挖金湾煤业矿井涌水量及影响因素分析

刘艾伦

（晋能控股煤业集团挖金湾煤业公司，山西 大同 037003）

挖金湾煤业位于山西省大同市，属于同煤集团优质低硫、低灰、高热量煤产出重点煤矿。矿井地表地形较为复杂，覆盖交叉河流，总体呈现西高东低地势，地形坡度为4°～8°。矿井北侧有因大断层错动所致的一级褶曲。该煤矿于2004年开始开采，当前矿井开采规模为0.70 Mt/a，采用斜井开拓方式，目前在对8115工作面的4 号煤进行采掘；区域内含水层主要有3 组：寒武奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层组、碎屑岩类裂隙含水层组和松散岩类孔隙含水岩组。为了确保矿井安全开采，对矿井涌水量的影响因素和计算方法进行研究，以提升矿井防突水的防范能力。

1 涌水量测算方法对比

通过矿井地层地质结构分析，矿井地层中含水层的储水性不高，但8115 工作面的4 号煤层低于奥灰水水位标高，需要考虑带压开采。分别应用两种方法来测算矿井涌水量。

1.1 对比测算法

通过收集矿区多个煤矿的地质资料，经过对比，发现一处矿井与该矿井地质结构组成有很大的相似之处，利用相似矿井已经获取的涌水量资料，通过开采规模对比计算该矿井涌水量。该方法计算简便，但局限性较大，且测算结果不稳定。对比测算见式（1）。

式中：Q1为测算矿井的涌水量；Q2为对比矿井的实际涌水量；N1为测算矿井的实际开采规模；N2为对比矿井的实际开采规模。对比煤矿的实际涌水量正常为6.46 m3/h，最大为8.75 m3/h，实际开采规模为1.20 Mt/a，经测算挖金湾煤业的涌水量正常约为3.77 m3/h，最大约为5.11 m3/h。

1.2 动力学计算方法

在矿井地层中进行打孔测试，通过对孔内水位参数的测量和推导，计算矿井的涌水量。计算见式（2）。

式中：Q为矿井涌水量，m3/h；K为地层渗透系数，m/d；H为测试孔的水柱高度，m；h为地层水头高度，m；M为矿井含水层的厚度，m；S为修正系数，无量纲，大小为5×10-5。通过测量和推导，测孔获取的水文参数见表1。

表1 测孔测量的水文参数

通过对矿井水文地质参数的测量，计算出矿井最小涌水量为4.25 m3/h，最大涌水量为8.63 m3/h。与对比测算法的涌水量预测结果相比，正常涌水量相差不大，但最大涌水量相差较大。

结合周边同煤集团其他煤矿，如王村煤矿、芦子沟煤矿等实际涌水量记录，综合考虑两种涌水量测算结果，对比测算法的计算结果较为符合实际。

2 涌水量影响因素分析

2.1 断层结构

矿井开采的涌水量受到地下水存储方式和存储量的直接影响。尤其是如地层存在断层，断层结构与矿井的位置关系会直接影响到矿井涌水量。图1（上）为矿井开采位置在断层上盘，图1（下）为矿井开采位置在断层下盘。从图中可以看出，断层处的地下水存储方式是不同的，对涌水量的影响也会有很大不同。断层上盘煤层开采相较下盘煤层开采涌水量较少。

图1 矿井开采与断层位置

2.2 含水层

矿区内含水层厚度约为2 m左右，含水层上层基岩有部分外露，形成风化裂隙和风化裂隙潜水，形成风化裂隙潜水层。由于有外露部分，容易受到地表径流和雨水影响，风化裂隙潜水与地表径流形成循环，同时风化裂隙潜水层与下层结构紧密的泥岩相互间形成平行复合关系，由于泥岩层水渗透性不同，因此地表径流对矿井开采中的涌水量造成不同程度的影响。

2.3 采空区积水

矿区在被整改收编前期，曾存在过小煤矿无证开采，部分区段存在不同规模的采空区。采空区在巷道留有排水出口，如果采空区内积水高于排水口，可以由排水道引导积水到水仓后集中排出采空区；但当采空区内积水面低于排水口，则无法排出。一旦矿井开采受到采空区影响，则涌水量也会受到采空区积水影响。采空区积水对矿井涌水量的影响关系见式（3）。

式中：Q为矿井涌水量，m3/h；K为集水区充水系数，本文选取0.2；M为采空区的平均高度，m；F为矿井采空区的投影面积，m2；α 为采空区倾角。

由于不同的采空区参数并不同，因此其对矿井涌水量的影响也不相同。目前开采区域已经探明的采空区通过式（3）计算得出，涌水量约为2 m3/h左右，但在将来的矿井开采中，必须遵循先探再掘，先治后采的原则。

2.4 奥灰水

在对矿区探孔地质参数测算后发现，矿区内奥灰水的标高大约在+380 m左右，而4 号煤层底板最低标高为+322 m，即煤层底板标高低于奥灰水水位标高，4 号煤层开采为带压开采。根据《煤矿防治水规定》，突水系数计算见式（4）：

式中：T为突水系数，MPa/m；P为煤层底部承受的水压，MPa。

4 号煤底层水压为0.9 MPa；M 为底板隔水层高度，m，取值21 m。计算得到4 号煤层突水系数为0.043 MPa/m，小于受构造破坏块段临界突水系数0.06 MPa/m，说明奥灰水对矿开涌水量影响和威胁性较小。

3 结语

本文对挖金湾煤业的8115 工作面4 号煤层开采的矿井涌水量进行了测算分析，同时对影响涌水量的影响因素进行了分析。分别采用对比测算法和动力学计算方法对矿区涌水量进行计算。通过与周边煤矿涌水量进行对比，得出矿区最小涌水量为3.77 m3/h，最大约为5.11 m3/h。另外对断层结构、含水层、采空区积水以及奥灰水对涌水量的影响机理和程度做了分析，为矿区的防突水事故措施的制定提供依据。