某礦1404工作面水文地質(zhì)特征及頂板涌水量預(yù)計(jì)

成建峰

(山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司賀西煤礦)

1 工程概況

1.1 工作面概況

1.2 工作面水文地質(zhì)特征

本研究在該礦一采區(qū)西部布置了3個(gè)水文鉆孔對(duì)新近系下部松散層和基巖各進(jìn)行了3次抽水試驗(yàn)，新近系底部松散層抽水試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，基巖部分抽水結(jié)果如表2所示。

表1 新近系底部松散地層抽水試驗(yàn)結(jié)果

在新近系鉆探過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)泥漿漏失現(xiàn)象，通過(guò)分析新近系巖芯及測(cè)井資料，新近系下部主要為黏土、砂質(zhì)黏土，致密，厚度較大，為良好的隔水層；局部層段為細(xì)砂層，厚度較薄。根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為新近系松散層為富水性弱的含水層。分析表1可知：13-12S鉆孔的單位涌水量為0.011 97 L/(s·m)，13-13S鉆孔的單位涌水量為0.004 095 L/(s·m)，13-14S鉆孔的單位涌水量為0.000 129 L/(s·m)。根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》,分析可知，研究區(qū)域新近系含水層整體抽水的單位涌水量遠(yuǎn)小于0.1 L/(s·m)，均為弱含水層。由表2可知：3個(gè)水文鉆孔的單位涌水量為0.000 028～0.000 061 L/(s·m)，頂板砂巖富水性弱(甚至微弱)。

表2 基巖地層抽水試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)

根據(jù)上述分析，可知1404工作面上覆巖層隔水層較厚，含水層相對(duì)較薄，且富水性較弱，但并不能排除部分區(qū)域出現(xiàn)富水性異常的現(xiàn)象。1404工作面煤厚較大，大部分區(qū)域煤厚大于9.0 m，而基巖最小厚度僅為41 m左右，且該工作面采用放頂煤開采方法，對(duì)頂板覆巖破壞程度較大，從而使冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶高度均較大。使用“三下”規(guī)程公式[1-4]、經(jīng)驗(yàn)公式和類比分析方法[5-7]預(yù)計(jì)得出的冒落帶發(fā)育高度為36.0 m，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為72.0 m。根據(jù)上述預(yù)計(jì)結(jié)果，導(dǎo)水裂隙帶勢(shì)必會(huì)波及到松散層底部，冒落帶也可能波及到松散層底部[8-10]。

2 頂板涌水量預(yù)計(jì)

1404工作面試采期間的10組頂板涌水量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3(測(cè)試時(shí)間為2017年5月11日—5月20日)。通過(guò)構(gòu)造相空間，采用工作面頂板涌水量的時(shí)間序列預(yù)計(jì)模型，對(duì)2017年5月21日—5月25日的工作面頂板涌水量進(jìn)行了混沌時(shí)間序列預(yù)測(cè)。由于加權(quán)一階局域預(yù)測(cè)法較全域法、局域法其有較好的預(yù)測(cè)效果，故本研究采用加權(quán)一階局域預(yù)測(cè)法[11-12]。

表3 1404工作面頂板涌水量實(shí)測(cè)結(jié)果 m3/h

本研究重構(gòu)相空間的延滯時(shí)間τ=2，嵌入維數(shù)m=5，最大Lyapunov指數(shù)λ=0.204，則有效預(yù)測(cè)周期為T=1/λ=1/0.204=5，頂板涌水實(shí)測(cè)時(shí)間之后5 d(2017年5月21日—5月25日)的頂板涌水量預(yù)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知：1404工作面的頂板預(yù)計(jì)涌水量為38～49 m3/h，即0.63～0.82 m3/min，與該時(shí)間段涌水量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(37～48 m3/h)基本吻合。

表4 1404工作面頂板涌水量預(yù)計(jì)結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

詳細(xì)分析了某礦1404工作面水文地質(zhì)特征，并基于混沌理論構(gòu)造了頂板涌水量的混沌時(shí)間序列多維相空間，根據(jù)該礦2017年5月11日—5月20日工作面頂板涌水量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)2017年5月21日—5月25日工作面頂板涌水量進(jìn)行了預(yù)計(jì)，預(yù)計(jì)結(jié)果與相應(yīng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致。