陜西盤龍礦區(qū)水文地質(zhì)特征及涌水量預(yù)測(cè)研究

魏 曉，麻銀娟，李 濤

（陜西省一三一煤田地質(zhì)有限公司，陜西 韓城 715400）

盤龍礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)影響很大，歷史上曾多次發(fā)生水害事故[1]。為了確保煤礦安全生產(chǎn)，有效防治礦井水害，本文對(duì)該區(qū)的水文地質(zhì)特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，在對(duì)礦區(qū)周邊老窯分布狀況及勘探期間廢棄孔內(nèi)遺留鉆具調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)該地區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件特征和礦區(qū)充水水源及充水因素綜合分析，同時(shí)在對(duì)涌水量觀測(cè)資料分析的基礎(chǔ)上，采取噸煤富水系數(shù)法和大井法預(yù)測(cè)礦區(qū)涌水量，為該地區(qū)礦井制定防治水規(guī)劃提供可靠依據(jù)。

1 水文地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)及周邊老窯分布狀況

本研究對(duì)礦井及周邊小窯的調(diào)查，共有12處小窯均集中分布在龍灣至趙家河一帶，如圖1所示。筆者通過(guò)分析認(rèn)為，這些小窯開采時(shí)間久、開采范圍大，采深均未深入河床以下10 m。而小窯開采下限在河床以下10 m，即標(biāo)高+460 m，井田煤層設(shè)計(jì)開采上限最高標(biāo)高為+340 m，低于小窯開采下限120 m。

另經(jīng)計(jì)算，老窯水防水保護(hù)煤柱高度為60.34 m，也小于老窯開采下限與煤層開采上限的間距，故小窯積水對(duì)礦井生產(chǎn)一般不會(huì)造成較大威脅，但考慮到小窯調(diào)查的局限性，加之邊淺部存在的斷裂構(gòu)造或構(gòu)造薄弱帶有可能導(dǎo)通小窯積水。因此，邊淺部采煤時(shí)仍予以重視。

圖1 礦井及周邊老窯分布示意圖

1.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

1.2.1 石炭二疊系含水層

石炭二疊系含水地層巖性組合主要為各種粒度的砂巖及砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，后兩者可視為不透水層。同一鉆孔所揭露的各含水層組，具有不同的穩(wěn)定水位。上部地層水位較高，下部地層水位較低。因此，地下水雖垂直分層出現(xiàn)，但無(wú)水力聯(lián)系，屬于傾斜層間裂隙承壓水。

1.2.2 奧灰含水層

（1）奧灰水補(bǔ)給。本區(qū)較大地表水系為盤河，流量受上游盤河水庫(kù)蓄水調(diào)節(jié)控制，盤河流經(jīng)奧灰?guī)r段長(zhǎng)度2 km，平均流量0.16 m3/s，漏失量0.023 m3/s，盤河補(bǔ)給奧灰水水量有限。而奧灰水的主要補(bǔ)給來(lái)源是井田外的大氣降水及河流入滲。

（2）奧灰水徑流及排泄。根據(jù)區(qū)內(nèi)奧灰地下水等水位線可知，奧灰地下水位西北高，東南低，地下水總體呈由西北向東南流向，區(qū)內(nèi)無(wú)排泄點(diǎn)[2]。

1.3 礦井充水水源

礦區(qū)充水水源主要包括大氣降水、地表水、各含水層的水及采空區(qū)積水等。據(jù)近幾年礦井涌水量調(diào)查結(jié)果，礦坑涌水量與大氣降水的強(qiáng)度及延續(xù)時(shí)間關(guān)系不明顯，這與降水量以地表徑流的形式排泄，不利于垂直下滲補(bǔ)給有關(guān)。初步分析認(rèn)為，巷道掘進(jìn)至盤河以下，為河水下滲創(chuàng)造了條件，其將成為礦井充水的間接水源。

根據(jù)計(jì)算得出的煤層采動(dòng)后形成的導(dǎo)水裂隙帶高度，部分突破了下石盒子組。因此，下石盒子砂巖裂隙含水層、山西組砂巖裂隙含水層均可構(gòu)成礦井的直接充水。煤層上部的含水層水量小而弱，易疏易排。而煤層下部的奧陶系上馬家溝組碳酸鹽巖承壓含水層，其水壓高、水量大、持續(xù)性強(qiáng)，當(dāng)隔水層阻水性能無(wú)法抗衡其水壓或有導(dǎo)水構(gòu)造存在時(shí)，有可能造成突水[3]。據(jù)調(diào)查，井田淺部沿盤河河道老窯較多，夏季多雨條件使老窯容易積水且不易排空。因此，當(dāng)掘進(jìn)巷道或回采工作面遇到老窯時(shí)，這時(shí)就會(huì)發(fā)生突然涌水。

2 礦井涌水量構(gòu)成及預(yù)測(cè)

據(jù)礦井涌水量觀測(cè)資料，最大涌水量為22.55 m3/h，正常涌水量在17.6 m3/h左右。由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，投產(chǎn)初期礦井涌水量變化不大，大致保持在15 m3/h，前期形成的采空區(qū)積水不斷滲入坑道致涌水量增加，涌水量保持在21 m3/h左右，說(shuō)明采空區(qū)積水將是未來(lái)坑道充水的主要水源之一。礦區(qū)主要開采3號(hào)煤層，故本次采用兩種方法對(duì)3號(hào)煤層涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.1 富水系數(shù)法

噸煤富水系數(shù)是指某一煤礦開采1 t煤時(shí)排放的礦井水量[4]。計(jì)算公式為：

根據(jù)礦井歷年的實(shí)際涌水量和礦井原煤產(chǎn)量可求得本礦井噸煤富水系數(shù)（見表1）。當(dāng)2018-2022年原煤產(chǎn)量達(dá)90萬(wàn)t時(shí)，人們可以預(yù)測(cè)礦井正常涌水量為44.4 m3/h，最大涌水量為52.3 m3/h。

表1 盤龍煤礦2010-2012年噸煤富水系數(shù)

2.2 大井法

2.2.1 選用公式

式中，Q為礦井預(yù)計(jì)涌水量，m3/d；K為滲透系數(shù)，m/d；H為水柱高度，m；S為水位降深，m；M為含水層厚度，m；R為影響半徑，m；R0為引用影響半徑，m；r0為大井引用半徑，m。

2.2.2 參數(shù)的選擇及依據(jù)

根據(jù)礦井目前已形成的所有工作面和設(shè)計(jì)各工作面參數(shù)，結(jié)合三個(gè)水文孔的6次抽水試驗(yàn)，Plsh地層水位標(biāo)高采用距井田最近的20號(hào)水文孔水位標(biāo)高561.84 m，Pls地層采用20號(hào)孔水位標(biāo)高534.93 m，其他參數(shù)根據(jù)各地層抽水孔數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均法取位，詳情如表2所示。

表2 參數(shù)取值及涌水量結(jié)果

2.2.3 計(jì)算結(jié)果

采動(dòng)導(dǎo)水裂隙帶僅破壞二疊系下統(tǒng)山西組含水層涌水量預(yù)測(cè)：Q1=76.25 m3/h；采動(dòng)導(dǎo)水裂隙帶導(dǎo)通二疊系下統(tǒng)下石盒子組含水層涌水量預(yù)測(cè)：Q2=74.26 m3/h。

總涌水量Q總=Q1+Q2=76.25+74.26=150.51 m3/h。

綜合以上兩種方法，鑒于開采3號(hào)煤層導(dǎo)水裂隙帶大部分可導(dǎo)通下石盒子組含水層，故采用大井法預(yù)測(cè)結(jié)果，即未來(lái)5年內(nèi)礦井正常涌水量為76.25 m3/h，最大涌水量為150.51 m3/h（總用水量為分層組涌水量之和）。

3 結(jié)論

影響3號(hào)煤開采的地下水主要來(lái)自下石盒子底部砂巖裂隙含水層和山西組砂巖裂隙含水層，富水性弱，對(duì)礦井的影響有限。而下部的奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組碳酸鹽巖巖溶裂隙承壓含水層對(duì)礦井的影響較大。對(duì)比富水系數(shù)法及大井預(yù)測(cè)的結(jié)果，筆者認(rèn)為，未來(lái)5年內(nèi)礦井正常涌水量為76.25 m3/h，最大涌水量為150.51 m3/h。盤龍礦區(qū)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)采空積水和頂板導(dǎo)水裂隙帶滲水的防治，特別是老窯會(huì)成為煤礦淺部的巨大積水空間。因此，人們要重視封閉不良鉆孔的治理工作，及時(shí)封堵潛在的導(dǎo)水通道。