陕西盘龙矿区水文地质特征及涌水量预测研究

魏 晓，麻银娟，李 涛

（陕西省一三一煤田地质有限公司，陕西 韩城 715400）

盘龙矿区水文地质条件复杂，对煤矿安全生产影响很大，历史上曾多次发生水害事故[1]。为了确保煤矿安全生产，有效防治矿井水害，本文对该区的水文地质特征进行系统研究，在对矿区周边老窑分布状况及勘探期间废弃孔内遗留钻具调查的基础上，对该地区地下水补给、径流、排泄条件特征和矿区充水水源及充水因素综合分析，同时在对涌水量观测资料分析的基础上，采取吨煤富水系数法和大井法预测矿区涌水量，为该地区矿井制定防治水规划提供可靠依据。

1 水文地质特征

1.1 矿区及周边老窑分布状况

本研究对矿井及周边小窑的调查，共有12处小窑均集中分布在龙湾至赵家河一带，如图1所示。笔者通过分析认为，这些小窑开采时间久、开采范围大，采深均未深入河床以下10 m。而小窑开采下限在河床以下10 m，即标高+460 m，井田煤层设计开采上限最高标高为+340 m，低于小窑开采下限120 m。

另经计算，老窑水防水保护煤柱高度为60.34 m，也小于老窑开采下限与煤层开采上限的间距，故小窑积水对矿井生产一般不会造成较大威胁，但考虑到小窑调查的局限性，加之边浅部存在的断裂构造或构造薄弱带有可能导通小窑积水。因此，边浅部采煤时仍予以重视。

图1 矿井及周边老窑分布示意图

1.2 地下水补给、径流、排泄条件

1.2.1 石炭二叠系含水层

石炭二叠系含水地层岩性组合主要为各种粒度的砂岩及砂质泥岩、泥岩互层，后两者可视为不透水层。同一钻孔所揭露的各含水层组，具有不同的稳定水位。上部地层水位较高，下部地层水位较低。因此，地下水虽垂直分层出现，但无水力联系，属于倾斜层间裂隙承压水。

1.2.2 奥灰含水层

（1）奥灰水补给。本区较大地表水系为盘河，流量受上游盘河水库蓄水调节控制，盘河流经奥灰岩段长度2 km，平均流量0.16 m3/s，漏失量0.023 m3/s，盘河补给奥灰水水量有限。而奥灰水的主要补给来源是井田外的大气降水及河流入渗。

（2）奥灰水径流及排泄。根据区内奥灰地下水等水位线可知，奥灰地下水位西北高，东南低，地下水总体呈由西北向东南流向，区内无排泄点[2]。

1.3 矿井充水水源

矿区充水水源主要包括大气降水、地表水、各含水层的水及采空区积水等。据近几年矿井涌水量调查结果，矿坑涌水量与大气降水的强度及延续时间关系不明显，这与降水量以地表径流的形式排泄，不利于垂直下渗补给有关。初步分析认为，巷道掘进至盘河以下，为河水下渗创造了条件，其将成为矿井充水的间接水源。

根据计算得出的煤层采动后形成的导水裂隙带高度，部分突破了下石盒子组。因此，下石盒子砂岩裂隙含水层、山西组砂岩裂隙含水层均可构成矿井的直接充水。煤层上部的含水层水量小而弱，易疏易排。而煤层下部的奥陶系上马家沟组碳酸盐岩承压含水层，其水压高、水量大、持续性强，当隔水层阻水性能无法抗衡其水压或有导水构造存在时，有可能造成突水[3]。据调查，井田浅部沿盘河河道老窑较多，夏季多雨条件使老窑容易积水且不易排空。因此，当掘进巷道或回采工作面遇到老窑时，这时就会发生突然涌水。

2 矿井涌水量构成及预测

据矿井涌水量观测资料，最大涌水量为22.55 m3/h，正常涌水量在17.6 m3/h左右。由实测数据可以看出，投产初期矿井涌水量变化不大，大致保持在15 m3/h，前期形成的采空区积水不断渗入坑道致涌水量增加，涌水量保持在21 m3/h左右，说明采空区积水将是未来坑道充水的主要水源之一。矿区主要开采3号煤层，故本次采用两种方法对3号煤层涌水量进行预测。

2.1 富水系数法

吨煤富水系数是指某一煤矿开采1 t煤时排放的矿井水量[4]。计算公式为：

根据矿井历年的实际涌水量和矿井原煤产量可求得本矿井吨煤富水系数（见表1）。当2018-2022年原煤产量达90万t时，人们可以预测矿井正常涌水量为44.4 m3/h，最大涌水量为52.3 m3/h。

表1 盘龙煤矿2010-2012年吨煤富水系数

2.2 大井法

2.2.1 选用公式

式中，Q为矿井预计涌水量，m3/d；K为渗透系数，m/d；H为水柱高度，m；S为水位降深，m；M为含水层厚度，m；R为影响半径，m；R0为引用影响半径，m；r0为大井引用半径，m。

2.2.2 参数的选择及依据

根据矿井目前已形成的所有工作面和设计各工作面参数，结合三个水文孔的6次抽水试验，Plsh地层水位标高采用距井田最近的20号水文孔水位标高561.84 m，Pls地层采用20号孔水位标高534.93 m，其他参数根据各地层抽水孔数据进行算术平均法取位，详情如表2所示。

表2 参数取值及涌水量结果

2.2.3 计算结果

采动导水裂隙带仅破坏二叠系下统山西组含水层涌水量预测：Q1=76.25 m3/h；采动导水裂隙带导通二叠系下统下石盒子组含水层涌水量预测：Q2=74.26 m3/h。

总涌水量Q总=Q1+Q2=76.25+74.26=150.51 m3/h。

综合以上两种方法，鉴于开采3号煤层导水裂隙带大部分可导通下石盒子组含水层，故采用大井法预测结果，即未来5年内矿井正常涌水量为76.25 m3/h，最大涌水量为150.51 m3/h（总用水量为分层组涌水量之和）。

3 结论

影响3号煤开采的地下水主要来自下石盒子底部砂岩裂隙含水层和山西组砂岩裂隙含水层，富水性弱，对矿井的影响有限。而下部的奥陶系中统上马家沟组碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层对矿井的影响较大。对比富水系数法及大井预测的结果，笔者认为，未来5年内矿井正常涌水量为76.25 m3/h，最大涌水量为150.51 m3/h。盘龙矿区应加强对采空积水和顶板导水裂隙带渗水的防治，特别是老窑会成为煤矿浅部的巨大积水空间。因此，人们要重视封闭不良钻孔的治理工作，及时封堵潜在的导水通道。