大段家矿井水文地质条件及矿井涌水量预测

于光辉 李玫

摘 要：分别利用抽水试验和流量测井及抽水试验和流量测井全孔综合方法取得的水文地质参数估算井筒涌水量。研究表明大段家矿井应采用抽水试验取得的参数来估算井筒涌水量，可以作为井筒设计与施工的参考依据。估算大段家矿井涌水量分别为主井井筒72.48m3/h，副井井筒286.05m3/h，风井井筒31.06m3/h。由于在井筒开挖深度以下有部分邻近含水层的参与，因此根据抽水试验计算的井筒涌水量比实际井筒涌水量大，后期在井筒设计时应当注意和重视。

关键词：水文地质；涌水量预测；大段家矿井

在保证煤矿开采的同时，煤矿区生产的安全也应被放在首要地位。保障煤炭工业可持续发展，除了对煤与瓦斯突出、井下工程事故等加以防范外，矿井水突出问题也尤为重要[1-3]。能否准确地预测矿井涌水量非常重要，对煤矿开采引起的矿井涌水量预测进行研究具有重要的现实意义[4-6]。大段家矿井为了进一步查明井底车场周围水文地质情况，根据建设需要，在工业场地内开凿主井、副井和回风井三个新立井井筒。依据三个井筒获得的实测水文地质参数来预测该矿井涌水量，对矿井水文地质条件研究及防治水工作有理论及现实双重意义。

1 地质概况

1.1 地层

区内古生界地层均隐伏于新生界松散层之下，井筒检查孔揭露的地层，自下而上分别有二叠系下石盒子组、上石盒子组、石千峰组，新生界新近系、第四系，各组地层简述如下。

1.1.1二叠系（P）

检查孔二叠系揭露厚度553.17-586.28m，揭露地层有下石盒子组下统、上石盒子组上统、石千峰组，其中下石盒子组和上石盒子组为含煤地层，石千峰组为非含煤地层。

（1）下石盒子组（P1xs）。本次检查孔下界未揭露完，上界至3煤组下K3砂岩之底，揭露厚度分别为：主检孔36.02m，副检孔75.93m，风检孔41.8m。其中副检孔揭露4煤，煤厚0.51m。岩性以砂岩为主，中下部为巨厚中砂岩或细砂岩。

（2）上石盒子组（P2ss）。与下伏下石盒子组呈整合接触，下界为K3砂岩，上界至平顶山砂岩之底，揭露厚度分别为：主检孔517.15m，副检孔510.35m，风检孔516.35m。含1、2、3三个煤层（组），含煤4-8层，其中3-2煤层为全区可采的较稳定煤层。

（3）石千峰组（P2sh）。与下伏上石盒子组整合接触，仅副检孔揭露该层，揭露深度为246.60m-480.40m，厚度233.80m。由灰色、灰绿色、红褐色中砂岩、细砂岩及泥岩组成，成份以石英为主。

1.1.2 新近系（N）

区内揭露有中新统、上新统。中新统与下伏二叠系呈不整合接触，厚度在64.05-71.50m。根据岩性特征分析，一般分为上部湖积相、下部残坡积相沉积物。上新统与下伏中新统整合接触，厚度为79.25-85.75m。为一套河湖相沉积物。

1.1.3 第四系（Q）

（1）更新统：假整合于下伏上第三系之上，厚度在42.75-69.95m之间。

（2）全新统：与下伏更新统假整合接触，揭露厚度：主检孔34.50m，副检孔35.55m，风检孔35.05m。岩性主要由灰黄色、黄褐色的粉砂、粘土、砂质粘土。

1.2 构造

大段家井田位于淮北煤田的中部之临涣矿区的西部。东以F9断层与青东煤矿相邻，西至F39断层，北有宿北断裂，南有孟集断层，处在近东西向与近南北向断层形成的夹块内，属箕状断块式控煤构造[7]。区内构造主体表现为一走向北东东，倾向北北西的单斜构造，仅在DF1断层以北、F00断层以东存在一轴向近东西的小型向斜，地层倾角一般10-20°。全区共解释断层287条[8]，其中：逆断层一条，其余为正断层；按落差大小分类：落差H≥100m的断层10条，落差100m>H≥50m的断层5条，落差50m>H >10m的断层11条，落差10m≥H≥5的断层82条，落差H<5m的断层179条。

2 水文地质条件

2.1松散层的含、隔水层（组）

大段家井田内煤系地层之上均沉积有厚227.85-271.20m的新生界松散沉积物，主检孔、副检孔、风检孔松散层厚度分别为246.85m、246.60m、245.10m。参照《安徽省涡阳县大段家井田煤炭勘探报告》对松散层的划分界定[7]，结合井筒检查孔地层发育的具体情况，将工业广场新生界松散层划分为四个含水层（组）和三个隔水层（组）。

2.2 二叠系煤系地层含水层（组）

本次井筒检查孔穿过的深度范围内二叠系含水层（组）包括二叠系上石盒子组和下石盒子组上段，主要岩性为不同粒径的砂岩。

2.2.1 主井检查孔

终孔孔深800.02m，根据钻孔岩芯和测井资料综合分析整理，该段含水层单层厚度一般2-5m，单层厚度最大10.77m，累计厚度93.10m。该段静止水位埋深8.24m，水位标高21.533m，进行了3个降程的抽水试验，降深分别为51.76m、37.21m、19.88m，涌水量为1.33L/s、1.12L/s、0.82L/s，单位涌水量为0.026L/s.m、0.030L/s.m、0.041 L/s.m，渗透系数为0.0279m/d、0.0315m/d、0.0401m/d，平均为0.0332 m/d，富水性弱。矿化度为1.187g/l，全硬度为11.63德国度，pH值为8.7，水质类型为HCO3-K+Na型水。

2.2.2 副井检查孔

终孔孔深832.88m，据钻孔岩芯和测井资料综合分析整理，该段含水层单层厚度一般2-6m，单层最大厚度12.77m，累计厚度137.74m。该含水段水位埋深10.72m，水位标高19.033，进行了三个降程的抽水试验，降深分别为56.98m、38.96m、19.98m，涌水量为4.95L/s、3.71L/s、2.12L/s，单位涌水量为0.087L/s.m、0.095L/s.m、0.106L/s.m，渗透系数为0.0686m/d、0.0718m/d、0.0730m/d，平均为0.0711m/d，富水性弱～中等。矿化度为1.18g/l，全硬度为12.28德国度，PH值为8.84，水质类型为HCO3-K+Na型水。

2.2.3 风井检查孔

终孔孔深803.25米，据钻孔岩芯和测井资料综合分析整理，该段含水层单层厚度一般1-4m，单层厚度最大15.73m，累计厚度124.24m。本段水位埋深8.02m，水位标高21.318m，进行了一个降程的抽水试验，最大降深70.13m，涌水量0.67L/s，单位涌水量0.0092L/ s.m，渗透系数0.0074m/d，富水性弱。矿化度为1.238g/l，全硬度为3.15德国度，pH值为9.19，水质类型为HCO3·SO4-K+Na型水。

从揭露的二叠系地层看，含水层多为细砂岩、中砂岩，裂隙较为发育，但基本都被方解石充填，钻探揭露时无漏水现象，钻孔泥浆消耗量一般为0-0.32m3/h，各钻孔中砂岩含水层总厚度变化不大，在93-137m之间。主检孔和风检孔静止水位相近，但单位涌水量有一定差别。副检孔相距主、风检孔稍远，静止水位稍有差别，单位涌水量明显大于主、风检二孔，初步分析是由于副检孔石千峰组地层（深度246.60m-480.40m）岩石破碎、富水性较强所致。3-2煤顶底砂岩裂隙含水层（段）含水层总厚为0-22.97m，平均10.39m，主要由3-5层的细砂岩和中砂岩组成，据8-2孔抽水试验：q=0.00209l/s.m，K=0.0397m/d，富水性弱，矿化度为0.761g/l，全硬度为7.51德国度，水质为HCO3·Cl-Na型水[7]。因此，该区二叠系含水层富水性弱～中等，水文地质条件简单～中等。

3 井筒涌水量预测

3.1 涌水量估算方法及公式的选择

对主井、副井、风井井筒涌水量预测采用地下水动力学公式进行计算。当井筒水位降低至含水层底板时，h0=0，地下水处于承压转无压状态，因而采用承压-无压完整井裘布依公式，利用抽水试验、流量测井、抽水试验和流量测井全孔综合三种方法所取得的水文地质参数分别进行井筒涌水量估算[4-5]。

估算公式：

Q=1.366K■ （1）

R=10S■ （2）

R0=R+r0 （3）

式中：Q-井筒涌水量（m3/h）；K-渗透系数（m/d）；M-含水层厚度（m）；S-水位降低值（m）；R-影响半径（m）；r0-井筒荒半径（m）；R0-井筒影响半径（m）。

3.2 井筒涌水量计算

3.2.1 利用抽水试验估算井筒涌水量

水位降低值S为各井筒设计深度减去基岩静止水位，即主井S为782.50-8.24=774.26m，含水层厚度为80.53m；副井S为806.50-10.72=795.78m，含水层厚度为134.78m；风井S为782.50-8.02=774.48m，含水层厚度为119.14m。各井筒预测涌水量见表1。

3.2.2 利用流量测井估算分层井筒涌水量

流量测井将主检孔划分为二个含水层（出水部位），副检孔划分为二个含水层（出水部位），风检孔无含水层（出水部位）。水位降低值S采用各含水层底板深度减去其静止水位来计算，主井和副井井筒预测涌水量见表2。

含水层厚度采用流量测井确定的各分层含水层厚度之和，水位降低值S采用各检查孔流量测井最下面一层含水层，即M2含水层底板深度减去抽水试验基岩静止水位来计算。利用单孔稳定流抽水试验取得的涌水量等数据，根据公式k=■lgR/rw计算出M1和M2混合含水层的渗透系数，再估算井筒涌水量，主井和副井井筒预测涌水量见表3。

4 结束语

根据抽水试验和根据抽水试验与流量测井结合计算的井筒涌水量接近，建议采用抽水试验取得的参数计算的井筒涌水量作为预测的井筒涌水量，即主井井筒72.48m3/h，副井井筒286.05m3/h，风井井筒31.06m3/h，作为井筒设计与施工的参考依据。由于在井筒开挖深度以下有部分邻近含水层的参与，并且检查孔资料表明工业广场位置处K3砂岩厚度较大，许疃矿、卧龙湖矿、刘桥一矿、童亭矿在井筒及巷道揭露K3砂岩时多次发生突水现象，因此建议今后建井过程中应高度重视，超前探水，采取预防措施，确保矿井安全生产。

参考文献

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[6]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2004.

[7]安徽省煤田地质局勘查研究院.安徽省涡阳县大段家井田煤炭勘探报告[R].2008.

[8]安徽省煤田地质局物探测量队.安徽省涡阳县大段家井田三维地震勘探报告[R].2010.