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        華亭煤礦礦井涌水量預(yù)測研究

        2021-09-24 07:11:46慕斌甘肅煤電股份有限公司華亭煤礦甘肅平?jīng)?/span>744100
        化工管理 2021年25期
        關(guān)鍵詞:華亭富水涌水量

        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(kuò)建,設(shè)計生產(chǎn)能力和核定生產(chǎn)能力均達(dá)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(xì)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(jìn)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(jìn)行分析,對礦井正常涌水量和最大涌水量進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)》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(jìn)行預(yù)算,再對各預(yù)算成果進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(bǔ)給條件。

        在補(bǔ)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(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)》,本次大井法的計算結(jié)果精度相當(dāng)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(bǔ)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(yuǎn)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(yán)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)?;旧线€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(dāng)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(yùn)用大井法和富水系數(shù)法進(jìn)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。

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