摘 要：礦井涌水量的準確預測是礦井防治水工作的基礎(chǔ)和依據(jù)，針對躍進煤礦2-1煤開采時的頂板水害問題，利用水文地質(zhì)比擬法和解析法預測頂板砂礫巖的正常涌水量和最大涌水量，為水害的防治提供了可借鑒的技術(shù)保障，同時為其他類似水文地質(zhì)條件的采區(qū)工作面的涌水量預測提供科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞：涌水量；比擬法；解析法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.060

0 引言

河南大有能源躍進煤礦目前主要在23采區(qū)和25采區(qū)生產(chǎn)，主采煤層為侏羅系2-1煤和2-3煤，最大開采深度大于900m，自2001年以來，頻繁發(fā)生了頂板砂巖的突水事故，隨著開采深度的增大，面臨著越來越嚴重的頂板砂巖裂隙水水害威脅問題，以躍進礦25110工作面為典型，利用地質(zhì)和水文地質(zhì)資料分析工作面頂板水的突水特征，估算涌水量[1-3]，為工作面排水方案的制定提供了有力的科學保證。

1 工作面概況

躍進煤礦25采區(qū)主采2-1煤層，其頂板發(fā)育有大面積巨厚的侏羅系上、中統(tǒng)砂礫巖孔隙裂隙含水層，盡管接受淺部含水層和大氣降水補給微弱，加之巖性結(jié)構(gòu)致密整體上屬弱含水層，但在局部構(gòu)造裂隙發(fā)育地帶存在富水條帶，并且由于含水層儲水空間較大，地下水靜儲量較豐富，生產(chǎn)過程中，當采動裂隙帶溝通富水條帶時，就會發(fā)生頂板滴淋水。

25110工作面位于躍進煤礦25采區(qū)東翼，采用綜放工藝，與之相鄰且地質(zhì)和水文地質(zhì)條件相似的25080、25090工作面，在回采過程中均發(fā)生頂板砂礫巖裂隙水（以下簡稱頂板水）突水現(xiàn)象，其中25080和25090工作面總涌水量分別為260萬m3和8.8萬m3，25080工作面曾因頂板突水而被迫停產(chǎn)，因此頂板水對礦井的安全生產(chǎn)威脅巨大。 25110工作面在地面瞬變電磁勘探時，已探測有4個富水異常區(qū)[4]，頂板水嚴重影響和威脅礦井的安全生產(chǎn)。

2 影響涌水量的主要因素分析

2.1 頂板冒裂帶高度估算

躍進礦井2-1煤層直接頂板為泥巖，但是上覆老頂巖層屬于細紗巖和砂礫巖，抗壓強度高，頂板采用全陷落法管理。因此選用煤層覆巖為堅硬巖層類型公式進行計算頂板冒裂帶高度：

25110工作面煤層厚度約11m，計算表明，采動冒裂帶高度為81.3m，回采后將影響到上覆中侏羅系砂礫巖段含水層，預計采動過程中煤層頂板85m范圍內(nèi)的含水層中賦存水都將隨著工作面的開采而涌入礦井。

2.2 充水水源分析

排除了大氣降水、地表水和底板水后，經(jīng)過系統(tǒng)分析認為其突水水源有兩種：一是周邊的老空水，主要是指東鄰常村礦老空水；另一是頂板含水層水。根據(jù)收集及專門檢測的水質(zhì)資料并經(jīng)系統(tǒng)分析，確定常村礦老空水的水質(zhì)類型或為HCO3·SO4-Na·Mg型或為SO4·CL-Mg型，而躍進礦工作面突水的水質(zhì)類型為HCO3-Na型，由此基本排除周邊老空水的影響，又根據(jù)水文地質(zhì)鉆孔中所取的侏羅系中統(tǒng)砂礫巖含水層水樣的水質(zhì)化驗資料，發(fā)現(xiàn)工作面涌水的水質(zhì)類型與頂板含水層的相一致，所以可以確定頂板水害源自煤層老頂?shù)纳暗[巖層裂隙水。

據(jù)頂板冒裂帶發(fā)育高度的預測及充水水源分析[5]，工作面頂板涌水水源應為頂板砂礫巖含水層，因此頂板涌水量僅為頂板砂礫巖含水層的涌水。

3 工作面涌水量預測過程

3.1 水文地質(zhì)比擬法

根據(jù)25090工作面水文地質(zhì)參數(shù)的礦井涌水量，通過相似比擬關(guān)系，近似地推算20110的涌水量。 25090工作面煤層頂板砂礫巖含水層存在富水條帶，且發(fā)生了較大的突水，因此可以依據(jù)砂礫巖富水區(qū)的面積預測工作面的涌水量。水文地質(zhì)比擬法預測工作面正常涌水量的公式為：

Q0——已知的工作面正常涌水量，m3/h；F——工作面富水區(qū)面積，m2；F0——已知的工作面富水區(qū)面積，m2。25090工作面富水區(qū)面積約為32040m2、正常涌水量60m3/h，25110工作面富水區(qū)面積約為73870m2，將有關(guān)參數(shù)代入計算公式，可得25110工作面的正常涌水量為138.33m3/h。

3.2 解析法

（1）數(shù)學模型的建立。根據(jù)水文地質(zhì)勘探資料，將原含水層概化為理想的均質(zhì)、等厚含水層。同時將礦井工作面概化為一個理想的“圓形大井”。據(jù)鄰區(qū)3402鉆孔抽水試驗資料：q=0.0056L/s·m，K=0.0312m/d，水位標高+439.69m，屬弱富水含水層。

當頂板砂礫巖裂隙承壓水疏水時，水位將降至含水層底板以下，含水層內(nèi)承壓水變?yōu)闊o壓水，因此采用承壓轉(zhuǎn)無壓的“大井法”公式計算頂板涌水量：

K——滲透系數(shù)，m/d；H——疏降水頭高度，根據(jù)水位標高和工作面標高計算，m；M——含水層厚度，m；h——工作面內(nèi)水位標高，0m；——預測區(qū)折算半徑折算系數(shù)，1.075；a——工作面設計走向長度，1200m；b——工作面設計傾向長度，150m。r0——工作面的折算半徑，362.8m；R——影響半徑，m；R0——引用半徑，m。

（2）礦井涌水量計算。將有關(guān)參數(shù)代入所建立的數(shù)學模型，可以預測25110工作面的正常涌水量為126.4m3/h。見表1

3.3 預測結(jié)果評價

以上用兩種方法對25110工作面頂板砂礫巖含水層的正常涌水量進行了預測，可以看出：兩種方法預測的工作面頂板正常涌水量差別不大，可以用來指導生產(chǎn)實際，取最大值為138.33m3/h。

根據(jù)河南省其他礦區(qū)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，最大涌水量一般為正常涌水量的1.2～1.4倍。鑒于頂板砂礫巖含水層涌水量的難以預測性，故躍進礦井25110工作面的最大涌水量為193.66m3/h。

4 結(jié)束語

煤層頂板砂巖水是采（掘） 工作面直接充水水源，由于頂板砂巖裂隙含水層富水性弱且不均勻，具有出水時間短，水量迅速增大，儲量以靜儲量為主等特點，雖然不會造成淹井事故，但常給采煤工作面的正常生產(chǎn)帶來危害，選擇合理的水文地質(zhì)參數(shù)和數(shù)學模型預測工作面頂板水正常涌水量和最大涌水量，可為防治水措施的制定提供科學的理論依據(jù)，為水害的防治提供了可靠的技術(shù)保障。

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作者簡介：陳廣強（1972-），漢族，山西芮城人，本科，助理工程師，研究方向：礦山地測防治水技術(shù)。