慕斌(甘肅煤電股份有限公司華亭煤礦，甘肅 平?jīng)?744100)

1 礦井概況

華亭煤礦1962年4月正式開始建井，經(jīng)過多次技術(shù)改造和改擴建，設(shè)計生產(chǎn)能力和核定生產(chǎn)能力均達到400萬噸/年，后根據(jù)沖擊地壓防治要求，礦井產(chǎn)能核減為330萬噸/年。礦井通風(fēng)方式為中央分列抽出式通風(fēng)。礦井采用立井、斜井聯(lián)合開拓方式，開采水平為+840 m水平，布置一個采區(qū)(2501采區(qū))和一個回采工作面(250107-1綜放工作面)，工作面采用條帶式布置、后退式俯斜開采，采煤方法為走向長壁傾斜分層綜采低位放頂煤法，全部垮落法管理頂板。

華亭煤礦水文地質(zhì)類型中等。礦井主要受影響含水層為煤層頂板第三含水層，該含水層由煤5層頂板以上的細砂巖-粗砂巖組成，為一復(fù)合含水層。單孔涌水量1.90～13.91 m3/d，單位涌水量0.000 47～0.003 73 L/s，滲透系數(shù) 0.00 170～0.00 653 m/d，該含水層底界距煤5層頂板0～25.6 m，平均距離9.0 m。根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)“兩帶”高度經(jīng)驗公式，工作面回采后形成的導(dǎo)水裂隙帶進入第三含水層，但第三含水層滲透性和富水性差，所以頂板第三含水層可能會造成巷道淋水等現(xiàn)象。

2 礦井涌水量

礦井涌水量是指礦井在開拓及開采過程中，單位時間內(nèi)流入礦井(包括井筒和開采系統(tǒng))的水量，是開采及設(shè)計單位制訂疏干措施，確定排水設(shè)備及其生產(chǎn)能力的主要依據(jù)[1]?，F(xiàn)就華亭煤礦目前礦井涌水組成及涌水特征進行分析，對礦井正常涌水量和最大涌水量進行預(yù)測。

2.1 礦井涌水量組成

根據(jù)近年來對礦井涌水量的觀測分析，礦井涌水量主要由生產(chǎn)用水、煤5層頂?shù)装鍧B水、淋水組成。

2.2 近3年來礦井涌水量觀測

根據(jù)礦井近3年平均涌水量觀測數(shù)據(jù)可知，礦井涌水量未發(fā)生大的變化，自建井以來礦井未發(fā)生突水事故。2020年礦井正常涌水量為75.3 m3/h，最大涌水量為108.4 m3/h。

3 礦井涌水量預(yù)測

3.1 計算方法的選擇

根據(jù)MT/T 1091—2008《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評價標準》附錄，常用的礦井涌水量計算方法主要有：水文地質(zhì)比擬法(富水系數(shù)法、單位用水量比擬法)、解析法(大井法、水平廊道法)等。論證本次采用解析法和水文地質(zhì)比擬法分別對華亭煤礦礦井涌水量進行預(yù)算，再對各預(yù)算成果進行分析，以確定合理的礦井涌水水量。

3.2 礦井涌水量預(yù)測

(1)解析法預(yù)算礦井涌水量。計算方法：根據(jù)《基坑工程手冊(第二版)》解釋了的解析法中大井法和水平廊道法等兩種方法適用范圍：“長寬比值小于10的視為輻射流，即可將巷道系統(tǒng)假設(shè)為一個理想大井，采用大井法進行預(yù)算；比值大于10的視為平行流，即將其概化為水平廊道，采用水平廊道法進行預(yù)算”。華亭煤礦采區(qū)長寬比小于10，礦井涌水量預(yù)算采用大井法。

①煤5層頂板以上礦井涌水。根據(jù)導(dǎo)水裂隙帶計算結(jié)果，煤5層頂板以上礦井涌水量為中侏羅統(tǒng)延安組第二段至第三段承壓含水層(第三含水層)涌水量。

采用本井田及周邊地區(qū)B405、B403、L1503、1406號水文孔相關(guān)資料計算第三含水層厚度、滲透系數(shù)、水頭高度、降深，用大井法對煤5層頂板以上礦井涌水量預(yù)算結(jié)果為1 989.16 m3/d。

②煤5層底板以下礦井涌水。煤5層底板以下礦井涌水為中侏羅統(tǒng)延安組第一段—上三疊統(tǒng)延長群承壓含水層(第一、二含水層)涌水量。

采用本井田及周邊地區(qū)1406、B403、水1、水3號水文孔相關(guān)資料計算滲透系數(shù)、水頭高度、降深等參數(shù)，采用大井法對煤5層底板以下礦井涌水量預(yù)算結(jié)果為1128.53 m3/d。

③大井法預(yù)算華亭煤礦礦井涌水量結(jié)果

Q總=1 989.16+1 128.53=3 117.69 m3/d。

(2)富水系數(shù)法預(yù)算礦井涌水量

①富水系數(shù)的計算公式為：

式中：Kp為富水系數(shù)(m3/t)；Q0為比擬煤礦的涌水量(m3/d)；P0為比擬煤礦的產(chǎn)量(t/d)。

②礦井涌水量的計算公式為：

式中：Q為本礦的涌水量(m3/d)；P為本礦的產(chǎn)量(t/d)。

根據(jù)2018年1月至2020年12月的礦井涌水量、實際產(chǎn)量計算的富水系數(shù)如表1所示。

表1 華亭煤礦涌水量統(tǒng)計和富水系數(shù)計算表

近年來華亭煤礦產(chǎn)量、礦井涌水水量較為穩(wěn)定，綜合平均富水系數(shù)Kp=0.197 m3/t。

③富水系數(shù)法預(yù)算涌水量結(jié)果。華亭煤礦核定產(chǎn)能為330萬噸/年，年運行時間按330 d計算，平均日產(chǎn)量10 000 t，Kp=0.197 m3/t，則華亭煤礦開采后正常涌水量為1 970 m3/d。

4 礦井涌水量預(yù)測結(jié)果評述

4.1 解析法預(yù)算的礦井涌水量評述

(1)在礦井開采條件確定的情況下，涌水量的大小主要取決于補給條件。

在補給條件不利的情況下，含水層涌水量隨水位降深的增大而增大到一定程度后，就不會隨降深增大而再增大。但在礦井涌水量的計算中，合適的降深值S是無法確定的[2]。本次計算中，煤層頂板進水水位降深是按照水位降到含水層底板計算的，煤層底板進水水位降深是按照水位降到礦井底板以下30 m計算的。頂?shù)装搴畬拥慕瞪钪刀计?，相?yīng)計算出的涌水量也較實際偏大。

(2)根據(jù)GB 15218—94《地下水資源分類分級標準》，本次大井法的計算結(jié)果精度相當于D級。預(yù)算值誤差較大的原因主要有：

①因抽水井布置較少，計算結(jié)果有一定的誤差；

②本次所采用的大井法是基于穩(wěn)定流理論推導(dǎo)的地下水動力學(xué)計算公式，它要求地下水有比較充分的補給條件，要求在該水平開采的幾年到幾十年內(nèi)，礦井排水計算的地下水影響半徑邊界上的水頭高度，永遠穩(wěn)定在計算采用的高度上，與實際情況有較大的出入。

4.2 富水系數(shù)法預(yù)算的礦井涌水量評述

富水系數(shù)法是一個半經(jīng)驗計算法，這是因為礦井涌水量和開采量之間嚴格意義上不是線性關(guān)系，礦井涌水量除與礦井開采量有關(guān)外，還與開采方法及井田內(nèi)部的水文地質(zhì)條件有關(guān)[3]。從華亭煤礦已有開采資料分析，該區(qū)礦井涌水量和礦井開采規(guī)模基本上還是成正相關(guān)關(guān)系，所以本次用富水系數(shù)法計算的礦井涌水量總體上能夠代表華亭煤礦未來礦井涌水量，因是半經(jīng)驗公式，所以計算的礦井涌水量的精度也應(yīng)為D級。

5 礦井涌水量推薦值

從安全角度考慮，本次論證采用富水系數(shù)法預(yù)算的1 970 m3/d作為礦井未來五年正常涌水量，將大井法預(yù)算結(jié)果3 117.69 m3/d作為礦井涌水量的最大值。

6 結(jié)語

綜上所述，煤礦礦井涌水量對開采活動的安全性具有重要影響，因此相關(guān)人員應(yīng)當提高對礦井用水量預(yù)測的重視程度。結(jié)合華亭煤礦的實際情況，運用大井法和富水系數(shù)法進行預(yù)測，結(jié)果顯示大井法預(yù)測值存在一定誤差，富水經(jīng)驗法計算結(jié)果能夠代表未來礦井用水量。基于此，綜合考慮安全因素，在實際預(yù)測工作中，建議將富水系數(shù)預(yù)測數(shù)值作為礦井未來五年的正常用水量，將大井法預(yù)測結(jié)果作為礦井用水量的最大值，為水害防治管理提供依據(jù)，提高礦井生產(chǎn)安全性。