重慶田家煤礦水文地質(zhì)特征分析及涌水量預(yù)測(cè)

袁健華

摘要：以運(yùn)營(yíng)多年的重慶田家煤礦為例，在分析該礦井水文地質(zhì)特征基礎(chǔ)上，對(duì)該礦井的主要充水因素進(jìn)行了分析，并采用了“水平廊道法”對(duì)礦井用水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，與已有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較，其預(yù)測(cè)結(jié)果比較一致，為該礦井水害防治和安全生產(chǎn)提供了可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)特征;涌水量預(yù)測(cè);水平廊道法;重慶;田家煤礦

1.井田水文地質(zhì)特征

勘查區(qū)位于橫石溪背斜東段近東端，背斜軸部開闊，兩翼傾角較陡呈“箱狀”構(gòu)造，地表主要被三疊系下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）、大冶組地層覆蓋，二疊系大隆組（P3d）、長(zhǎng)興組（P3c）、吳家坪組（P3w）、孤峰組（P2g）、茅口組（P2m）、棲霞組（P2q）等地層在勘查區(qū)東、西兩側(cè)斜坡、河溝呈“天窗”式出露，地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，斷層稀少，F(xiàn)7雖然破壞了煤層，但富水性弱;橫石溪河、三溪河兩條長(zhǎng)年性河流切割煤層的標(biāo)高約190m～325m;勘查區(qū)主要可采煤層（C1）埋藏最低標(biāo)高為+200m，在最低侵蝕基準(zhǔn)面以上;巖溶（以垂直形態(tài)的落水洞、豎井）發(fā)育，規(guī)模較大，數(shù)量多;泉水流量變化大，現(xiàn)有生產(chǎn)礦井（含小煤礦）處在季節(jié)變化帶上，礦井巷道及廢棄老窯水流量不大，受大氣降雨量控制明顯，地下水埋藏較深。本次對(duì)ZK12、ZK13的P3c+P3w2層位和ZK13的P2m層位進(jìn)行了注水試驗(yàn)，P3c+P3w2層位單井涌水量q為0.0026383～0.004543（L/s·m），P2m層位單井涌水量q為0.00052903（L/s·m），q<0.1L/s·m，因此礦井頂板含水層（P3c）富水性中等，直接充水含水層（P3w2）富水性弱，底板直接充水含水層（P2g、P2m）富水性弱。綜上所述，勘查區(qū)水文地質(zhì)類型分為2類，勘查區(qū)主要以頂板、底板進(jìn)水為主，水文地質(zhì)條件中等的巖溶裂隙礦床，即“三類二型”?？辈閰^(qū)局部為頂、底板進(jìn)水為主，水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶裂隙礦床，即“三類三型”。

2.礦井充水因素分析

2.1含水層地下水對(duì)礦井充水的影響

采煤后頂板含水層（P3w）將通過(guò)導(dǎo)水裂隙下滲補(bǔ)給采空區(qū)成為采空區(qū)來(lái)水，是礦井充水的主要水源。P2g、P2m均為不均質(zhì)含水層，一旦揭穿石灰?guī)r中巖溶水時(shí)，儲(chǔ)存在溶洞、裂隙中的封閉型地下水將會(huì)突然潰入巷道。

2.2采空區(qū)、老窯水

原有廢棄井口關(guān)閉初期大都有水流出，現(xiàn)在這些棄廢老窯硐口均不再有水流出，分析可能有積水，現(xiàn)階段在正常情況下它對(duì)礦井生產(chǎn)不會(huì)構(gòu)成威脅，但礦井延深開拓到一定標(biāo)高以下時(shí)，將是礦井巷道充水水源之一，因此礦井在開采+900m標(biāo)高以上煤層時(shí)，隨時(shí)查清隔水邊界條件，切實(shí)做好探水和防水工作，僅防淺部地下水和采空區(qū)積水潰入礦井，特別是在強(qiáng)降雨季節(jié)。

2.3封閉不良鉆孔對(duì)礦井充水的影響

勘查區(qū)內(nèi)施工的鉆孔中可能出現(xiàn)個(gè)別鉆孔封閉效果不佳的現(xiàn)象，為此在礦井生產(chǎn)開拓至鉆孔附近時(shí)應(yīng)提前進(jìn)行探、防水工作，以免發(fā)生因鉆孔封閉質(zhì)量不佳而導(dǎo)致地表水或地下水潰入礦井的惡性事故。

2.4斷層對(duì)礦井充水的影響

勘查區(qū)內(nèi)有3條斷層破壞了煤層，其中f02為正斷層，斷層落差30m～40m，F(xiàn)7為逆斷層，落差50m～70m，f04為正斷層，斷層落差30m～40m，3條斷層均切割了煤層，且具有導(dǎo)水性。應(yīng)該指出的是，對(duì)于隔水的斷層，由于構(gòu)造應(yīng)力作用的影響，使其兩盤巖層，尤其是主動(dòng)盤巖層的裂隙充水空間相對(duì)發(fā)育，但使其本身的富水性增強(qiáng)，而且往往易構(gòu)成大氣降水和地表水對(duì)礦井產(chǎn)生充水或補(bǔ)給含水層后，又形成對(duì)坑道產(chǎn)生充水途徑的通道，對(duì)礦井造成充水威脅。

2.5“裂隙帶”對(duì)礦井充水的影響

基巖為高阻地質(zhì)體;由破碎帶、溶溝（槽）、溶洞構(gòu)成的巖溶地質(zhì)體。其電阻率明顯低于完整基巖，形成低阻帶;充水的疏松土體或土洞的電阻率低于不疏松土體，為低阻地質(zhì)體。因此該區(qū)域?yàn)閹r溶破碎帶，具有一定導(dǎo)水性。

2.6地表水對(duì)礦井充水的影響

勘查區(qū)東、西兩側(cè)有兩條長(zhǎng)年性溪溝切割煤層，其中三溪河切割煤層最高標(biāo)高約為370m，最低標(biāo)高約175m，橫石溪切割煤層最高標(biāo)高約為400m，最低標(biāo)高約186m，本次勘查工作儲(chǔ)量計(jì)算開采水平為+800m～+200m水平，由于兩條河流均遠(yuǎn)離勘查區(qū)，因此，在自然狀態(tài)下，兩條河流對(duì)未來(lái)礦井充水基本無(wú)影響。

2.7大氣降雨對(duì)礦井充水的影響

大氣降水是礦井充水的主要來(lái)源，只是補(bǔ)給途徑不同;或是由大氣降水補(bǔ)給老窯，再補(bǔ)給礦井;或是由巖層裂隙補(bǔ)給含水層，再補(bǔ)給礦井。

3.礦井涌水量預(yù)算

3.1預(yù)算范圍

本次涌水量計(jì)算范圍東至6勘探線，西至9勘探線，計(jì)算第一水平900m水平礦井涌水量，由于勘查區(qū)地下水位埋藏深，本次對(duì)ZK12、ZK13號(hào)兩個(gè)鉆孔共三層次注水試驗(yàn)（其中P3c+P3w2段2層次，P2m段1層次），對(duì)ZK17、ZK18、ZK19、ZK20共四個(gè)鉆孔的P3c+P3w2段共進(jìn)行了4層次單層水位觀測(cè)，再結(jié)合田家煤礦及周邊煤礦的水文資料進(jìn)行涌水量的計(jì)算。

3.2預(yù)算方法及結(jié)果

本次礦井涌水量預(yù)算采用水平廊道法（集水廊道法）預(yù)算第一水平（+900m）礦井涌水量。+900水平運(yùn)輸大巷布置在茅口組（P2m）石灰?guī)r含水層頂部，靠近C1煤層下伏隔水層

（P2g下部），故水平運(yùn)輸大巷涌水量基本上以茅口組（P2m）石灰?guī)r含水層上部一定范圍內(nèi)地下水單向補(bǔ)給為主。另因茅口組（P2m）石灰?guī)r含水層在礦區(qū)范圍內(nèi)未出露，深埋地下，地下水不受大氣降水影響，其水力類型屬于承壓水。本次對(duì)ZK13號(hào)鉆孔對(duì)茅口組（P2m）石灰?guī)r含水層進(jìn)行了注水實(shí)驗(yàn)，獲取了滲透系數(shù)“K”值及其他相關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)，所以選用地下水動(dòng)力學(xué)方法中的“承壓水向集水廊道運(yùn)動(dòng)的涌水量方程”預(yù)算水平運(yùn)輸大巷涌水量，其預(yù)算結(jié)果為擬建礦井水平運(yùn)輸大巷正常涌水量。計(jì)算公式為：

此外，本次工作通過(guò)2個(gè)水文年動(dòng)態(tài)觀測(cè)獲得了田家煤礦+1095m標(biāo)高水平茅口組（P1m）頂部運(yùn)輸大巷涌水量較大、較小值和一般值。且根據(jù)該礦歷年礦坑涌水量動(dòng)態(tài)觀測(cè)成果證實(shí)，茅口組（P1m）運(yùn)輸大巷涌水量變化除受大氣降水有一定程度影響外，主要與大巷掘進(jìn)長(zhǎng)度關(guān)系較為密切，兩者關(guān)系（涌水量、大巷長(zhǎng)度）近于成正比關(guān)系。因此又采用下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行預(yù)算。

按上列（2）式預(yù)算結(jié)果，為擬建礦井水平運(yùn)輸大巷之較小涌水量（亦可視為茅口組上部石灰?guī)r含水層地下水對(duì)水平運(yùn)輸大巷的正常充水量），用此值加上比擬礦井現(xiàn)采水平標(biāo)高1095m茅口組（P2m）運(yùn)輸大巷一般降水滲入量即為預(yù)算的擬建礦井茅口組（P2m）運(yùn)輸大巷涌水量一般值;加上比擬礦井現(xiàn)采水平標(biāo)高1095m茅口組（P1m）運(yùn)輸大巷較大降水滲入量即為預(yù)算的擬建礦井茅口組（P1m）運(yùn)輸大巷涌水量較大值。

根據(jù)本次田家煤礦礦井常觀資料分析，以及本次ZK12、ZK13兩個(gè)鉆孔的注水試驗(yàn)資料分析：勘查區(qū)未來(lái)礦井涌水量將會(huì)比現(xiàn)在田家煤礦礦井涌水量有較大的增加，因此建議未來(lái)礦井+900m水平正常涌水量采用水平廊道法計(jì)算的最大涌水。即正常涌水量15780m3/d，最大涌水量為31782m3/d。

4.結(jié)論

整個(gè)勘查區(qū)的巖溶分帶，共分為4個(gè)循環(huán)帶，即850m以上為垂直循環(huán)帶，800m～850m為季節(jié)性變動(dòng)帶，800m～140m為水平循環(huán)帶，140m以下為深循環(huán)帶。未來(lái)礦井開采的最低水平為+200m，因此，未來(lái)礦井的重點(diǎn)防治水工作分為兩個(gè)水平：一是+800m水平以上，重點(diǎn)防治雨季的井下流量增大，本次對(duì)田家煤礦主井長(zhǎng)觀收集資料也反映出雨季流量增大，井下流量最大的時(shí)間也是大暴雨之后。二是+200～+800m水平，該段劃分為水平循環(huán)帶，該帶也是突水事故發(fā)生的多發(fā)帶，因此礦井未來(lái)開采至此水平之間時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持有疑必探，先探后掘，防止突水事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹劍峰，遲寶明，王文科.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].科學(xué)出版社，2006.

[2]陳酩知，劉樹才，楊國(guó)勇.礦井涌水量預(yù)測(cè)方法的發(fā)展[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2009，6（01）：68-72.

[3]張盼，任金武，高家平.豫西郭村井田深部水文地質(zhì)特征及涌水量預(yù)算[J].西部資源，2018（04）：91-93.