 按水平進(jìn)行分析

章村礦共分為兩個(gè)水平，即+32 m水平和-200 m水平。-200 m水平涌水量為礦井主要涌水量構(gòu)成，占比77.12%，其主要來源老空水和2號(hào)煤頂板砂巖水；+32 m水平涌水量占礦井總涌水量的22.88%，其主要來源為老空水，如圖3所示。

由圖3可以看出，+32 m水平礦井涌水量總體呈上升趨勢，與降水量總體趨勢較一致，且在每年雨季過后礦井涌水量有明顯增加現(xiàn)象，而-200 m水平涌水量基本沒變化。由此說明降水量對(duì)+32 m水平涌水量影響較大，而-200 m水平涌水量受降水量影響較小。

圖3 各水平涌水量與降水量關(guān)系曲線圖Fig.3 The curve of the relationship between water inflow at each level and precipitation

-200 m水平涌水量自2016—2019年逐漸降低，2019年年初降至最低值，分析認(rèn)為2016—2019年4226、4231采區(qū)內(nèi)回采的工作面已基本達(dá)到了各自采區(qū)的最大采深，對(duì)采區(qū)內(nèi)頂板含水層水已充分揭露，頂板砂巖含水層水大部分已被疏排。-200 m水平涌水量在2020—2021年又有所回升，分析認(rèn)為一方面是由于這兩年4226、4231采區(qū)內(nèi)新回采了2下煤層多個(gè)工作面，其開采時(shí)導(dǎo)水裂隙帶大部分能夠?qū)ㄖ?號(hào)煤采空區(qū)，原本殘存于2號(hào)煤采空區(qū)低洼處的老空水通過裂隙進(jìn)入到2下煤工作面水平，導(dǎo)致其涌水量增加；另一方面，統(tǒng)計(jì)分析了4226、4231采區(qū)內(nèi)及周邊10個(gè)鉆孔2下煤的頂板巖性，結(jié)果顯示大多數(shù)鉆孔頂板巖性中有厚度為2.00～24.16 m的中粒、細(xì)粒砂巖，從側(cè)面反映出2下煤頂板砂巖中含水，在回采2下煤工作面期間，2下煤頂板砂巖水經(jīng)過開采擾動(dòng)后進(jìn)入到-200 m水平，導(dǎo)致其涌水量增加。

3 礦井涌水量預(yù)測

章村礦四井已開采多年，區(qū)內(nèi)有大量采空區(qū)，2019—2021年礦井生產(chǎn)區(qū)位于4226采區(qū)和4231采區(qū)，規(guī)劃生產(chǎn)地區(qū)仍為4226采區(qū)和4231采區(qū)，水文地質(zhì)條件相似，因此此次擬采用統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行礦井涌水量預(yù)測。

3.1 +32 m水平

降水量對(duì)+32 m水平涌水量影響較大，此次采用近2 a的平均涌水量作為該水平的正常涌水量，即168.59 m3/h；2021年降水總量居歷年全年總降水量排名第一位，因此近2 a的最大涌水量可以作為該水平的最大涌水量，即206.7 m3/h。

3.2 -200 m水平

在分析了2號(hào)煤、2下煤涌水量來源的基礎(chǔ)上對(duì)-200 m水平涌水量進(jìn)行預(yù)測。

（1）2號(hào)煤。

4226采區(qū)以往年度開采標(biāo)高已達(dá)-350 m，未來規(guī)劃開采的2號(hào)煤開采標(biāo)高為-350—-600 m，其深部的2號(hào)煤層頂板砂巖水仍為4226采區(qū)開采2號(hào)煤時(shí)的主要涌水量來源，其次為淺部采空區(qū)積水。根據(jù)相關(guān)資料，2號(hào)煤層頂板砂巖出水量為25～30 m3/h。

4231采區(qū)規(guī)劃開采的2號(hào)煤標(biāo)高與往年度開采標(biāo)高基本一致，且2號(hào)煤層頂板砂巖水在往年開采時(shí)已基本疏放完，故推測其涌水量來源主要為2號(hào)煤淺部采空區(qū)積水。

（2）2下煤。

2019—2020年4226采區(qū)及4231采區(qū)主要開采2下煤層，其涌水量主要來源為老空水，推測未來規(guī)劃開采2下煤層時(shí)涌水量主要來源仍為老空水。且近2 a礦井-200 m水平涌水量為有一定的增加趨勢，年增幅約為10.0 m3/h。

3.3 涌水量預(yù)測

經(jīng)上述分析，未來規(guī)劃開采2號(hào)煤、2下煤時(shí)，礦井涌水量主要為老空水和4226采區(qū)深部的2號(hào)煤層頂板砂巖水，且老空水以年增幅10.0 m3/h遞增。按年產(chǎn)75.0萬t計(jì)算，礦井服務(wù)年限剩余8.9 a。經(jīng)計(jì)算，-200 m水平礦井正常涌水量為424.55+10×8.9+30=543.55 m3/h，最大涌水量為444.70+10×8.9+30=563.70 m3/h。則整個(gè)章村礦預(yù)測正常涌水量為168.59+543.55=712.14 m3/h，最大涌水量為206.7+563.70=770.40 m3/h。

4 結(jié) 語

章村礦采用統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行礦井涌水量預(yù)測，結(jié)果為礦井正常涌水量712.14 m3/h，最大涌水量為770.40 m3/h。該方法是在分析章村礦各水平、各煤層涌水量水源構(gòu)成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的預(yù)測，結(jié)合了礦井實(shí)際生產(chǎn)情況及未來采掘規(guī)劃，預(yù)測精度較高。