六盘水矿区马临煤矿延伸开采区段充水因素及涌水量预测研究

李 享, 王利选

(1. 贵州省煤田地质局一七四队，贵阳 550000；2. 贵州省煤田地质局地质勘察研究院，贵州 贵阳 550000)



六盘水矿区马临煤矿延伸开采区段充水因素及涌水量预测研究

李 享1, 王利选2

(1. 贵州省煤田地质局一七四队，贵阳 550000；2. 贵州省煤田地质局地质勘察研究院，贵州 贵阳 550000)

根据六盘水矿区马临煤矿地质条件背景以及矿井地质资料的分析，论述了矿井水文地质特征、充水因素，并在此基础上采用比拟法及解析法对研究区矿井涌水量进行了预算。结果显示：开采C8煤层以上煤层以裂隙含水层为主，属于水文地质条件简单的矿床类型；开采C12煤层时，煤层间接底板茅口组灰岩岩溶含水层对矿床充水将占主导地位，水文地质条件转变为复杂的岩溶充水矿床类型，存在较大的突水危险；根据含水层水文地质条件的不同，研究区含煤地层涌水量采用比拟法预算，结果为2402.43 m3/d；茅口组岩溶含水层采用解析法预算，结果为7570.68m3/d；研究区最大涌水量为平均涌水量的2.4倍，建议采用23935.45m3/d作为今后矿井选择排水设备的依据。

水文地质条件；充水因素分析；涌水量预算；马临煤矿

矿井涌水量不仅是矿床水文地质条件复杂程度的重要指标之一，也是影响矿井经济技术评价的主要因素，还作为矿山设计部门确定排水设备和制定防水措施的重要依据，直接影响到煤矿的安全生产及生产效益[1]。

马临煤矿勘查区位于贵州省北部习水县城南西7km， 2013年05月提交《贵州省习水县马临煤矿煤炭资源储量核实及勘探报告》，至今未作过涌水量预测的相关工作，随着矿井近几年的开采，采空区面积越来越大，充水因素也发生了变化，因此很有必要对该矿井的涌水量进行预算。

目前矿井涌水量预算方法较多，比较常用的包括解析法、水文地质比拟法、大井法、数值模拟法、回归分析法等，但不同的计算方法都有对应的适用范围及优缺点[2-8]。针对马临矿井水文地质条件的特性及预算方法的适用性、广泛性，笔者综合选用比拟法及解析法对研究区涌水量进行预算研究，为矿井设计提供地质资料，也为其它矿井涌水量的预算提供借鉴。

1 地质概况

1.1 含煤地层

勘查区含煤地层为二叠系上统龙潭组，地层厚度75.41～98.67m，平均厚度91.02m。组成含煤地层的岩石主要由灰色至深灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、薄层灰岩、菱铁矿薄层、煤层和少量粘土岩组成。在垂向上具有旋回性，整个含煤地层为海陆交互相的、复杂的、多旋回的沉积物。

区内含煤地层含煤11～16层，一般13层，含煤总厚度9.21～16.41m，平均厚12.63m，含煤系数13.88%；含可采煤层2～8层，煤层总厚度4.54～12.86 m，平均厚度8.38 m，可采含煤系数9.20%；横向上煤层层数无明显变化。可采煤层全层总厚度变化与煤层全层采用总厚度变化基本一致。垂向上含有编号的煤层有八层：C1、C2、C4、C5、C6、C7、C8、C12，煤层层数、间距及厚度较稳定，其中可采煤层为C2、C4、C7、C8、C12共5层。

1.2 构造特征

在区域构造的影响下，研究区地层整体为一单斜构造，向北倾斜，倾角14°～35°，一般22°，且未见次一级褶皱出现，发育4条落差大于20m的断层，其中正断层1条，逆断层3条，构造稳定程度类型为中等。

1.3 水文地质特征

岩层富水性受地形地貌、地质构造、岩性等因素控制，其中岩性对地下水的赋存起着主导作用。在进行水文观测时，钻孔在以柔、塑性为主的龙潭煤组中钻进时几乎不漏水；而在坚硬岩为主的夜郎组玉龙山段和长兴组时常见漏水和涌水现象(表1)。矿井含水层主要有：

①二叠系中统茅口组(P2m)岩溶强含水层：主要为灰、浅灰色中厚-块状石灰岩，夹燧石团块。在井由范围内出露不全，厚度不详。对龙潭组底部的C12煤层而言，其底板为直接充水含水层，水位埋深77.73～466.73m，静止水位标高1 058.93m。

②二叠系上统龙潭组(P3l)基岩裂隙弱含水层：主要为砂岩、泥岩、粘土岩、石灰岩、泥灰岩、炭质泥岩及煤层，平均91.02m。

③三叠系下统夜郎组沙堡弯段(T1y1)砂泥岩相对隔水层：出露于玉龙山灰岩与上二叠系上统长兴组之间，岩性以泥岩、钙质泥岩为主。平均厚度7.00m。

④三叠系下统夜郎组玉龙山段(T1y2)岩溶裂隙含水层：主要为浅灰、浅灰绿色含泥质石灰岩、泥质石灰岩和泥灰岩，局部夹钙质泥岩，中上部和中下部有两层7～18m的泥灰岩和钙质泥岩互层，厚130～150m。

⑤二叠系上统长兴组(P3c)岩溶裂隙含水层：主要为深灰、灰色中厚-厚层状泥灰岩，局部夹燧石结核及薄层黑色泥岩，厚47.86～62.59m。

⑥三叠系下统夜郎组九级滩段(T1y3-1)相对隔水层：主要为浅紫、暗紫色钙质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及泥岩，下部夹数层薄-中厚层状石灰岩，上部夹厚20～25m的钙质泥岩和薄层状石灰岩互层，厚180～215m。

表1 钻孔简易水文观测成果统计

资料来源：《贵州省习水县马临煤矿煤炭资源储量核实及勘探报告》，2013.

2 矿床充水因素分析

根据马临煤矿已建设的3号井和4号井实际开采情况及综合分析成果认为：矿区地下水来自含煤地层龙潭组本身，其富水性弱，大部分工业储量位于当地侵蚀基准面以上，矿井属以碎屑岩裂隙含水层为主的矿床，水文地质条件简单。开采C8以上煤层以裂隙含水层为主，属于水文地质条件简单的矿床类型；而开采C12煤层时，煤层间接底板茅口组灰岩岩溶含水层对矿床充水将占主导地位，该含水层富水性强，其水文地质类型转变为以碳酸盐岩岩溶含水层为主的矿床，水文地质条件中等至复杂，即以底板进水为主，矿井底部的C12煤层与茅口组含水层之间为铝土质泥岩，平均厚度为4.48m，未来矿井开采时极可能产生底板突水。

3 矿井涌水量预算

研究区预测块段范围为延伸开采区段水平标高+1050m以上的先期开采地段。根据矿井开采资料，已经有一定规模的开采，取得了较全面的研究资料，其中C8煤层已经开采占一半以上，且与龙潭组地质条件相似性高，矿井开采方法相同，采用水文地质比拟法预算含煤地层矿井涌水量可靠性高。而针对茅口组含水地层的地质条件差异，考虑到工作面条件相对简单，而影响半径和边界条件误差都不大，采用解析法能够比较准确地预测涌水量。矿井总的涌水量为含煤地层与茅口组涌水量之和。

3.1 含煤地层矿井涌水量预算

3.1.1 计算原则

针对研究区开采已具有相当规摸(马临煤矿3、4号井)，有代表性地揭示了该煤矿的水文地质特征，延伸开采区段的水文地质条件与实际开采区段基本类似，采用水文地质比拟法预算含煤地层的矿井涌水量更为可靠。

3.1.2 计算公式

根据矿井水文地质调查、矿井近三年涌水量长期观测结果(表2)，采用计算公式[9]：

(1)，

式中：Q1—1 050m标高以上设计扩大开采区段矿井涌水量，m3/h；

Q0—3号井(PD3)和4号井(PD4)实际涌水量之和 ，m3/h；

S1—1 050m标高以上设计扩大开采区段降深，m；

S0—3号井(PD3)和4号井(PD4)实际降深，m；

表2 马临煤矿3、4号井2011—2015年涌水量观测

F—1 050m标高以上设计扩大开采区段面积，m2；

F0—3号井(PD3)和4号井(PD4)实际井巷控制面积，m2。

3.1.3 计算参数的选取

(1)3号井和4号井1 050m标高以上实际开采区段面积(m2)之和计算(F0)。3号井和4号井实际开采区段面积分别为821 275 m2、1 198 375 m2，即F0为2 019 650 m2。

(2)1050m标高以上延伸开采区段面积(F)计算。计算范围：东至1 050 m标高以上实际开采面积与延伸开采面积分界线，为1 090 650m2。即F为1 090 650m2。

(3)3号井和4号井1 050m标高以上实际开采区段涌水量(Q0)计算利用3号井和4号井1 050m大巷2014-2015年涌水量长期观测资料，最大涌水量采用全观测期内的涌水量最大值，正常涌水量以全观测期内涌水量之和的平均值代替，计算结果：最大涌水量153m3/h，平均涌水量(Q0)65m3/h。

(4)1050m标高以上延伸开采区段降深(S1)及3号井和4号井实际降深(S0)。据勘探钻孔含煤地层静止水位(P3c-P3l)资料，煤层顶板平均静止水位标高为1 277.73m，故1 050m标高以上设计扩大开采区段降深为227.73m。且3号井和4号井资料分析结果显示其开开采降深已达到1 050m水平，故实际降深为227.73m，即S1=S0=227.73m。

依据上述参数的取值，由公式(1)计算得出Q1为842.43 m3/d。顶板总涌水量(Q2=Q0+Q1=2 402.43 m3/d。

3.2 茅口组底板涌水量预算

3.2.1 计算公式

茅口组地下水一直处于承压状态，矿井涌水量预算公式采用稳定流承压大井[10-14]公式计算：

(2)，

式中：Q3—底板茅口组涌水量，m3/d；

K—含水层渗透系数，m/d；

M—含水层厚度，m；

R0—引用影响半径，m；

r0—引用半径，m。

3.2.2 计算参数

区内ZK0201号孔的抽水试验资料确定茅口组(P2m)含水层渗透系数为0.014 68m/d。含水层厚度根据钻孔揭露算得含水层厚度为98.07m。水位降深则取本次勘探钻孔茅口组平均静止水头标高(1290.03m)作为含水层水位，即S=1 290.03-1 050=240.03m。

3.2.3 计算结果

依据上述参数的取值，由公式(2)计算得出Q3为7 570.68m3/d。

3.3 预算结果综合分析

目前3号井和4号井的开采已具有相当规模，开采面积达2 019 650m2，资料积累丰富，代表性地揭示了该煤矿水文地质特征，延伸开采区段的水文地质条件与实际开采区段基本类似，具备比拟条件，对含煤地层采用比拟法预算涌水量结果可靠，可以作为矿山设计依据。而针对资料较少，开采条件不同的茅口组涌水量预算采用解析法中的稳定流承压大井法进行预算，也是综合考虑了工作面相对简单的条件，将整个复杂系统简化为一个具有等效半径的大井在工作，所以整个巷道系统的涌水量就等于大井的涌水量，预算结果更为可靠。

综上，矿井涌水量为含煤层地涌水量(顶板总涌水量)与茅口组涌水量(底板涌水量)之和，即矿井平均总涌水量为9 973.11 m3/d。据近两年3号井和4号井涌水量观测资料，最大涌水量为平均涌水量2.4倍，建议采用23 935.45m3/d作为今后矿井选择排水设备的依据。

4 结论

(1)开采C8以上煤层以裂隙含水层为主，属于水文地质条件简单的矿床类型；开采C12煤层时，煤层间接底板茅口组灰岩岩溶含水层对矿床充水将占主导地位，水文地质条件转变为复杂的岩溶充水矿床类型，存在较大的突水危险。

(2)根据含水层水文地质条件的不同，研究区含煤地层涌水量采用比拟法预算，结果为2 402.43 m3/d(顶板涌水量)；茅口组岩溶含水层采用解析法预算，结果为7 570.68m3/d。

(3)根据资料分析，研究区最大涌水量为平均涌水量的2.4倍，建议采用23 935.45m3/d作为今后矿井选择排水设备的依据。

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A Study on Water Filling Factors and Inflow Prediction in Malin Coalmine Extended Mining Sector, Lupanshui Mining Area

Li Xiang1, Wang Lixuan2

(1. No.174 Exploration Team, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang, Guizhou 550000; 2. Geological Exploration and Research Institute, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang, Guizhou 550000)

According to the Lupanshui mining area Malin coalmine geological setting and geological information analysis have discussed mine hydrogeological features, water filling factors, and then estimated study area mine water inflow through analogue method and analytics. The result has shown that during the extraction of coal C8 and above, the water is mainly from fissured aquifer, belongs to hydrogeological condition simple type; during the extraction of coal C12, the non immediate coal floor Maokou Formation limestone karst aquifer will be the dominant, hydrogeological condition turned into complex karst water filling type with larger water bursting hazard. Based on different aquifer hydrogeological conditions, study area coal-bearing strata water inflow estimation is through analogue method, the result is 2402.43m3/d; Maokou Formation karst aquifer through analytics, the result is 7570.68 m3/d; study area maximum water inflow is 2.4 times of average inflow, thus the 23935.4 m3/d is recommended as the basis to choose mine drainage equipment henceforth.

hydrogeological condition; water filling factor analysis; water inflow estimation; Malin coalmine

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.10

1674-1803(2017)05-0053-04

李享(1984—)，男，贵州毕节人，工程师，研究方向：煤田地质。

2017-01-09

文献标识码：

责任编辑：樊小舟