煤矿水文地质特征分析及矿井涌水量预测

张林华 刘明

摘 要：近些年来，矿井涌水一直影响着煤矿生产安全，对其构成了极大的威胁。因此，加强对煤矿水文地质特点的分析及矿井涌水预测极为重要。文章主要是对煤矿的水文地质特点进行了分析探究，并对矿井涌水量进行了预测，以此帮助有效提升煤矿开采生产的安全性及高效性，进一步促进此领域的发展。

关键词：煤矿；水文地质特点；矿井涌水量

矿井涌水量主要是指：在单位时间内，矿山建设及生产活动中井巷中所涌入的水量。涌水量数据可作为矿井防治水方案制定的主要参考依据，也可借助其对矿井生产安全性进行判定。因此，加强对矿井涌水量的预测极为重要。

一、煤矿水文地质特点分析

（一）煤矿水文地质特点概述。煤矿内部可被分为：新生界松散层孔隙含水层、太原组奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层及二叠系主采煤层砂岩裂隙含水层。

其中新生界松散层孔隙含水层可被分为一、二、三、四组，第四组是直接覆盖于煤系上的。而前三层含水层均相应分布于第一、二、三隔水层上。主要的组成部分为粘土、钙质粘土等，分布极为稳固化，具有极强的隔水性。特别是第三隔水层，其主要组成为灰绿色粘土，厚度大，隔水性好。

而二叠系砂岩裂隙含水层的主要组成为：粉砂岩、砂岩、泥层等，对应划分的隔水层为4个，即1～2、4～6煤隔水层段；8煤下铝质泥岩隔水层及10煤下海相泥岩的隔水层，其隔水性均较佳。

（二）充水因素分析。（1）大气降水。大气降水主要是补给新生界松散层孔隙含水层，通常由于受到多种因素的影响，大气降水下渗至煤系含水层的难度较大。另外，在新生界松散含水层中下部分布隔水性极强的第三隔水层，在其作用之下，大气降水与煤系含水层之间的关联度不高。（2）断裂构造对矿产充水的影响。大部分煤矿内的断层处于天然状态中时，其富水性、导水性较弱。在井巷施工中，将断层穿通，断层裂隙带地下水会进入至煤矿内，只是其水量不是很大。但是由于天然平衡的状态已遭到破坏，断层的导水性相应增大。当主采煤层与富水层“对口”、“沟通”时，便极有可能产生突水状况。（3）石灰岩岩溶裂隙水。在正常状况下，太原组及奥陶系石灰岩岩溶裂隙水并不会对开采10煤层造成直接性的充水影响。但是在遭遇了断层、陷落柱时，煤层及灰岩开始对口接触或是两者之间的距离缩短，则会对矿坑产生直接充水影响，或是使得巷道出现底鼓，成为间接充水含水层。（4）新生界松散孔隙水。新生界松散含水层系统下方的第四含水层主要覆盖于煤系地层的上方，主要是一些浅部地区。第四含水层在经过基岩丰富裂隙带后会给煤系含水层带来一些补给量。另外，由于受到煤矿开采的影响，采空区塌陷裂隙极有可能进入至第四含水层中，从而使得其与煤系含水层之间的水力关联性得以增强，该含水层为间接的充水含水层。

二、矿井涌水量预测

（一）计算方式的选取。在矿坑疏干中，如果矿坑涌水量状态较为稳定时，便可认为是：将矿坑作为中心所形成的地下水辐射流场满足稳定井流的条件。由于矿坑形象具有不规则性，特别是坑道系统的分布范围极广，因此构建出了一个较为复杂化的边界，需对其做理想化处理。站在理论角度上看，可将复杂形状的坑道系统作为一个工作大井。而不规则的坑道系统所圈定的面积则可当做大井面积，那么整个系统涌水量与大井涌水量数值较为接近，可采用稳定流基本方程进行涌水量的计算。此种方式也被称为大井法。主要的计算方式是运用坑道系统长度（A）及宽度（B）大小去确定引用半径R，再运用大井法对涌水量进行预测。

（二）计算方式。对于矿坑涌水量可选用承压转无压水的方式，即：Q=1.366K（2H-M）M-h0/lgr0-lgR0。在此公式中：Q代表的是拟建新矿井的涌水量（m3/d）；而K所代表的是渗透系数（m/d）；H代表的是承压水由井底开始计算的水头高度（m）；M主要是指承压含水层的厚度值（m）；R0代表的是引用半径值（m）；r0则为引用影响半径（m）；h0即指自含水层底板开始计算的井中动水位高度。

（三）水文地质比拟法。水文地质比拟法的计算公式是：Q=Q0/F0·F。在此公式中，Q所代表的是今后矿井先期开采地的涌水量预测（m3/d）；而Q0所代表的是与矿区水文地质特点较为相似的相邻煤矿涌水量（m3/d），所选用的是雨旱两季的平均排水量；F0则代表着相邻煤矿矿井的回采面积（m2），此数值的获取由计算图上运用求积仪得出。F所代表的是预算地域的面积（m2），将块段边界作为依据，在计算图上运用求积仪获取。

（四）预测结果分析。针对一些水文地质条件较为简单化的矿区，在矿井涌水量预测中运用大井法较为适宜。但是“大井法”属于地下水动力学的理想模型，其相关计算公式的应用范围局限于一些均质、各向同性含水层，对于一些裂隙含水带不可完全均质、各向同性，在代入计算时只可将其作为均质层，获取到渗透系数等。另外，由于计算中对水头、井中动水位、含水层厚度所选用的常量数据在抽水中均会产生一定的变化。因此最终预测出的结果与实际相比会存在较大的误差。再加上含矿破碎带的含水带属于弱含水带，在勘探揭露时的涌水量偏大，之后会开始逐渐降低。在矿床充水的初期主要为静储量，越向深处挖掘，水量不仅不会增大，反而会逐渐减小。因此最终所预测计算出的结果与实际相比差异较大。因此，在矿坑涌水量的预测中，需注意对各相关影响因素充分全面分析，促使预测结果无限接近实际，为煤矿生产的安全性提供助力。

三、结语

对矿井涌水量及其水文地质特点进行充分分析研究，可帮助更好的确保煤矿开采工作的安全性及效率，为煤矿事业的良好发展提供助力。在本次研究中，主要是对矿井涌水量预测的两种方式：大井法、水文地质比拟法进行了探究。结果表明，大井法的应用范围较为局限化，水文地质比拟法的预测结果较为准确化。不过应注意的是，无论是选用何种方式，均需做到对相关影响因素充分考量。

参考文献

[1] 黄继，曾玉林，陈欧等.某煤矿区水文地质特征分析及矿井涌水量预测[J].地下水，2015（2）.

[2] 任宝良.红岭煤矿水文地质特征分析及矿井涌水量预测[J].煤炭工程，2012（4）.

作者簡介：张林华，云南铭立隆地质矿产有限公司。