煤礦充水因素評價及涌水量預(yù)測

任文華

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

0 引言

煤礦生產(chǎn)安全性與其水文地質(zhì)的探測情況息息相關(guān)，隨著煤礦綜采工作面的不斷推進，對應(yīng)的水文地質(zhì)情況在一定的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)為相對變化的情況，甚至?xí)霈F(xiàn)礦井水涌出量增大的情況，在此情況下需要采取更加有效的治理措施以保證煤礦生產(chǎn)的安全性[1]。本文將結(jié)合實踐生產(chǎn)對煤礦的充水因素進行綜合分析，并對整個煤礦的涌水量進行綜合全面的分析，為今后煤礦生產(chǎn)過程中礦井水的治理提供理論依據(jù)。

1 煤礦水文地質(zhì)分析

以某煤礦實際生產(chǎn)為例，該煤礦的開拓方式為斜井，生產(chǎn)能力為1.2 Mt/a，目前工作面采用綜采模式生產(chǎn)。經(jīng)探測，該煤礦工作面煤層厚度為7 m，而且整體煤層埋藏在了相對較淺的區(qū)域；在其水文地質(zhì)條件方面，該工作面涌出的水主要來源于三個區(qū)域，分別為北部的常家溝、中部的敖包溝以及西部的塔溝，各個區(qū)域所涌出的水量占比分別為15.9%、71.8%和12.3%。此外，基于上述三個涌水區(qū)域，對應(yīng)工作面含有三個含水層，分別如表1 所示：

表1 煤礦含水層名稱及相關(guān)參數(shù)

除了涌水層和含水層外，該煤礦還包括有兩個隔水層，分別為中更新黃土隔水層和新近系紅土隔水層。其中，中更新黃土隔水層的最大厚度可達79.5 m；新近系紅土隔水層的最大厚度可達90 m。

2 煤礦充水因素分析

在最近一次生產(chǎn)中，在某工作面出現(xiàn)了一次出水事故，據(jù)統(tǒng)計整個過程的最大涌水量可達300 m3/h；情況發(fā)生后，相關(guān)技術(shù)人員組織了救援人員解決現(xiàn)場的涌水情況，在經(jīng)過15 h 的搶救后，將該工作面的涌水量控制在100 m3/h，并保持了相對穩(wěn)定的狀態(tài)。為全面掌握該煤礦的涌水情況，結(jié)合現(xiàn)場所采集的數(shù)據(jù)并聯(lián)合相應(yīng)的充水條件及因素進行綜合分析。

2.1 煤礦充水條件分析

相關(guān)理論證實了，在煤礦工作面的導(dǎo)水裂隙帶是造成工作面涌水量超標(biāo)的主要因素[2]。因此，為了確保后續(xù)所采取的治理涌水的措施有效，需要對工作面導(dǎo)水裂隙帶的參數(shù)進行分析。針對導(dǎo)水裂隙帶分析需求，根據(jù)現(xiàn)場條件布置了兩個高探測孔，分別位于如下位置：1#探測孔位于距離終采線的852 m 的位置；2#探測孔位于距離終采線的205 m 的位置?；谏鲜鰞蓚€探測孔對該工作面的導(dǎo)水裂隙帶參數(shù)進行探測，并得出如表2 所示的結(jié)果：

表2 導(dǎo)水裂隙帶探測結(jié)果

基于表2 中所探測的導(dǎo)水裂隙帶的參數(shù)，結(jié)合相關(guān)理論計算公式得出，該所研究煤礦工作面的導(dǎo)水裂隙帶的高度為61.25 m，冒落高度為25.35 m。

2.2 煤礦充水因素評價

在上述對煤礦工作面充水條件分析的基礎(chǔ)上，為了能夠為后續(xù)涌水治理過程中提供多種措施的優(yōu)先級，本節(jié)基于層次分析法對影響涌水情況的各種進行排序分析。得出如表3 所示的判斷矩陣。

表3 基于層次分析法對各影響充水指標(biāo)權(quán)重的排序結(jié)果

結(jié)合表3 中各影響因素及其對應(yīng)的權(quán)重值得出了影響煤礦涌水量的關(guān)鍵第一條件為通道因素，第二個關(guān)鍵條件為該煤礦本身的水位地質(zhì)條件中的富水性。因此，在對煤礦水文進行治理時，因主要針對通道和水文地質(zhì)條件的富水性提出改進措施[3]。

3 煤礦涌水量預(yù)測

在煤礦充水條件及因素綜合分析的基礎(chǔ)上，還需掌握對其涌水量進行預(yù)測才能夠提前選擇有效的預(yù)防措施[4]。在煤礦涌水量預(yù)測層面，對該煤礦了最近七年的涌水量結(jié)果進行匯總，并以此為基礎(chǔ)得出本年度的平均涌水量。本煤礦最近7 年的涌水量匯總結(jié)果如表4 所示：

表4 最近7 年用水量觀測結(jié)果

分析表4 可知，該煤礦本年度的平均涌水量可以粗略估計為292 m3/h。

3.1 礦井涌水量預(yù)測條件分析

結(jié)合表4 中該煤礦最近7 年的涌水量，并基于大井法和比擬法對本年度礦井的涌水量進行預(yù)測。在實際預(yù)測為了保證最終預(yù)測的準(zhǔn)確性，需要綜合考慮以下因素：

1）針對該煤礦本年度涌水量的預(yù)測需求，僅分析該煤礦導(dǎo)水裂隙帶的正常涌水，針對其意味涌水情況忽略不計。

2）此外，不考慮該煤礦地表水的異常突水情況對涌水結(jié)果造成的影響，僅僅針對該煤礦基巖段進行分析[5]。

3.2 基于大井法預(yù)測煤礦的涌水量預(yù)測

根據(jù)本煤礦的現(xiàn)場實際條件，并基于計算公式（1）對煤礦的用數(shù)量進行預(yù)測。

式中：K 為滲透系數(shù)；H 為水柱高度，m；M 為含水層厚度，m；h 為剩余水柱高度，默認(rèn)剩余水柱高度為0；R0為引用影響半徑；r0為影響半徑。

在對該煤礦地質(zhì)水文條件初步探測的基礎(chǔ)上，僅對風(fēng)化基巖和正常基巖的涌水情況進行預(yù)測。根據(jù)兩處基巖的參數(shù)如表5 所示，分別得出對應(yīng)的涌水量結(jié)果。

表5 煤礦涌水量預(yù)測結(jié)果

如表5 所示，由于風(fēng)化基巖所導(dǎo)致的平均涌水量為250 m3/h，由于正?；鶐r所導(dǎo)致的平均涌水量為212 m3/h；則，該煤礦的平均涌水量為462 m3/h。最大涌水量與正常涌水量按照1.5 倍的關(guān)系換算，可以估計出最大涌水量693 m3/h。

4 結(jié)語

煤礦安全生產(chǎn)與其水文地質(zhì)條件息息相關(guān)。因此，在實際生產(chǎn)中需全面、精準(zhǔn)的掌握煤礦的水文地質(zhì)條件，并根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)對涌水量的預(yù)測，為后續(xù)制定涌水治理措施提供支撐。

1）該所研究煤礦工作面的導(dǎo)水裂隙帶的高度為61.25 m，冒落高度為25.35 m。

2）影響煤礦涌水量的關(guān)鍵第一條件為通道因素，第二個關(guān)鍵條件為該煤礦本身的水位地質(zhì)條件中的富水性。

3）基于大井法得出，該煤礦的正常涌水主要考慮風(fēng)化基巖和正常基巖，由于風(fēng)化基巖所導(dǎo)致的平均涌水量為250 m3/h，由于正常基巖所導(dǎo)致的平均涌水量為212 m3/h；則，該煤礦的平均涌水量為462 m3/h，對應(yīng)的最大涌水量693 m3/h。