修文縣灑坪煤礦礦坑涌水量預(yù)測(cè)

彭歡

摘要：通過(guò)收集資料、野外地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合地質(zhì)鉆探、抽水試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)等綜合方法，重點(diǎn)分析，全面兼顧，分析了修文縣灑坪煤礦礦床充水因素，包括充水水源和充水途徑，采用“大井法”預(yù)測(cè)了礦坑涌水量，并通過(guò)誤差分析比較，給出了礦井涌水量的合理取值，可作為礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)、安全生產(chǎn)設(shè)計(jì)的重要參考。

關(guān)鍵詞：灑坪煤礦；大井法；涌水量

貴州省修文縣灑坪鄉(xiāng)灑坪煤礦區(qū)位于貴州省修文縣灑坪鄉(xiāng)，地表水屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅地執(zhí)铀募?jí)支流匯水范圍；隨著煤礦的開(kāi)采，礦坑涌水問(wèn)題日漸增大，查明井田礦區(qū)水文地質(zhì)條件及礦床充水因素，對(duì)礦床水資源綜合利用進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，通過(guò)抽水試驗(yàn)對(duì)礦坑涌水量進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)礦坑涌水可能引發(fā)的不良問(wèn)題提出防治措施有重要參考意義。

1.礦區(qū)的水文地質(zhì)條件

貴州省修文縣灑坪鄉(xiāng)灑坪煤礦區(qū)位于新寨向斜水文地質(zhì)單元的南西部，處該水文地質(zhì)單元中地下水徑流區(qū)和排泄區(qū)邊緣。當(dāng)?shù)匾缘V區(qū)南西側(cè)貓?zhí)庸葹樽畹颓治g基準(zhǔn)面和排泄基準(zhǔn)面（標(biāo)高837.00m），據(jù)走訪(fǎng)調(diào)查，洪水淹沒(méi)標(biāo)高在839m～840m之間。

1.1地下水類(lèi)型

根據(jù)礦區(qū)內(nèi)分布的地層巖性、巖石含水性及富水程度、水質(zhì)特征等，可將礦區(qū)的地下水類(lèi)型分為巖溶水、基巖裂隙水和松散孔隙水三類(lèi)。

巖溶水主要埋藏于巖溶較發(fā)育的碳酸鹽巖石中，其分布很不均勻，在水平和垂直方向上變化均很大，受氣候、地質(zhì)等因素的影響，其分布具有分帶現(xiàn)象，巖溶水水質(zhì)變化小，礦化度低；在礦區(qū)，巖溶水主要賦存于中二疊統(tǒng)茅口組（P2m）含水層、上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興、大隆組（P3c+d）含水層、下三疊統(tǒng)夜郎組（T1y）含水層、下三疊統(tǒng)茅草鋪組（T1m）含水層中。

基巖裂隙水主要賦存于呈帶狀分布在區(qū)內(nèi)西部鹽井—煤洞灣—永家灣一帶分布的二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）粉砂巖、細(xì)砂巖夾泥質(zhì)灰?guī)r及煤層中。

孔隙水主要指第四系殘坡積粘土、砂質(zhì)粘土夾風(fēng)化殘積碎石塊中的地下水。

1.2含水層及其特征

1.2.1巖溶水含水層

①中二疊統(tǒng)茅口組（P2m）含水層。該含水層主要分布于楊橋～煤洞灣一線(xiàn)以西及大土～老凹洞一線(xiàn)以北，巖性為淺灰、灰、灰白色厚層至塊狀生物屑泥至微晶灰?guī)r，含少量燧石結(jié)核，局部見(jiàn)斑塊狀白云質(zhì)灰?guī)r。含大量巖溶水，地下水主要以巖溶管道水形式賦存及運(yùn)移，富水性中等，該含水層巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。②上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興、大隆組（P3c+d）含水層。該含水層巖性為灰、深灰色中～厚層含燧石結(jié)核微至細(xì)晶灰?guī)r，中部夾炭質(zhì)泥巖或薄煤層，灰、灰黃色泥巖及薄層硅質(zhì)巖間夾數(shù)層黃綠色凝灰質(zhì)泥巖，厚31m～47m。為含水層夾隔水層，總體視為含水層，含巖溶裂隙水，地下水主要以巖溶管道水形式賦存及運(yùn)移，富水性弱～中等。③下三疊統(tǒng)夜郎組（T1y）含水層。該含水層主要指中、上部淺灰、灰、深灰色中厚層泥至微晶灰?guī)r，層間時(shí)夾深灰色泥巖或泥質(zhì)薄膜，總厚260m左右，屬?gòu)?qiáng)含水層。底部為灰、深灰、淺灰綠色薄層泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)泥巖，偶夾灰色中厚層泥至微晶灰?guī)r，屬弱含水層，含大量巖溶水及少量基巖裂隙水，地下水主要以巖溶管道水和基巖裂隙水形式賦存及運(yùn)移，富水性總體中等。④下三疊統(tǒng)茅草鋪組（T1m）含水層。該含水層主要指礦區(qū)內(nèi)零星出露的灰色中厚層泥晶灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r，局部具白云巖化或?yàn)榘自茙r斑塊，出露殘留厚度30m～40m。含巖溶裂隙水，地下水主要以巖溶管道水形式賦存及運(yùn)移，富水性中等。

1.2.2基巖裂隙水含水層

該含水層主要指礦區(qū)內(nèi)呈帶狀分布于區(qū)內(nèi)西部鹽井—煤洞灣—永家灣一帶分布的二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M粉砂巖、細(xì)砂巖夾泥質(zhì)灰?guī)r及煤層。據(jù)鉆孔揭露在深部巖石處于中風(fēng)化至微風(fēng)化狀態(tài)，裂隙多為閉合型。據(jù)鄰區(qū)煤礦勘探資料，該層鉆孔單位涌水量0.001～0.05L/s×m，滲透系數(shù)0.011m/d～ 0.059m/d。據(jù)與本井田條件相似的永家灣LD11號(hào)礦井調(diào)查，采空區(qū)約0.01km2，從礦坑中流出水量平均為22.89m3/d。均說(shuō)明龍?zhí)督M具有含水量較差、透水性弱的特點(diǎn)。據(jù)1∶20萬(wàn)息烽幅區(qū)域水文地質(zhì)資料及周邊水文地質(zhì)普查資料，地下水逕流模數(shù)0.10L/s×km2～1.50L/s×km2，地下水化學(xué)類(lèi)型多為SO4-Ca型。

1.2.3松散孔隙水含水層

該含水層主要指第四系殘坡積粘土、砂質(zhì)粘土夾風(fēng)化殘積碎石塊，含少量第四系松散孔隙水，受季節(jié)性變化明顯。

1.3隔水層及其特征

隔水層主要指呈帶狀分布于區(qū)內(nèi)西部鹽井—煤洞灣—永家灣一帶分布的二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M中的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。為礦區(qū)內(nèi)M8和M9號(hào)煤層的頂?shù)装?，?jié)理裂隙不發(fā)育或弱發(fā)育，隔水性能較好，但經(jīng)采煤工程破壞后，隔水性能稍差，本次經(jīng)地下開(kāi)拓井巷和采空區(qū)調(diào)查，井巷處于干燥狀態(tài)，僅于井巷局部地段形成細(xì)小水流，水流量0.05L/s，井巷頂部發(fā)現(xiàn)2處極弱滲漏點(diǎn)，其水量極小，僅為0.002L/s～ 0.003L/s。

1.4斷裂帶水文地質(zhì)特征

礦區(qū)北西部沿煤洞灣至爛壩一線(xiàn)發(fā)育了2條斷層，造成了斷層下盤(pán)茅口組巖溶含水層與開(kāi)采煤層直接接觸；在礦區(qū)南東部，發(fā)育3條走向北東的斷層和1條走向北西的斷層，落差一般均在50m～100m，造成可采煤層與上、下巖溶含水層的煤層直接接觸或使斷層帶處隔水的巖層厚度變薄。個(gè)別斷裂帶地表發(fā)育成溶蝕溝谷和洼地，并沿?cái)鄬影l(fā)育了地下河，集中了礦區(qū)巖溶含水層中地下水沿?cái)嗔褞Ъ袕搅?。綜合分析可看出，這些斷層帶一般都具有張性特征，導(dǎo)水性較好。在未來(lái)開(kāi)采條件下，將成為含煤層上覆和下伏巖溶含水層中地下水向礦井充水的主要通道。

1.5地下水補(bǔ)給、徑流、排泄

礦區(qū)處在新寨向斜的南東翼，受地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地形地貌條件控制，新寨向斜北西及南東翼以二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M相對(duì)隔水層為邊界，北東部以地下分水嶺為界、南西側(cè)貓?zhí)訛榈叵滤判惯吔?，?gòu)成一個(gè)較為完整的水文地質(zhì)子單元。井田區(qū)地下水的補(bǔ)給主要來(lái)源于兩個(gè)方面，一是井田區(qū)范圍內(nèi)大氣降水向地下的直接入滲，二是來(lái)自水文單元上游地帶含水層中地下水的側(cè)向補(bǔ)給；接受補(bǔ)給后，在地形地貌和自身重力作用下總體從北東向南西徑流；最終以礦區(qū)南西側(cè)貓?zhí)庸葹樽畹颓治g基準(zhǔn)面和排泄基準(zhǔn)面（標(biāo)高837.00m）排泄。

1.6礦床充水因素分析

1.6.1充水水源

（1）直接充水水源。二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M為含煤地層，含煤層成為未來(lái)礦坑的直接充水層位，該層中所含的基巖裂隙水為礦坑直接充水水源。

（2）間接充水水源

①地下水。井田區(qū)含煤地層上覆長(zhǎng)興組至夜郎組（P3c+T1y）、下伏二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）均為含水豐富的巖溶含水層。為研究上述巖溶含水層對(duì)未來(lái)礦坑充水的可能性，根據(jù)礦區(qū)內(nèi)主要可采煤層厚度、賦存情況、頂?shù)装搴穸鹊?，采用《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》（GB12719-91）中附錄估算未來(lái)開(kāi)采中礦坑頂板冒落帶、導(dǎo)水裂隙高度，根據(jù)煤層底板巖性及厚度和可采煤層隔水底板厚度、巖性，采用比擬法評(píng)價(jià)底板突水的可能性。

a.含煤層上覆長(zhǎng)興組至夜郎組玉龍山段（P3c+T1y）中地下水向礦井充水的可能性評(píng)價(jià)。通過(guò)估算，礦區(qū)統(tǒng)計(jì)M9煤層平均厚度2.04m，計(jì)算時(shí)取礦井平均高2.5m參與計(jì)算。計(jì)算結(jié)果，頂板冒落帶高10m，導(dǎo)水裂隙帶厚度小于40.31m，而實(shí)際上井田區(qū)M9煤層頂距離巖溶含水層P3c底板距離M8號(hào)在68m～78m，遠(yuǎn)大于冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶厚度，因此，在沒(méi)有斷層構(gòu)造通道條件下，上覆巖溶含水層中地下水不會(huì)成為礦井充水的直接充水水源。

b.含煤層下伏二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）中地下水向礦井充水的可能性評(píng)價(jià)。礦區(qū)內(nèi)茅口組（P2m）地下水位埋藏深度大，位于井田西側(cè)的ZK405號(hào)孔孔口標(biāo)高1335.0m，鉆進(jìn)深度在357m（標(biāo)高978m）揭露茅口組灰?guī)r，巖石中溶蝕裂隙發(fā)育，孔內(nèi)漏水，終孔時(shí)水位埋深在369m（966m）以下，低于茅口組頂板，因此，礦區(qū)未來(lái)開(kāi)采條件下，產(chǎn)生茅口組地下水向礦井充水的可能性小。

②大氣降水。大氣降水是礦區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，地下水接受補(bǔ)給后，可通過(guò)采空塌陷帶、導(dǎo)水裂隙帶及突水帶間接或直接進(jìn)入礦坑，對(duì)礦床進(jìn)行充水。

③地表水。井田區(qū)的地表水水源主要為井田區(qū)西側(cè)的貓?zhí)樱嗑镂鞑窟吔缱罱鼮?00m。而礦區(qū)西部巖層主要為碳酸鹽巖，巖溶及裂隙發(fā)育，貓?zhí)雍哟苍诰锔浇鼧?biāo)高為837m，井田最低開(kāi)采標(biāo)高500m，因此，未來(lái)開(kāi)采中，若開(kāi)采標(biāo)高在840m以上，貓?zhí)雍铀粫?huì)成為礦井充水水源；開(kāi)采標(biāo)高在840m以下時(shí)，貓?zhí)雍铀赡芡ㄟ^(guò)巖溶管道或裂隙對(duì)礦坑造成突水的威脅。

④老窯積水。井田區(qū)沿煤層露頭地帶有較多已停采的老窯，采空區(qū)已積水，成為未來(lái)開(kāi)采中向礦區(qū)充水水源之一。

1.6.2充水途徑

（1）天然途徑。井田區(qū)天然充水途徑主要為斷層帶。區(qū)內(nèi)斷層破壞了巖體的完整性和連續(xù)性，造成了含煤層上覆長(zhǎng)興～玉龍山巖溶含水層與可采煤層間隔水層厚度減薄，部分地帶甚至“對(duì)接”，沿?cái)鄬訋Оl(fā)育了地下河，成為直接和間接充水層中地下水向礦井充水的天然通道。

（2）人為充水途徑。人為充水途徑為未來(lái)礦山開(kāi)采中礦井井巷頂板冒落導(dǎo)致的導(dǎo)水裂隙，溝通上覆含水層，成為人為造成的含水層中地下水向礦井充水的通道。

2.礦井涌水量預(yù)測(cè)

2.1抽水試驗(yàn)

在勘探過(guò)程中，布置了ZK103作為水文地質(zhì)抽水試驗(yàn)孔，試驗(yàn)孔位置位于礦區(qū)南側(cè)實(shí)測(cè)B-B′剖面上。根據(jù)抽水試驗(yàn)成果，結(jié)合滲透系數(shù)計(jì)算公式得出，滲透系數(shù)K=0.00108m/d。

2.2涌水量預(yù)測(cè)

井田首采區(qū)位于井田中部1線(xiàn)至3線(xiàn)之間，處水文地質(zhì)單元的地下水徑流區(qū)，為一不完整的水文地質(zhì)系統(tǒng)，面積1.8km2，按首采區(qū)面積及煤層產(chǎn)狀先期開(kāi)采設(shè)計(jì)水平為950m。充水含水層上覆和下伏均為含水性和透水性差的隔水層，天然條件下地下水動(dòng)力特征為承壓水。根據(jù)開(kāi)采條件下地下水流場(chǎng)概化結(jié)果，用解析法及比擬法預(yù)算首采區(qū)未來(lái)先期開(kāi)采水平礦井的正常涌水量和最大涌水量。

2.2.1解析法

3.礦井涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

以上采用兩種方法對(duì)首采區(qū)礦井涌水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)計(jì)算，結(jié)果較接近。但由于老礦井原地下水位資料不能取得，在采用比擬法預(yù)測(cè)計(jì)算中，計(jì)算模型未考慮地下水位下降因素，是不恰當(dāng)?shù)模瑢?dǎo)致計(jì)算的結(jié)果偏小，可信度相對(duì)較差。而解析法是在基本查明首采區(qū)的水文地質(zhì)條件，進(jìn)行了水文地質(zhì)模型概化的基礎(chǔ)上的計(jì)算模型，不但考慮了首采區(qū)的范圍、地下水補(bǔ)給條件，也考慮了水位下降因素，計(jì)算的結(jié)果可信度較高。

應(yīng)說(shuō)明，以上的預(yù)測(cè)是在未考慮含煤層上覆巖溶含水層中地下水通過(guò)斷層帶向礦井充水的條件下進(jìn)行的，如果未來(lái)開(kāi)采中造成巖溶水特別是長(zhǎng)興～夜郎組中發(fā)育的暗河沿?cái)鄬訋虻V井突水，則礦井涌水量將遠(yuǎn)大于預(yù)測(cè)水量。

4.結(jié)論

（1）本次分別采用解析法及比擬法預(yù)算了首采區(qū)未來(lái)先期開(kāi)采水平礦井的正常涌水量和最大涌水量，根據(jù)兩種礦坑涌水量計(jì)算及其結(jié)果比較，建議采用解析法。

（2）根據(jù)開(kāi)采設(shè)計(jì)方案第一開(kāi)采水平950m，估算出礦區(qū)礦井涌水量較大，（解析法：正常涌水量為2411.7m3/d，最大涌水量為8248m3/d；比擬法：正常涌水量為1864.8m3/d，最大涌水量為6375.6m3/d）。該涌水量變化受季節(jié)影響較大，應(yīng)適時(shí)地監(jiān)測(cè)其變化。

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