煤矿水文地质特征及涌水量预测

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摘要：以运营多年的重庆田家煤矿为例，在分析该矿井水文地质特征基础上，对该矿井的主要充水因素进行了分析，并采用了“水平廊道法”对矿井用水量进行了预测，与已有的监测数据比较，其预测结果比较一致，为该矿井水害防治和安全生产提供了可靠的依据。

关键词：水文地质特征；涌水量预测；水平廊道法；重庆；田家煤矿

1.井田水文地质特征

勘查区位于横石溪背斜东段近东端，背斜轴部开阔，两翼倾角较陡呈“箱状”构造，地表主要被三叠系下统嘉陵江组（T1j）、大冶组地层覆盖，二叠系大隆组（P3d）、长兴组（P3c）、吴家坪组（P3w）、孤峰组（P2g）、茅口组（P2m）、栖霞组（P2q）等地层在勘查区东、西两侧斜坡、河沟呈“天窗”式出露，地质构造较简单，断层稀少，F7虽然破坏了煤层，但富水性弱；横石溪河、三溪河两条长年性河流切割煤层的标高约190m~325m；勘查区主要可采煤层（C1）埋藏最低标高为+200m，在最低侵蚀基准面以上；岩溶（以垂直形态的落水洞、竖井）发育，规模较大，数量多；泉水流量变化大，现有生产矿井（含小煤矿）处在季节变化带上，矿井巷道及废弃老窑水流量不大，受大气降雨量控制明显，地下水埋藏较深。本次对ZK12、ZK13的P3c+P3w2层位和ZK13的P2m层位进行了注水试验，P3c+P3w2层位单井涌水量q为0.0026383~0.004543（L/s•m），P2m层位单井涌水量q为0.00052903（L/s•m），q<0.1L/s•m，因此矿井顶板含水层（P3c）富水性中等，直接充水含水层（P3w2）富水性弱，底板直接充水含水层（P2g、P2m）富水性弱。综上所述，勘查区水文地质类型分为2类，勘查区主要以顶板、底板进水为主，水文地质条件中等的岩溶裂隙矿床，即“三类二型”。勘查区局部为顶、底板进水为主，水文地质条件复杂的岩溶裂隙矿床，即“三类三型”。

2.矿井充水因素分析

2.1含水层地下水对矿井充水的影响

采煤后顶板含水层（P3w）将通过导水裂隙下渗补给采空区成为采空区来水，是矿井充水的主要水源。P2g、P2m均为不均质含水层，一旦揭穿石灰岩中岩溶水时，储存在溶洞、裂隙中的封闭型地下水将会突然溃入巷道。

2.2采空区、老窑水

原有废弃井口关闭初期大都有水流出，现在这些弃废老窑硐口均不再有水流出，分析可能有积水，现阶段在正常情况下它对矿井生产不会构成威胁，但矿井延深开拓到一定标高以下时，将是矿井巷道充水水源之一，因此矿井在开采+900m标高以上煤层时，随时查清隔水边界条件，切实做好探水和防水工作，仅防浅部地下水和采空区积水溃入矿井，特别是在强降雨季节。

2.3封闭不良钻孔对矿井充水的影响

勘查区内施工的钻孔中可能出现个别钻孔封闭效果不佳的现象，为此在矿井生产开拓至钻孔附近时应提前进行探、防水工作，以免发生因钻孔封闭质量不佳而导致地表水或地下水溃入矿井的恶性事故。

2.4断层对矿井充水的影响

勘查区内有3条断层破坏了煤层，其中f02为正断层，断层落差30m~40m，F7为逆断层，落差50m~70m，f04为正断层，断层落差30m~40m，3条断层均切割了煤层，且具有导水性。应该指出的是，对于隔水的断层，由于构造应力作用的影响，使其两盘岩层，尤其是主动盘岩层的裂隙充水空间相对发育，但使其本身的富水性增强，而且往往易构成大气降水和地表水对矿井产生充水或补给含水层后,又形成对坑道产生充水途径的通道，对矿井造成充水威胁。

2.5“裂隙带”对矿井充水的影响

基岩为高阻地质体;由破碎带、溶沟（槽）、溶洞构成的岩溶地质体。其电阻率明显低于完整基岩，形成低阻带;充水的疏松土体或土洞的电阻率低于不疏松土体,为低阻地质体。因此该区域为岩溶破碎带,具有一定导水性。

2.6地表水对矿井充水的影响

勘查区东、西两侧有两条长年性溪沟切割煤层，其中三溪河切割煤层最高标高约为370m，最低标高约175m，横石溪切割煤层最高标高约为400m，最低标高约186m，本次勘查工作储量计算开采水平为+800m~+200m水平，由于两条河流均远离勘查区，因此，在自然状态下，两条河流对未来矿井充水基本无影响。2.7大气降雨对矿井充水的影响大气降水是矿井充水的主要来源，只是补给途径不同；或是由大气降水补给老窑，再补给矿井；或是由岩层裂隙补给含水层，再补给矿井。

3.矿井涌水量预算

3.1预算范围

本次涌水量计算范围东至6勘探线，西至9勘探线，计算第一水平900m水平矿井涌水量，由于勘查区地下水位埋藏深，本次对ZK12、ZK13号两个钻孔共三层次注水试验（其中P3c+P3w2段2层次，P2m段1层次），对ZK17、ZK18、ZK19、ZK20共四个钻孔的P3c+P3w2段共进行了4层次单层水位观测，再结合田家煤矿及周边煤矿的水文资料进行涌水量的计算。

3.2预算方法及结果

本次矿井涌水量预算采用水平廊道法（集水廊道法）预算第一水平（+900m）矿井涌水量。+900水平运输大巷布置在茅口组（P2m）石灰岩含水层顶部，靠近C1煤层下伏隔水层（P2g下部），故水平运输大巷涌水量基本上以茅口组（P2m）石灰岩含水层上部一定范围内地下水单向补给为主。另因茅口组（P2m）石灰岩含水层在矿区范围内未出露，深埋地下，地下水不受大气降水影响，其水力类型属于承压水。本次对ZK13号钻孔对茅口组（P2m）石灰岩含水层进行了注水实验，获取了渗透系数“K”值及其他相关的水文地质参数，所以选用地下水动力学方法中的“承压水向集水廊道运动的涌水量方程”预算水平运输大巷涌水量，其预算结果为拟建矿井水平运输大巷正常涌水量。此外，本次工作通过2个水文年动态观测获得了田家煤矿+1095m标高水平茅口组（P1m）顶部运输大巷涌水量较大、较小值和一般值。且根据该矿历年矿坑涌水量动态观测成果证实，茅口组（P1m）运输大巷涌水量变化除受大气降水有一定程度影响外，主要与大巷掘进长度关系较为密切，两者关系（涌水量、大巷长度）近于成正比关系。因此又采用下列经验公式进行预算。按上列（2）式预算结果，为拟建矿井水平运输大巷之较小涌水量（亦可视为茅口组上部石灰岩含水层地下水对水平运输大巷的正常充水量），用此值加上比拟矿井现采水平标高1095m茅口组（P2m）运输大巷一般降水渗入量即为预算的拟建矿井茅口组（P2m）运输大巷涌水量一般值；加上比拟矿井现采水平标高1095m茅口组（P1m）运输大巷较大降水渗入量即为预算的拟建矿井茅口组（P1m）运输大巷涌水量较大值。根据本次田家煤矿矿井常观资料分析，以及本次ZK12、ZK13两个钻孔的注水试验资料分析：勘查区未来矿井涌水量将会比现在田家煤矿矿井涌水量有较大的增加，因此建议未来矿井+900m水平正常涌水量采用水平廊道法计算的最大涌水。即正常涌水量15780m3/d，最大涌水量为31782m3/d。

4.结论

整个勘查区的岩溶分带，共分为4个循环带，即850m以上为垂直循环带，800m~850m为季节性变动带，800m~140m为水平循环带，140m以下为深循环带。未来矿井开采的最低水平为+200m，因此，未来矿井的重点防治水工作分为两个水平：一是+800m水平以上，重点防治雨季的井下流量增大，本次对田家煤矿主井长观收集资料也反映出雨季流量增大，井下流量最大的时间也是大暴雨之后。二是+200~+800m水平，该段划分为水平循环带，该带也是突水事故发生的多发带，因此矿井未来开采至此水平之间时，应坚持有疑必探，先探后掘，防止突水事故发生。

参考文献：

［1］曹剑峰,迟宝明,王文科.专门水文地质学[M].科学出版社,2006.

［2］陈酩知,刘树才,杨国勇.矿井涌水量预测方法的发展[J].工程地球物理学报,2009,6(01):68-72.

［3］张盼,任金武,高家平.豫西郭村井田深部水文地质特征及涌水量预算[J].西部资源,2018(04):91-93.

作者:袁健华 单位:重庆一三六地质队