煤矿充水因素评价及涌水量预测

任文华

（山西西山煤电股份有限公司西铭矿，山西 太原 030052）

0 引言

煤矿生产安全性与其水文地质的探测情况息息相关，随着煤矿综采工作面的不断推进，对应的水文地质情况在一定的基础上呈现为相对变化的情况，甚至会出现矿井水涌出量增大的情况，在此情况下需要采取更加有效的治理措施以保证煤矿生产的安全性[1]。本文将结合实践生产对煤矿的充水因素进行综合分析，并对整个煤矿的涌水量进行综合全面的分析，为今后煤矿生产过程中矿井水的治理提供理论依据。

1 煤矿水文地质分析

以某煤矿实际生产为例，该煤矿的开拓方式为斜井，生产能力为1.2 Mt/a，目前工作面采用综采模式生产。经探测，该煤矿工作面煤层厚度为7 m，而且整体煤层埋藏在了相对较浅的区域；在其水文地质条件方面，该工作面涌出的水主要来源于三个区域，分别为北部的常家沟、中部的敖包沟以及西部的塔沟，各个区域所涌出的水量占比分别为15.9%、71.8%和12.3%。此外，基于上述三个涌水区域，对应工作面含有三个含水层，分别如表1 所示：

表1 煤矿含水层名称及相关参数

除了涌水层和含水层外，该煤矿还包括有两个隔水层，分别为中更新黄土隔水层和新近系红土隔水层。其中，中更新黄土隔水层的最大厚度可达79.5 m；新近系红土隔水层的最大厚度可达90 m。

2 煤矿充水因素分析

在最近一次生产中，在某工作面出现了一次出水事故，据统计整个过程的最大涌水量可达300 m3/h；情况发生后，相关技术人员组织了救援人员解决现场的涌水情况，在经过15 h 的抢救后，将该工作面的涌水量控制在100 m3/h，并保持了相对稳定的状态。为全面掌握该煤矿的涌水情况，结合现场所采集的数据并联合相应的充水条件及因素进行综合分析。

2.1 煤矿充水条件分析

相关理论证实了，在煤矿工作面的导水裂隙带是造成工作面涌水量超标的主要因素[2]。因此，为了确保后续所采取的治理涌水的措施有效，需要对工作面导水裂隙带的参数进行分析。针对导水裂隙带分析需求，根据现场条件布置了两个高探测孔，分别位于如下位置：1#探测孔位于距离终采线的852 m 的位置；2#探测孔位于距离终采线的205 m 的位置。基于上述两个探测孔对该工作面的导水裂隙带参数进行探测，并得出如表2 所示的结果：

表2 导水裂隙带探测结果

基于表2 中所探测的导水裂隙带的参数，结合相关理论计算公式得出，该所研究煤矿工作面的导水裂隙带的高度为61.25 m，冒落高度为25.35 m。

2.2 煤矿充水因素评价

在上述对煤矿工作面充水条件分析的基础上，为了能够为后续涌水治理过程中提供多种措施的优先级，本节基于层次分析法对影响涌水情况的各种进行排序分析。得出如表3 所示的判断矩阵。

表3 基于层次分析法对各影响充水指标权重的排序结果

结合表3 中各影响因素及其对应的权重值得出了影响煤矿涌水量的关键第一条件为通道因素，第二个关键条件为该煤矿本身的水位地质条件中的富水性。因此，在对煤矿水文进行治理时，因主要针对通道和水文地质条件的富水性提出改进措施[3]。

3 煤矿涌水量预测

在煤矿充水条件及因素综合分析的基础上，还需掌握对其涌水量进行预测才能够提前选择有效的预防措施[4]。在煤矿涌水量预测层面，对该煤矿了最近七年的涌水量结果进行汇总，并以此为基础得出本年度的平均涌水量。本煤矿最近7 年的涌水量汇总结果如表4 所示：

表4 最近7 年用水量观测结果

分析表4 可知，该煤矿本年度的平均涌水量可以粗略估计为292 m3/h。

3.1 矿井涌水量预测条件分析

结合表4 中该煤矿最近7 年的涌水量，并基于大井法和比拟法对本年度矿井的涌水量进行预测。在实际预测为了保证最终预测的准确性，需要综合考虑以下因素：

1）针对该煤矿本年度涌水量的预测需求，仅分析该煤矿导水裂隙带的正常涌水，针对其意味涌水情况忽略不计。

2）此外，不考虑该煤矿地表水的异常突水情况对涌水结果造成的影响，仅仅针对该煤矿基岩段进行分析[5]。

3.2 基于大井法预测煤矿的涌水量预测

根据本煤矿的现场实际条件，并基于计算公式（1）对煤矿的用数量进行预测。

式中：K 为渗透系数；H 为水柱高度，m；M 为含水层厚度，m；h 为剩余水柱高度，默认剩余水柱高度为0；R0为引用影响半径；r0为影响半径。

在对该煤矿地质水文条件初步探测的基础上，仅对风化基岩和正常基岩的涌水情况进行预测。根据两处基岩的参数如表5 所示，分别得出对应的涌水量结果。

表5 煤矿涌水量预测结果

如表5 所示，由于风化基岩所导致的平均涌水量为250 m3/h，由于正常基岩所导致的平均涌水量为212 m3/h；则，该煤矿的平均涌水量为462 m3/h。最大涌水量与正常涌水量按照1.5 倍的关系换算，可以估计出最大涌水量693 m3/h。

4 结语

煤矿安全生产与其水文地质条件息息相关。因此，在实际生产中需全面、精准的掌握煤矿的水文地质条件，并根据基础数据可以实现对涌水量的预测，为后续制定涌水治理措施提供支撑。

1）该所研究煤矿工作面的导水裂隙带的高度为61.25 m，冒落高度为25.35 m。

2）影响煤矿涌水量的关键第一条件为通道因素，第二个关键条件为该煤矿本身的水位地质条件中的富水性。

3）基于大井法得出，该煤矿的正常涌水主要考虑风化基岩和正常基岩，由于风化基岩所导致的平均涌水量为250 m3/h，由于正常基岩所导致的平均涌水量为212 m3/h；则，该煤矿的平均涌水量为462 m3/h，对应的最大涌水量693 m3/h。