李广亮
河南省资源环境调查三院 河南 郑州 450016
摘要：河南安阳大众煤业有限公司一水平开采殆尽，需改扩建至二水平。随近些年矿井周边煤矿的相继关闭，矿区的涌水量构成亦发生了变化，需重新计算矿井涌水量，本次运用解析法和比拟法对矿井的正常和最大涌水量进行预算，经分析比较后采用比拟法的计算结果，据此提出切实可行的防治水措施，从而为矿井的改扩建工程提供水文地质依据。
关键词：水文地质条件研究；充水因素分析；涌水量计算；防治水措施
0.引言
河南安阳大众煤业有限责任公司位于安阳市西北约30km处，行政隶属安阳县铜冶镇管辖(见图1-1），矿证有效期限2017年5月30日至2027年5月30日，开采深度由-110米至-550米标高，矿区面积16.0436平方公里，年开采规模为30万吨/年，分为两个水平：第一水平（-250水平）和第二水平（-550水平）。2017年矿井已采至一水平最低标高，120万吨改扩建工程即将延伸至第二水平。
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图1-1 大众矿区交通位置示意图
1.矿区水文地质特征
矿区属于太行山余脉丘陵地区，地势西高东低。地面冲沟发育，有利于大气降水的迳流和排泄。区域地下水接受西部太行山区基岩露头处大气降雨补给沿岩层倾向自西向东方向径流，径流至本矿后，继续向深部运移，一部分在遇弱透水岩层阻隔后，形成上升泉排泄于地表，另一部分则通过煤系地层继续向深部运移。2011~2012年随周边小煤矿的相继关闭，矿井涌水量构成已发生了变化，需重新计算矿井涌水量为矿井改扩建工程提供水文地质依据。
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图1-1 区域地下水补给、迳流、排泄概图
2.矿井涌水量构成及观测
2.1 矿井涌水量构成
目前井下涌水量主要由以下3部分构成。
1）大众矿生产期间正常涌水：充水水源主要为二1煤层顶板砂岩水，次为太原组上段灰岩岩溶裂隙水，目前涌水量70～86m3/h。
2）北风井北翼回风巷附近出水点：充水水源为铜冶矿及铜冶二矿老空水，目前涌水量163～172m3/h左右。
3）北翼-250运输大巷826m处出水点：充水水源为马村煤矿和王海地煤矿老空水，涌水量为42m3/h。
其中北风井北翼回风巷附近出水点的出水量包括两部分，一部分为铜冶煤矿停止通风排水后，2013年1月15日在北风井西北两条上山处出现的一出水点，水量为143m3/h，另一部分为铜冶煤矿及铜冶二矿老空水由14采空区渗出的老空水约20～29m3/h。而-250运输大巷826m处的出水点，则为马村、王海地煤矿停止通风排水后，其老空水在本矿的出水点，水量稳定。
2.2 矿井涌水量观测
目前本矿井下共设有5个观测站，分别为：南翼（-250东大巷车场口）、西风井平巷口、北翼-250大巷826m出水点处、12采区石门口及12采区五联络巷，近几年矿井涌水量观测台账见表6-3。通过近几年观测台账总结发现：本矿生产期间正常涌水量为300m3/h左右，最大涌水量为374 m3/h。分析矿井最大涌水量较正常涌水量大70m3/h左右，是由于安阳2016.7.19特大暴雨期间，大气降水通过地表入渗致本矿煤层顶板水及周边老空水水量增大，间接导致本矿井下涌水量增加。
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式中：Q：矿井全区涌水量m3/h；
K：副井井检孔抽水试验参数m/d；
M：矿井全区煤层顶板砂岩、底板灰岩平均厚度m；
H：当疏干降深至-550m水平时水柱高度m；
R：疏干降水影响半径； r0：“大井”半径m；
f：矿井全区面积km2； R0：引用半径m。
代入公式：Q=1.366〔K(2H-M)M〕/（lgR0-lgr0）得出
Q顶=247.95（m3/h）；Q底=151.73（m3/h）；
矿井正常涌水量=Q顶+Q底=399.68（m3/h）。
矿井最大涌水量Q最大=399.68m3/h×1.5=599.52（m3/h）。
2、比拟法
大众煤矿于1978年投产，至今已有将近40年开采历史，随2011~2012年周边矿井相继关闭，本矿目前井下涌水量由二1煤层顶、底板水及张村、王海地、铜冶煤矿及铜冶二矿老空水在本矿的井下出水点出水所构成，通过近几年的涌水量观测台账分析发现，周边矿井老空水在本矿的出水量为214m3/h，水量稳定，且不随开采标高及开采面积的增大而增大，但本矿井开采二1煤层涌水量除与开采面积有关外还与开采深度有关，故采用如下计算公式：
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式中：Q：矿井二1煤层正常涌水量m3/h；
Q0：采用2016年矿井二1煤层正常平均涌水量86m3/h；
F：矿井-550标高设计开采面积10.07km2；
F0：矿井现已开采的采空面积2.23km2；
S：矿井开采至最低-550m水平时水位降深值601.38m；
S0：矿井现开采水平-300m水位降低值351.38m。
代入公式得：Q=208.83（m3/h）；
故矿井正常涌水量Q正常=208.83 m3/h +214 m3/h =422.83（m3/h）
矿井最大涌水量Q最大=208.83 m3/h×1.5+214 m3/h =527.25（m3/h）。
3.涌水量预算说明
采用两种计算方法预算的?550m水平正常涌水量结果相差23.15m3/h，误差率5.5%。采用比拟法预算的矿井涌水量是该矿几十年的开采经验及资料积累，其比拟预算结果将比较符合客观实际；用解析法预算的矿井涌水量，则是利用2009年施工的新副井检查孔抽水试验取得的水文地质参数，以点代面对矿井顶、底板含水层涌水量进行的预算，因抽水钻孔相对较少，也不一定揭露含水层裂隙岩溶发育地段，所取得的结果可能偏差较大；故矿井涌水量建议采用比拟法预算结果。未来采掘-550m时涌水量422.83m3/h可以作为矿井正常涌水的设计依据，另根据邻近矿井调查资料，矿井最大涌水量是正常涌水量的1.3～2.5倍（表6-5），其中安林、马村及红岭煤矿与本矿水文地质条件类似，故采用此3矿最大与正常涌水量比值的平均值1.5，即矿井最大涌水量按正常涌水量的1.5倍计算，得出矿井最大涌水量为527.25m3/h，。
4.结论及建议
依照相关规范的规定，所预计的矿井最大涌水量是有变化规律的矿坑充水因素所形成矿坑涌水量的最高峰值，不包含在断层附近及采空区积水等极端情况的水量。本次预算的矿井涌水量为二1煤层顶、底板直接含水层的正常及最大涌水量，虽然概括了二1煤采巷的多种充水因素（如顶、底板、断层充水等），但此前矿井涌水并没有出现过下伏岩溶水向坑道突水的情况，而今后在采掘过程中，随着采深增加，下伏岩溶水（主要为太原组下段灰岩水及奥灰水）对二1煤巷道底板压力亦不断增高，有可能通过构造破碎带向矿井突水，因此上述预测结果仅供矿井深部开采参考依据。同时为了使预计的矿井涌水量更接近实际并能为矿井生产服务，在今后生产中要加强矿井水文地质工作，注意对水文地质资料的积累，根据实际资料及时对矿井涌水量进行修正。
参考文献
[1] 杜运夯.孙晓琳.陈小国 等《煤矿防治水细则》专家解读；
[2] 潘国英.武亚遵.林云等 《煤矿水害探查和评价》
[3] 河南省煤田地质局三队《安阳大众煤业有限责任公司生产地质报告》