景續(xù)武 范 力

（安陽鑫龍煤業(yè)((集團(tuán)))紅嶺煤業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部，河南安陽 455000）

紅嶺礦水文地質(zhì)分析與最大涌水量分析

景續(xù)武 范 力

（安陽鑫龍煤業(yè)((集團(tuán)))紅嶺煤業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部，河南安陽 455000）

科學(xué)進(jìn)行礦井最大涌水量預(yù)測是防止水害事故發(fā)生的前提。為了防止水害事故發(fā)生，通過對(duì)紅嶺礦充水因素分析，利用勘探過程中對(duì)頂板砂巖含水層進(jìn)行抽水試驗(yàn)取得的水文地質(zhì)參數(shù)采用“解析法”、利用礦井歷年開采涌水量資料采用“比擬法”二種方法對(duì)紅嶺礦最大涌水量進(jìn)行預(yù)測，為未來深層開采提供可靠的依據(jù)，使水害防治措施達(dá)到最優(yōu)化。

水文地質(zhì)；充水性；涌水量預(yù)測；比擬法

1 井田概況

1.1 井田地層

紅嶺煤礦地處太行山區(qū)與華北平原過渡地帶，區(qū)內(nèi)地形起伏不平，溝谷縱橫，屬丘陵地貌。區(qū)內(nèi)總的地形是西高東低，北部東西高低懸殊較大，南部不甚明顯［1］。地面高程為152～303m，相對(duì)最大高差151m。礦井內(nèi)地層自老到新發(fā)育有：太古界-元古界的前震旦系，古生界的寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，中生界的三疊系，新生界的新近系及第四系。

1.2 井田構(gòu)造

本區(qū)位于安鶴煤田北部，總體構(gòu)造形態(tài)為走向近南北，傾向東的單斜構(gòu)造，地層傾角一般為12°～28°，區(qū)內(nèi)地層略有波狀起伏。區(qū)內(nèi)構(gòu)造受太行山隆起與湯陰斷陷直接控制，礦區(qū)南部有一寬緩的背斜構(gòu)造，礦區(qū)斷層較為發(fā)育，均為正斷層。除個(gè)別外，走向均為NNE向，傾角55°～78°。此外，礦區(qū)西南部還受到巖漿巖的影響，見圖1［2］。

礦區(qū)南部有一寬緩的背斜構(gòu)造，背斜軸部位于補(bǔ)6孔到補(bǔ)-06孔附近，呈北東東向，其北翼地層向北東傾斜，其南翼向南東傾斜，北翼較緩南翼較陡，南翼大部分在該區(qū)外。

據(jù)地質(zhì)鉆探揭露及地質(zhì)資料分析，礦區(qū)內(nèi)共發(fā)育斷層32條，其中落差大于100m的有1條（FB58）；落差50～100m的有1條（F33）；落差20～50m的有7條（F32、FB57、F407、F12、F211、F30、DF08）；其余23條落差均小于20m，且多為大斷層派生的［2］。

2 井田水文地質(zhì)條件分析

2.1 井田內(nèi)含水層發(fā)育情況

根據(jù)區(qū)域地層的巖性、巖性組合關(guān)系及地下水儲(chǔ)水空間特征將區(qū)域含水層劃分為碳酸鹽巖類巖溶及溶蝕裂隙含水巖組、二疊系砂巖裂隙含水巖組和新生界松散孔隙含水巖組三大含水巖組［2］。

圖1 紅嶺煤礦構(gòu)造圖

2.1.1 碳酸鹽巖類巖溶及溶蝕裂隙含水巖組

該含水巖組又可分為中上寒武統(tǒng)巖溶含水層（組）、中奧陶統(tǒng)灰?guī)r巖溶含水層（組）和太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水組。

中、上寒武統(tǒng)巖溶含水層（組）：出露于礦區(qū)最西部之林縣斷層上盤，厚度不詳，含水層為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等、巖溶比較發(fā)育，泉水流量20～300L/s，屬于強(qiáng)富水含水層。

中奧陶統(tǒng)灰?guī)r巖溶含水層（組）：區(qū)域揭露厚度368～400m左右，上部（200m范圍以內(nèi)）為厚、巨厚層狀灰?guī)r和花斑灰?guī)r，下部（頂界面200m以下）為白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶發(fā)育，構(gòu)成主要儲(chǔ)水空間，溶蝕裂隙次之，富含巖溶承壓水，但富水性不均一。

太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水組：呈狹窄條帶狀隱伏出露于礦區(qū)中部的崗子窯、銅冶、水冶一線，絕大部分上覆了幾米到幾十米的新生界堆積物，僅有個(gè)別小塊零星裸露地表。

2.1.2 二疊系砂巖裂隙含水巖組

包括二疊系山西組、上下石盒子組各含煤段中發(fā)育的中、粗粒砂巖含水層。地下水主要賦存于各含水層的構(gòu)造裂隙內(nèi)，富水性較弱，且不均一，主要受構(gòu)造控制；而對(duì)可采煤層有影響的含水層主要集中在山西組層段內(nèi)：其中二1煤層頂板以上60m范圍內(nèi)的中、粗粒砂巖含水組（以香炭段砂巖為主）多由2～4層砂巖組成，累厚約10～30m，富水性弱，為二1煤頂板充水的直接含水層。

2.1.3 新生界砂礫石層孔隙含水巖組

主要為洪積、沖積及冰積松散沉積物中之礫石、砂礫石、礫巖、流沙等孔隙含水層，分部于礦區(qū)中、東部，含水層最大累厚＞150m，平均厚度約75m；含水層主要接受大氣降水補(bǔ)給，富水性強(qiáng)，為礦區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活用水的主要水源地。

2.2 礦井充水性分析

2.2.1 充水水源

2.2.1.1 大氣降水

本區(qū)屬大陸性半干燥氣候區(qū)，年最大降雨量為1 182.2mm；年最小降雨量為271.9mm，年降雨量一般在500～800mm，多集中于7、8、9三個(gè)月。日最大降雨量為180.5mm，年蒸發(fā)量為1 584.3～2 335.3mm。補(bǔ)給時(shí)間較短，區(qū)內(nèi)基巖出露條件較好，但因地形高低起伏變化較大，地表徑流、排泄條件好，其滲入補(bǔ)給作用弱，補(bǔ)給量小，且二1煤層頂板有較厚的隔水層阻隔，故正常情況下，大氣降水對(duì)開采二1煤層影響不大。

2.2.1.2 第四系砂礫石孔隙水

該含水層多由洪、坡積物組成，其厚度較薄，且連續(xù)性差。又因礦區(qū)處于低山丘陵區(qū)，地面坡度大，降水排泄條件好，含水層補(bǔ)給條件差。該含水層下距二1煤層也較遠(yuǎn)，其間有石盒子組砂泥質(zhì)隔水層相阻隔，所含孔隙潛水一般對(duì)礦井生產(chǎn)無影響，推測僅當(dāng)在煤層頂板含水層在回采落頂后，冒落裂隙帶與之溝通時(shí)，雨季可構(gòu)成間接或直接充水水源，會(huì)對(duì)礦井生產(chǎn)有一定影響，故在生產(chǎn)中應(yīng)在煤層隱伏露頭帶留設(shè)一定的防水煤柱，以確保安全。

2.2.1.3 二1煤層頂板砂巖裂隙水

二1煤層頂板砂巖含水層組單層厚度小，補(bǔ)給條件差，富水性弱。在礦井生產(chǎn)中，當(dāng)回采落頂后，頂板砂巖裂隙承壓水將首先充入礦坑，構(gòu)成礦井頂板直接充水水源。據(jù)礦井生產(chǎn)資料，礦井充水多以頂板滴淋水方式充入礦坑，涌水量為50m3/h左右，開采過程中易于疏排。

2.2.1.4 二1煤層底板灰?guī)r巖溶裂隙水

二1煤層底板灰?guī)r含水層主要為C2灰?guī)r和O2灰?guī)r，其巖溶裂隙發(fā)育不均，富水性也不均一，因與二1煤層間有較穩(wěn)定的隔水層，故一般情況下，煤層底板灰?guī)r巖溶裂隙水對(duì)礦坑充水影響不大。但在受構(gòu)造破壞或隔水層沉積薄弱地段或深部開采，礦壓增大的條件下，則有可能使煤層底板灰?guī)r水進(jìn)入礦井。據(jù)抽水資料得知：C2灰?guī)r單位涌水量為0.012～0.63l/s.m，滲透系數(shù)為0.085～1.28m/d；O2灰?guī)r單位涌水量為0.017l/s.m，滲透系數(shù)為0.03m/d；

2.2.1.5 周鄰礦井對(duì)礦床充水的影響

本區(qū)南部為大眾井田，中間有一F1大斷層，西部為積善井田，以FB58為界，上述兩斷層基本不導(dǎo)水，且紅嶺煤礦位于上升盤，使本區(qū)不會(huì)與上述兩井田發(fā)生水力聯(lián)系。北部為主焦煤礦，該礦采空區(qū)距離本區(qū)較遠(yuǎn)，對(duì)本區(qū)影響不大。位于井田西南部的白蓮坡煤礦，是與本井田相鄰的淺部生產(chǎn)礦井。建礦至閉坑未發(fā)生頂、底板突水，水文地質(zhì)條件簡單。關(guān)閉后部分老空水以8m3/h動(dòng)水量進(jìn)入本礦。

2.2.2 充水通道

2.2.2.1 區(qū)域構(gòu)造對(duì)礦床充水通道的影響

本區(qū)處于新華夏系第三隆起帶-太行山復(fù)背斜的東翼。所以，NNE向構(gòu)造對(duì)地下水活動(dòng)有明顯的控制作用。如與煤系地層走向近似一致的NNE向的正斷層，沿傾向由東向西逐級(jí)抬起，形成一些交替出現(xiàn)的近南北向的狹長地壘、地塹，破壞了基巖含水層的連續(xù)性，因而來自西部山區(qū)O2灰?guī)r地下水的正常運(yùn)移被多次中斷，改變了地下水的正常排泄條件，形成一塊塊獨(dú)立的、補(bǔ)給條件不同的次一級(jí)水文地質(zhì)單元［3］。

本區(qū)雖有多條北東向斷裂通往岳城水庫，但由于北東向斷層多屬壓扭性斷層，導(dǎo)水性較差，且水庫離本區(qū)二1煤層距離較遠(yuǎn)，對(duì)本區(qū)影響不大。

2.2.2.2 頂板采動(dòng)裂隙和底板擾動(dòng)裂隙

采空區(qū)頂板自然垮落后，冒落帶［HC=（3～4）M= 24.12m］之上巖層因圍壓的重新調(diào)整，形成向上的導(dǎo)水裂隙帶（包括冒落帶）［HF=（100M/3.3n+3.8）+5.1=90m］，該裂隙形成二1煤頂板含水層的導(dǎo)水通道；另外，在二1煤底板薄弱地段受采掘影響會(huì)形成擾動(dòng)破壞帶，其裂隙可形成L8巖溶含水層向坑道充水的通道。

2.2.2.3 封閉不良鉆孔

區(qū)內(nèi)共施工鉆孔46個(gè)，其中煤田三隊(duì)共施工鉆孔20個(gè)，其中1孔煤層頂板封閉段不足60m，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為不合格。其余19孔均進(jìn)行過封孔，封閉質(zhì)量合格。原省建委地質(zhì)一隊(duì)施工鉆孔14個(gè)，其中3孔封閉合格；1孔未查到封孔資料，其封閉情況不詳；其余10孔均進(jìn)行了封閉，但煤層頂板封閉段不足60m，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為不合格。安陽礦務(wù)局施工的7個(gè)鉆孔，除補(bǔ)1孔封質(zhì)量合格外，其余6孔未查到封孔資料，其封閉情況不詳。華北石油地質(zhì)局第九普查勘探大隊(duì)施工的5個(gè)鉆孔，未查到封孔資料，其封閉情況不詳。在掘進(jìn)中應(yīng)勤防其封閉不良或未封閉鉆孔作為導(dǎo)水通道向巷道突水。

2.2.2.4 陷落柱：到目前為止，紅嶺煤礦無論是勘探、物探或是生產(chǎn)開拓過程中均未發(fā)現(xiàn)有陷落柱存在。

3 礦井涌水量構(gòu)成及預(yù)測

3.1 礦井涌水量的構(gòu)成

根據(jù)紅嶺煤礦最低開采標(biāo)高，礦井二1煤層深部預(yù)算至最大采深-800m水平，目前開采15采區(qū)，最低開采標(biāo)高為-494.5m，本次預(yù)算至-800m水平，其范圍以采礦許可證為準(zhǔn)。

據(jù)礦井生產(chǎn)資料，礦井正常涌水量多年來一至保持在80m3/h左右，目前礦坑充水水源全部為頂板砂巖充水，在15采區(qū)軌道、皮帶、回風(fēng)等巷道過FB57斷層揭露L8灰?guī)r含水層時(shí)，未發(fā)現(xiàn)L8灰?guī)r任何出水。即紅嶺煤礦礦井涌水量全部由頂板的淋水、滴水構(gòu)成。

3.2 礦井涌水量的預(yù)測方法選擇

本次涌水量預(yù)算利用礦井井撿孔二1煤層頂板砂巖含水層抽水試驗(yàn)取得的水文地質(zhì)參數(shù)，采用“解析法”公式（1）和利用礦井歷年開采涌水量資料采用“比擬法”公式（2）兩種方法進(jìn)行預(yù)算。

3.2.1 解析法預(yù)算公式

本次礦井涌水量預(yù)算選用承壓轉(zhuǎn)無壓“大井”公式中：

式中：

Q：礦井正常涌水量(m3/h).

K：充水含水層滲透系數(shù)（m/d）。

M：充水含水層平均厚度（m）。

H：當(dāng)疏干降深至-800m水平時(shí)含水層水頭高度。

R：疏干降水影響半徑（m）。

3.2.2 比擬法預(yù)算公式［5］

根據(jù)礦區(qū)歷年來涌水量資料，結(jié)合今后礦井隨開采深度增加，水壓增大，開拓降深與開拓面積與礦井涌水量之間的關(guān)系越來越密切，因此選用如下經(jīng)驗(yàn)比擬公式：

式中：

Q、Q0：預(yù)算礦井及現(xiàn)礦井正常涌水量（m3/h）。

S、S0：預(yù)算礦井及現(xiàn)礦井水位降低值（m）。

F、F0：預(yù)算礦井及現(xiàn)礦井開拓面積（km2）。

3.3 預(yù)算參數(shù)選擇

3.3.1 解析法預(yù)算二1煤層礦井涌水量的參數(shù)選擇［6］

①滲透系數(shù)K：采用井田內(nèi)井檢孔抽水試驗(yàn)參數(shù)K= 0.185m/d。

②疏干降深水頭高度H：井檢孔抽水后靜止水位標(biāo)高+137.97m，取二1煤層未來自-200m開拓至-800m時(shí)平均水柱高度為637.97m。

③含水層平均厚度M：礦區(qū)內(nèi)二1煤層頂板砂巖平均厚度18.70m。

3.3.2 比擬法預(yù)算二1煤層礦井涌水量的參數(shù)選擇

①現(xiàn)礦井正常涌水量Q0：采用近幾年來紅嶺礦平均正常涌水量80m3/h。

②礦井未來水位平均降深S：同解析法H值。

③現(xiàn)礦井水位平均降深值S0：自-50至-350m，平均降深為150m。

3.4 礦井涌水量預(yù)算結(jié)果

將以上預(yù)算參數(shù)分別代入公式（1）、（2）得出未來開拓至-800m水平時(shí)礦井正常涌水量，根據(jù)該區(qū)涌水量資料，正常涌水量增加40%即最大涌水量，見表1。

表1 礦井涌水量

4 結(jié)論

4.1 解析法預(yù)測礦井正常涌水量為4 9 5.1 1m3/h，最大涌水量693.15m3/h；比擬法預(yù)測礦井正常涌水量314.43m3/h，最大涌水量440.20m3/h.兩種方法預(yù)測的涌水量差異較大。

4.2 解析法采用的參數(shù)為鉆孔抽水試驗(yàn)取得的參數(shù)，不能完全揭露水文地質(zhì)條件，采用的水文地質(zhì)參數(shù)是唯一的，不能代表整個(gè)礦井的含水層特征，且本次解析法采用的是1970年冶金一隊(duì)施工的井檢孔抽水資料，雖然進(jìn)行了三次降深，但有兩次降距小于3m，用現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)為不合格，所以解析法采用該鉆孔抽水資料的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際有一定偏差。

4.3 比擬法是利用礦井建井至今歷年以來的礦井涌水量資料來預(yù)計(jì)未來的涌水量，其預(yù)算結(jié)果比較接近實(shí)際礦井涌水量。涌水量預(yù)算建議采用比擬法預(yù)算的礦井涌水量。

［1］河南省煤田地質(zhì)局.安陽鑫龍煤業(yè)（集團(tuán)）紅嶺煤業(yè)有限責(zé)任公司礦井生產(chǎn)地質(zhì)報(bào)告［R］.鄭州，2014.

［2］楊孟達(dá).煤礦地質(zhì)學(xué)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.

［3］倪宏革，時(shí)向東.工程地質(zhì)學(xué)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2009.

［4］崔可銳.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

［5］薛禹群.地下水動(dòng)力學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1979.

Hydrogeological Analysisand Analysisof theM aximum W ater Inflow in Hongling M ine

Jing Xuwu Fan Li
(Departmentof Production Technology Anyang Xinlong Coal(Group) Hongling Coal Limited Liability Company.Anyang Henan 455000)

Scientific forecast of themaximum water inflow in coalmine is a prerequisite for preventing the occurrence of flood.In order to prevent the sudden disaster of water bursting，by analyzing the water filling factors in Hongling mine，using"analyticmethod"for the hydrogeological parameters obtained by pumping test of roof sandstonewater layers in the exploration processand"hydrologic analogy"for thewater inflow data of Honglingmine over the years，themaximum water inflow in Honglingminewas predicted，providing a reliable basis for deepmining in the future，optimizing themeasures topreventand controldisasterofminewaterbursting.

hydrogeology；water filling；prediction ofwater inflow；analogy

U453

：A

：1003-5168（2015）03-0078-4

2015-2-15

景續(xù)武（1985.1-），男，大專，助理工程師，研究方向：含水層賦水規(guī)律。