修文县洒坪煤矿矿坑涌水量预测

彭欢

摘要：通过收集资料、野外地质调查，结合地质钻探、抽水试验、室内试验等综合方法，重点分析，全面兼顾，分析了修文县洒坪煤矿矿床充水因素，包括充水水源和充水途径，采用“大井法”预测了矿坑涌水量，并通过误差分析比较，给出了矿井涌水量的合理取值，可作为矿产开发、安全生产设计的重要参考。

关键词：洒坪煤矿；大井法；涌水量

贵州省修文县洒坪乡洒坪煤矿区位于贵州省修文县洒坪乡，地表水属长江流域乌江水系猫跳河四级支流汇水范围；随着煤矿的开采，矿坑涌水问题日渐增大，查明井田矿区水文地质条件及矿床充水因素，对矿床水资源综合利用进行初步评价，通过抽水试验对矿坑涌水量进行计算分析，对矿坑涌水可能引发的不良问题提出防治措施有重要参考意义。

1.矿区的水文地质条件

贵州省修文县洒坪乡洒坪煤矿区位于新寨向斜水文地质单元的南西部，处该水文地质单元中地下水径流区和排泄区边缘。当地以矿区南西侧猫跳河谷为最低侵蚀基准面和排泄基准面（标高837.00m），据走访调查，洪水淹没标高在839m～840m之间。

1.1地下水类型

根据矿区内分布的地层岩性、岩石含水性及富水程度、水质特征等，可将矿区的地下水类型分为岩溶水、基岩裂隙水和松散孔隙水三类。

岩溶水主要埋藏于岩溶较发育的碳酸盐岩石中，其分布很不均匀，在水平和垂直方向上變化均很大，受气候、地质等因素的影响，其分布具有分带现象，岩溶水水质变化小，矿化度低；在矿区，岩溶水主要赋存于中二叠统茅口组（P2m）含水层、上二叠统长兴、大隆组（P3c+d）含水层、下三叠统夜郎组（T1y）含水层、下三叠统茅草铺组（T1m）含水层中。

基岩裂隙水主要赋存于呈带状分布在区内西部盐井—煤洞湾—永家湾一带分布的二叠系上统龙潭组（P3l）粉砂岩、细砂岩夹泥质灰岩及煤层中。

孔隙水主要指第四系残坡积粘土、砂质粘土夹风化残积碎石块中的地下水。

1.2含水层及其特征

1.2.1岩溶水含水层

①中二叠统茅口组（P2m）含水层。该含水层主要分布于杨桥～煤洞湾一线以西及大土～老凹洞一线以北，岩性为浅灰、灰、灰白色厚层至块状生物屑泥至微晶灰岩，含少量燧石结核，局部见斑块状白云质灰岩。含大量岩溶水，地下水主要以岩溶管道水形式赋存及运移，富水性中等，该含水层岩溶发育强烈。②上二叠统长兴、大隆组（P3c+d）含水层。该含水层岩性为灰、深灰色中～厚层含燧石结核微至细晶灰岩，中部夹炭质泥岩或薄煤层，灰、灰黄色泥岩及薄层硅质岩间夹数层黄绿色凝灰质泥岩，厚31m～47m。为含水层夹隔水层，总体视为含水层，含岩溶裂隙水，地下水主要以岩溶管道水形式赋存及运移，富水性弱～中等。③下三叠统夜郎组（T1y）含水层。该含水层主要指中、上部浅灰、灰、深灰色中厚层泥至微晶灰岩，层间时夹深灰色泥岩或泥质薄膜，总厚260m左右，属强含水层。底部为灰、深灰、浅灰绿色薄层泥质粉砂岩、钙质粉砂岩、钙质泥岩，偶夹灰色中厚层泥至微晶灰岩，属弱含水层，含大量岩溶水及少量基岩裂隙水，地下水主要以岩溶管道水和基岩裂隙水形式赋存及运移，富水性总体中等。④下三叠统茅草铺组（T1m）含水层。该含水层主要指矿区内零星出露的灰色中厚层泥晶灰岩及泥质灰岩，局部具白云岩化或为白云岩斑块，出露残留厚度30m～40m。含岩溶裂隙水，地下水主要以岩溶管道水形式赋存及运移，富水性中等。

1.2.2基岩裂隙水含水层

该含水层主要指矿区内呈带状分布于区内西部盐井—煤洞湾—永家湾一带分布的二叠系上统龙潭组粉砂岩、细砂岩夹泥质灰岩及煤层。据钻孔揭露在深部岩石处于中风化至微风化状态，裂隙多为闭合型。据邻区煤矿勘探资料，该层钻孔单位涌水量0.001～0.05L/s×m，渗透系数0.011m/d～ 0.059m/d。据与本井田条件相似的永家湾LD11号矿井调查，采空区约0.01km2，从矿坑中流出水量平均为22.89m3/d。均说明龙潭组具有含水量较差、透水性弱的特点。据1∶20万息烽幅区域水文地质资料及周边水文地质普查资料，地下水迳流模数0.10L/s×km2～1.50L/s×km2，地下水化学类型多为SO4-Ca型。

1.2.3松散孔隙水含水层

该含水层主要指第四系残坡积粘土、砂质粘土夹风化残积碎石块，含少量第四系松散孔隙水，受季节性变化明显。

1.3隔水层及其特征

隔水层主要指呈带状分布于区内西部盐井—煤洞湾—永家湾一带分布的二叠系上统龙潭组中的泥岩、粉砂质泥岩。为矿区内M8和M9号煤层的顶底板，节理裂隙不发育或弱发育，隔水性能较好，但经采煤工程破坏后，隔水性能稍差，本次经地下开拓井巷和采空区调查，井巷处于干燥状态，仅于井巷局部地段形成细小水流，水流量0.05L/s，井巷顶部发现2处极弱渗漏点，其水量极小，仅为0.002L/s～ 0.003L/s。

1.4断裂带水文地质特征

矿区北西部沿煤洞湾至烂坝一线发育了2条断层，造成了断层下盘茅口组岩溶含水层与开采煤层直接接触；在矿区南东部，发育3条走向北东的断层和1条走向北西的断层，落差一般均在50m～100m，造成可采煤层与上、下岩溶含水层的煤层直接接触或使断层带处隔水的岩层厚度变薄。个别断裂带地表发育成溶蚀沟谷和洼地，并沿断层发育了地下河，集中了矿区岩溶含水层中地下水沿断裂带集中径流。综合分析可看出，这些断层带一般都具有张性特征，导水性较好。在未来开采条件下，将成为含煤层上覆和下伏岩溶含水层中地下水向矿井充水的主要通道。

1.5地下水补给、径流、排泄

矿区处在新寨向斜的南东翼，受地质结构和地形地貌条件控制，新寨向斜北西及南东翼以二叠系上统龙潭组相对隔水层为边界，北东部以地下分水岭为界、南西侧猫跳河为地下水排泄边界，构成一个较为完整的水文地质子单元。井田区地下水的补给主要来源于两个方面，一是井田区范围内大气降水向地下的直接入渗，二是来自水文单元上游地带含水层中地下水的侧向补给；接受补给后，在地形地貌和自身重力作用下总体从北东向南西径流；最终以矿区南西侧猫跳河谷为最低侵蚀基准面和排泄基准面（标高837.00m）排泄。

1.6矿床充水因素分析

1.6.1充水水源

（1）直接充水水源。二叠系上统龙潭组为含煤地层，含煤层成为未来矿坑的直接充水层位，该层中所含的基岩裂隙水为矿坑直接充水水源。

（2）间接充水水源

①地下水。井田区含煤地层上覆长兴组至夜郎组（P3c+T1y）、下伏二叠系中统茅口组（P2m）均为含水丰富的岩溶含水层。为研究上述岩溶含水层对未来矿坑充水的可能性，根据矿区内主要可采煤层厚度、赋存情况、顶底板厚度等，采用《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-91）中附录估算未来开采中矿坑顶板冒落带、导水裂隙高度，根据煤层底板岩性及厚度和可采煤层隔水底板厚度、岩性，采用比拟法评价底板突水的可能性。

a.含煤层上覆长兴组至夜郎组玉龙山段（P3c+T1y）中地下水向矿井充水的可能性评价。通过估算，矿区统计M9煤层平均厚度2.04m，计算时取矿井平均高2.5m参与计算。计算结果，顶板冒落带高10m，导水裂隙带厚度小于40.31m，而实际上井田区M9煤层顶距离岩溶含水层P3c底板距离M8号在68m～78m，远大于冒落带和导水裂隙带厚度，因此，在没有断层构造通道条件下，上覆岩溶含水层中地下水不会成为矿井充水的直接充水水源。

b.含煤层下伏二叠系中统茅口组（P2m）中地下水向矿井充水的可能性评价。矿区内茅口组（P2m）地下水位埋藏深度大，位于井田西侧的ZK405号孔孔口标高1335.0m，钻进深度在357m（标高978m）揭露茅口组灰岩，岩石中溶蚀裂隙发育，孔内漏水，终孔时水位埋深在369m（966m）以下，低于茅口组顶板，因此，矿区未来开采条件下，产生茅口组地下水向矿井充水的可能性小。

②大气降水。大气降水是矿区地下水的主要补给来源，地下水接受补给后，可通过采空塌陷带、导水裂隙带及突水带间接或直接进入矿坑，对矿床进行充水。

③地表水。井田区的地表水水源主要为井田区西侧的猫跳河，距井田西部边界最近为400m。而矿区西部岩层主要为碳酸盐岩，岩溶及裂隙发育，猫跳河河床在井田附近标高为837m，井田最低开采标高500m，因此，未来开采中，若开采标高在840m以上，猫跳河河水不会成为矿井充水水源；开采标高在840m以下时，猫跳河河水可能通过岩溶管道或裂隙对矿坑造成突水的威胁。

④老窑积水。井田区沿煤层露头地带有较多已停采的老窑，采空区已积水，成为未来开采中向矿区充水水源之一。

1.6.2充水途径

（1）天然途径。井田区天然充水途径主要为断层带。区内断层破坏了岩体的完整性和连续性，造成了含煤层上覆长兴～玉龙山岩溶含水层与可采煤层间隔水层厚度减薄，部分地带甚至“对接”，沿断层带发育了地下河，成为直接和间接充水层中地下水向矿井充水的天然通道。

（2）人为充水途径。人为充水途径为未来矿山开采中矿井井巷顶板冒落导致的导水裂隙，沟通上覆含水层，成为人为造成的含水层中地下水向矿井充水的通道。

2.矿井涌水量预测

2.1抽水试验

在勘探过程中，布置了ZK103作为水文地质抽水试验孔，试验孔位置位于矿区南侧实测B-B′剖面上。根据抽水试验成果，结合渗透系数计算公式得出，渗透系数K=0.00108m/d。

2.2涌水量预测

井田首采区位于井田中部1线至3线之间，处水文地质单元的地下水径流区，为一不完整的水文地质系统，面积1.8km2，按首采区面积及煤层产状先期开采设计水平为950m。充水含水层上覆和下伏均为含水性和透水性差的隔水层，天然条件下地下水动力特征为承压水。根据开采条件下地下水流场概化结果，用解析法及比拟法预算首采区未来先期开采水平矿井的正常涌水量和最大涌水量。

2.2.1解析法

3.矿井涌水量预测结果评价

以上采用两种方法对首采区矿井涌水量进行了预测计算，结果较接近。但由于老矿井原地下水位资料不能取得，在采用比拟法预测计算中，计算模型未考虑地下水位下降因素，是不恰当的，导致计算的结果偏小，可信度相对较差。而解析法是在基本查明首采区的水文地质条件，进行了水文地质模型概化的基础上的计算模型，不但考虑了首采区的范围、地下水补给条件，也考虑了水位下降因素，计算的结果可信度较高。

应说明，以上的预测是在未考虑含煤层上覆岩溶含水层中地下水通过断层带向矿井充水的條件下进行的，如果未来开采中造成岩溶水特别是长兴～夜郎组中发育的暗河沿断层带向矿井突水，则矿井涌水量将远大于预测水量。

4.结论

（1）本次分别采用解析法及比拟法预算了首采区未来先期开采水平矿井的正常涌水量和最大涌水量，根据两种矿坑涌水量计算及其结果比较，建议采用解析法。

（2）根据开采设计方案第一开采水平950m，估算出矿区矿井涌水量较大，（解析法：正常涌水量为2411.7m3/d，最大涌水量为8248m3/d；比拟法：正常涌水量为1864.8m3/d，最大涌水量为6375.6m3/d）。该涌水量变化受季节影响较大，应适时地监测其变化。

参考文献：

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