煤矿床含水层富水性定量评价方法研究

周丹

[摘 要]近年来，煤矿床含水层富水性定量评价问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了传统含水层富水性评价方法存在的不足，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就煤矿床含水层富水性定量评价问题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

[关键词]煤矿床含水层；富水性；定量；评价

中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）22-0001-01

1 前言

作为一项实际要求较高的实践性工作，煤矿床含水层富水性定量评价的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对煤矿床含水层富水性定量评价方法的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。此项研究对解放受水威胁煤层储量，实现采区的安全高效生产，具有重要的现实意义。

2 概述

在华北地区，石炭系和二叠系薄层石灰岩及砂岩常构成开采煤层的顶板或底板充水含水层，也是多数矿井的主要充水水源，当煤层埋藏较深、煤层底板至奥陶系灰岩层间距较小时，厚层奥陶系灰岩水则可能对开采煤层构成底板突水威胁，这些含水层富水性的强弱是决定其对矿井开采所造成的影响或威胁程度的主要因素。它关系到矿井水文地质类型的复杂程度，矿井（含基建井筒）排水能力和抗灾备用排水能力的设计，疏排水措施的经济评价，水害防治基本方法，甚至煤层开采方法的选择与确定。按有关规定，含水层的富水性采用以口径91mm，抽水水位降深10m为准的钻孔单位涌水量来进行评价，但多年来，由于煤田地质勘探或水文地质补充勘探受井下施工条件限制或过多考虑勘探成本等原因，地面单孔抽水试验被广泛采用，且未进行非稳定流的观测和计算，常出现勘探报告含水层富水性的评价结论和实际采掘揭露含水层时涌（突）水量严重不相符的现象，如沁水煤田某煤矿勘探资料显示，太灰含水层单位涌水量0.00086～0.00690L/（s·m），根据含水层富水性等级标准为弱富水性，而煤矿建井期间在勘探钻孔附近施工的主斜井揭露太灰含水层时涌水量长期稳定在83m3/h，不仅影响煤矿建设的正常进行，且使矿井防治水工作陷入被动局面。

3 传统含水层富水性评价方法存在的不足

在传统勘探中，通常采用“钻孔单位涌水量”来定量评价含水层的富水性，但事实上这只能是含水层富水性的一种定性评价方法。砂岩和灰岩是非孔隙型的裂隙类含水层，裂隙含水层存在块段的不均一性，即有富水区和非富水区之分，又存在微观的不均一性，即有大裂隙和小裂隙之差别。钻探是点式勘探，一个钻孔揭露的可能是大裂隙，也可能是小裂隙或无裂隙，存在偶然性。同一地点不同钻孔的水文探测结果差异很大，揭露大含水裂隙的钻孔，抽水量大，钻孔水位降小，单位涌水量就大，揭露小裂隙的钻孔，抽水量小而水位降深大，则单位涌水量小，这种揭露小裂隙出现的现象称为瓶颈效应。

4 煤矿床含水层富水性定量评价

三水平北一石门3层右一段按《煤矿防治水规定》，煤厚取最大煤厚5m。分层开采导水裂隙带高度按公式计算，结果为54.7m.分层开采防水安全煤岩柱保护层厚度按最大值计算为Hb=，结果为12m.防水安全煤岩柱垂高为Hsh≥Hli+Hb，因此Hsh≥54.7m+12m=66.7米。如该煤层采用放顶煤开采，导水裂隙带高度按公式计算Hli==72.6m.放顶煤开采防水安全煤岩柱保护层厚度按最大值计算为4A，结果20m.防水安全煤岩柱垂高为Hsh≥Hli+Hb，因此Hsh≥72.6m+20m=92.6米。本区煤层距南岭砾岩含水层67--110m，由计算结果可以看出，分层开采不会波及到含水砾岩层，而放顶煤开采则会波及到含水砾岩层。

三水平北一石门3层左二段采煤工作面走向长203m，倾斜长135m，煤层平均倾角18°，该区内煤层厚度3.2--6m，平均煤厚5.5m，储量20吨，工作面布置采用走向长壁后退式分层采煤法，采高2.2m。

三水平北一石门3层左二段按《煤矿防治水规定》，煤厚取最大煤厚6m。分层开采导水裂隙带高度按公式计算，结果为58m.分层开采防水安全煤岩柱保护层厚度按最大值计算为Hb=，结果为18m.防水安全煤岩柱垂高为Hsh≥Hli+Hb，因此Hsh≥58m+18m=76m。如该煤层采用放顶煤开采，导水裂隙带高度按公式计算Hli==82.6m..放顶煤开采防水安全煤岩柱保护层厚度按最大值计算为4A，结果为24m.防水安全煤岩柱垂高为Hsh≥Hli+Hb，因此Hsh≥82.6m+24m=106.6m。本区煤层距含水砾岩含水层90--120m，由计算结果可以看出，分层开采不会波及到含水砾岩层，而放顶煤开采则会波及到含水砾岩层。为安全开采防止顶板垮落断层活化导通砾岩含水层，益新煤矿在顶板含水砾岩下开采的每个采煤工作面开采前在机道施工疏水巷或是施工临时水仓，确保排水设备运行正常，排水畅通。流水线路无杂物影响。

三水平北一石门3层右一段一分层、三水平北一石门3层左二段一分层已开采完毕，开采期间上下两道及采空区均无出水现象。三水平北一石门3层右二段一分层还有100米开采完毕，开采期间上下两道及采空区均无出水现象。分层开采可以减少煤炭资源的浪费，三水平北一石门3层右一段和三水平北一石门3层左二段减少浪费原煤2万吨，按每吨煤500元计算，多增收1000万元。3号煤层平均煤厚在4m以上，在益新矿属于可采煤层，益新矿在近几年准备开采三水平北一石门、南一石门3号煤层。但是3号煤层顶板上方为白垩系穆棱组砾岩层孔隙含水岩系对安全生产构成威胁。选择正确的采煤方法與采煤工艺以及采取合理的疏排水措施可以保障安全生产，减少资源浪费。

5 讨论

传统的单孔抽水试验计算的单位涌水量不能定量评价含水层的富水性。用单孔非稳定流法、双（多）孔法及群孔抽放水试验等方法可以削除地下水在含水层中的瓶颈和绕流因素；下组煤与奥灰的层间距小，为评价其开采的可行性和确定水害防治方法，需要定量评价充水含水层的富水性。合理的评价计算方法，需要用合理的现场测试方法获取所需要的水文地质信息资料（数据）。为获得准确和可靠的定量评价之最终结果，可采用如下现场勘探测试方法。1）地面钻探与井下钻探相结合，在有条件时多采用成本低，又易于进行含水层涌水观测的井下钻探。2）抽水试验与放水试验相结合，有条件时采用长时间大流量的群孔放水试验。时间长流量大影响范围广，动态变化明显，效果好。3）抽放水试验稳定流方法和非稳定流方法相结合，为获得更多信息，采用阶梯流量的非稳定流方法。抽放水流量用递增方式，因势叠加而影响远（希望影响到边界），避免动态资料的复杂化（近处水文恢复上升，远处仍在下降，动态方向相反）。重视停放（抽）水后恢复动态的观测。4）正确确定防治水勘测目的层，在奥灰中应是最上层的峰峰组灰岩，即下组煤的直接威胁含水层，更富水的马家沟组只是其间接含水层之一。如果将马家沟组作为主要目的层或奥灰中唯一目的层则会本末倒置，将防治水勘探变质为水源勘探。

6 结束语

综上所述，加强对煤矿床含水层富水性定量评价方法的研究分析，对于其良好评价效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的煤矿床含水层富水性定量评价工作过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献

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[2] 叶图强，陈晶晶.大宝山矿采空塌陷区安全采矿爆破技术[J].中国矿业.2017（01）：115-116.