“大井法”在郭屯煤礦礦井實(shí)際涌水量計(jì)算中的運(yùn)用

張業(yè)智

（山東省煤田地質(zhì)局規(guī)劃勘察研究院，山東 泰安 271000）

1 基本概況

郭屯井田位于山東省菏澤市鄆城縣，井田內(nèi)地層自下而上分為：奧陶紀(jì)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、下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組、新近系及第四系。主要含煤巖系為太原組和山西組。

井田內(nèi)的主要含水層為：第四系下組、新近系底部砂礫層孔隙含水層，侏羅系上統(tǒng)砂礫巖裂隙承壓含水層，3煤層頂、底板砂巖裂隙含水層，太原組三灰?guī)r溶裂隙含水層，十下灰?guī)r溶裂隙含水層，奧陶系灰?guī)r為含煤地層基底含水層，屬?gòu)?qiáng)含水層。其中，3煤層頂、底板砂巖和太原組三灰是開(kāi)采上組煤的直接充水含水層；十下灰為開(kāi)采下組煤的直接充水含水層，奧灰為開(kāi)采下組煤的間接充水含水層。

井田內(nèi)的主要隔水層為：新生界地層中的粘土、砂質(zhì)粘土層，侏羅系泥巖、粉砂巖，上石盒子組泥巖、下石盒子組雜色泥巖、粉砂巖，太原組泥巖、粉砂巖及本溪組鐵鋁質(zhì)泥巖等，它們大都與含水層相間沉積，阻隔了含水層間的水力聯(lián)系。

郭屯煤礦東起田橋斷層及田橋支斷層，西至煤系地層底界露頭，南起3925000緯線，北至25勘探線。東部田橋斷層落差大于500m，西升東降，使井田內(nèi)的煤系含水層與對(duì)盤(pán)的二疊系地層對(duì)口，對(duì)盤(pán)無(wú)強(qiáng)含水層，因此可能是阻水邊界。西部煤系地層底界露頭，為補(bǔ)給邊界。南北均為人為技術(shù)邊界，視為補(bǔ)給邊界。因此井田邊界水文地質(zhì)條件為：東部為阻水邊界，西部、南部、北部為補(bǔ)給邊界。

2 郭屯煤礦礦井實(shí)際涌水量

2.1 建井期間

建井期間，2006年之前礦井涌水量一般小于50m3/h，2006～2008 年涌水量在 100～200m3/h（2007年礦井處于建設(shè)時(shí)期，沒(méi)有形成統(tǒng)一的礦井水量觀測(cè)記錄）,自2009年以來(lái)，隨著巷道掘進(jìn)和工作面的開(kāi)拓，3煤頂?shù)装迕娣e增大，頂板斷層水和淋水點(diǎn)增多，涌水量逐漸增大，2009年12月涌水量增大到424m3/h。

圖1 建井期間礦井涌水量歷時(shí)曲線圖

2.2 生產(chǎn)期間

礦井生產(chǎn)期間涌水量大約在500m3/h 左右，2010年至2013年5月的涌水量見(jiàn)圖2。

圖2 2010～2013年5月礦井涌水量歷時(shí)曲線圖

礦井2010～2013年5月的涌水量極值及正常涌水量見(jiàn)表1。

表1 2010～2013年5月平均涌水量及極值 （m3/h）

上述涌水量不包括上石盒子組砂巖水水量。上石盒子組砂巖水水量為建井期間殘留水量，以M4、M5砂巖含水層水量為主，初期巷道總水量約320m3/h,其中M4、M5含水層水量為260m3/h，其他為頂?shù)装迳⑺唤?jīng)過(guò)多年疏放，目前巷道總水量為194.8m3/h,其中M4、M5水量103m3/h。兩含水層下距開(kāi)采煤層（3煤）213～235m，對(duì)煤層開(kāi)采沒(méi)有影響。上石盒子組砂巖水的封堵工作已完成招標(biāo)等事項(xiàng)，近期將組織施工。預(yù)計(jì)封堵后水量將減少160～180m3/h。從圖2可以看出，2010～2013年5月礦井涌水量總體較穩(wěn)定，但有3個(gè)時(shí)間段涌水量波動(dòng)較大，具體情況及原因分析如下：

（1）2010年12月～2011年4月涌水量出現(xiàn)第一次峰值，這是因?yàn)椋孩匐S著巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度的增加、含水層揭露面積的增大，突水點(diǎn)增多。②2010年底1301工作面底板三灰突水，突水量最大達(dá)280m3/h。以上原因使礦井涌水量增大。2011年年中以后，由于礦井對(duì)主副井和大巷出水點(diǎn)進(jìn)行了注漿堵水，取得了良好效果，且井下探放水對(duì)3砂、三灰等主要充水含水層進(jìn)行了大規(guī)模疏放，因含水層的補(bǔ)給有限，靜儲(chǔ)量減小，所以礦井涌水量出現(xiàn)了較大的下降。（2）2011年8～11月，礦井涌水量增大。主要原因?yàn)椋孩?303工作面對(duì)3煤頂?shù)装迳皫r和三灰放水。②2011年9月9日，1308工作面K12點(diǎn)（距下出口90m）發(fā)生頂?shù)装迳皫r突水，水量最大達(dá)246m3/h。③2011年10月9日，1301工作面推采434m處發(fā)生頂?shù)装迳皫r突水，水量最大達(dá)150m3/h。以上原因，導(dǎo)致礦井涌水量增大。

（3）2012年10月由于礦井探放1310工作面3砂水、三灰水，導(dǎo)致礦井涌水量增大。

3 礦井實(shí)際涌水量構(gòu)成分析

建井期間礦井涌水量主要由井筒和大巷的石盒子組砂巖水構(gòu)成，生產(chǎn)階段礦井涌水量由3煤層頂板砂巖水、三灰水構(gòu)成。以最近的礦井涌水量構(gòu)成情況看：3煤層頂板砂巖水占40.6%、三灰水占59.4%。

4 礦井涌水量預(yù)計(jì)

本井田目前開(kāi)采一采區(qū)3（3下）煤層，未來(lái)仍然開(kāi)采3（3下）煤層，開(kāi)采范圍仍然在一采區(qū)。根據(jù)充水因素分析，3下煤層頂?shù)装迳皫r和三灰為直接充水含水層。本次分別預(yù)計(jì)其涌水量。

4.1 3砂涌水量預(yù)算

（1）參數(shù)選擇：井田內(nèi)有J-12、J-17、B1-3孔對(duì)3砂抽水，對(duì)其成果和抽水過(guò)程分析可知，抽水曲線正常，其成果可作為涌水量計(jì)算依據(jù)。故3砂涌水量計(jì)算采用J-12、J-17、B1-3孔抽水成果的平均值。開(kāi)采水平為-808m，其參數(shù)如下：

開(kāi)采水平：h=-808m；

B1-3孔實(shí)測(cè)靜水位：h'=-270.03m；

水位降深：S=|h|-|h'|=808-270.3=537.97m；

J-12、J-17、B1-3孔最大滲透系數(shù)平均值：K=0.0109m/d；

3砂平均厚度：M=28.28m；

引用半徑r：

式中：

P-揭露范圍周長(zhǎng)，18.5km。

引用影響半徑R：

（2）計(jì)算方法：大井法承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓公式

將參數(shù)代入公式得：

4.2 三灰涌水量預(yù)算

本次報(bào)告利用J13、J17、B7-1孔的抽水試驗(yàn)資料和一采區(qū)井下探放水孔G3#的觀測(cè)數(shù)據(jù)(L2、L4孔位于四、五采區(qū)，本次不采用)，采用大井法承壓公式預(yù)計(jì)三灰涌水量。

（1）參數(shù)選取

開(kāi)采水平：h=-808m；

井下G3#三灰觀測(cè)孔觀測(cè)的水位：h'=-400.3m；

水位降深：S=|h|-|h'|=808-400.3=407.7m；

J-13、J-17、B7-1孔最大滲透系數(shù)平均值：K=0.1138m/d；

三灰平均厚度：M=5.81m；

引用半徑r：

式中：

P-揭露范圍周長(zhǎng)，18.5km。

引用影響半徑R：

（2）計(jì)算方法：選擇大井法承壓水公式

Q三灰=2.732KMS/（lgR-lgr）

（3）結(jié)論：將參數(shù)代入公式得：

Q三灰=4332.02m3/d=180.50m3/h

故礦井的正常涌水量：

Q=Q3砂+Q三灰=248.54+180.50=429.04m3/h，根據(jù)2010年～2013年5月礦井實(shí)測(cè)資料，礦井最大涌水量為正常涌水量的1.1～1.2倍，為保證安全，取1.5倍，即Qmax=1.5Q=643.56m3/h。

5 礦井涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)述

本次預(yù)計(jì)正常涌水量為429.04m3/h，小于礦井2010年～2013年5月的正常涌水量453～543.6m3/h（不包括上石盒子組砂巖水涌水量）。分析原因如下：礦井2005年10月開(kāi)工建設(shè)，2010年3月正式投產(chǎn)，含水層處于剛揭露階段，涌水量大。3砂水、三灰水以靜儲(chǔ)量為主，隨著礦井工作面的揭露和探放水工程的實(shí)施，3砂水、三灰水靜儲(chǔ)量將大大減小，由于補(bǔ)給條件差，未來(lái)3砂水、三灰水正常涌水量會(huì)逐漸減小。

本次預(yù)計(jì)的礦井涌水量中不包含上石盒子組砂巖水，上石盒子組砂巖水以M4、M5砂巖含水層水量為主，經(jīng)過(guò)多年的疏放已衰減，正準(zhǔn)備封堵。封堵后，上石盒子組砂巖含水層的涌水量將大大減小，故本次報(bào)告預(yù)計(jì)正常涌水量時(shí)不再考慮上石盒子組砂巖水。

此外需要指出的是，根據(jù)煤田勘探與礦井開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，3砂與三灰的富水性極不均一，一般淺部或斷層附近，富水性較強(qiáng)，礦井涌水量較大。另外初揭含水層時(shí)，礦井涌水量較大，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的疏排后，涌水量逐漸變小，并趨于正常涌水量。因此，在斷層附近或初揭含水層時(shí)，應(yīng)充分做好防排水及探放水工作，以防發(fā)生突水災(zāi)害。