煤矿水文地质特征及矿井涌水量预测分析王博龙

煤矿水文地质特征及矿井涌水量预测分析王博龙

王博龙

七台河矿业精煤（集团）有限责任公司胜利煤矿黑龙江七台河154600

摘要：矿井水文地质特征的分析对于矿井安全生产具有积极的意义。为了让矿井发挥出它的最大效益，有必要对矿井的水文地质特征进行分析研究。矿井涌水量预测计算方法很多，进行不断的改进与创新，在满足基本矿井生产要求的基础上，进一步加强理论与实践研究是重中之重，本文据此做出了分析。

关键词：矿井；水文地质；特征

煤矿水文地质类型与特征在煤矿开采过程中具有重要的作用，能够为煤矿的中长期防治水规划的制定提供支撑，进而实现防治水安全。

一、煤矿水文地质类型的特征

从涌水量和富水系数进行煤矿水文地质特征分析，有助于煤矿依据涌水量、富水系数等进行防治水规划和合理安排煤矿开采工作，为安全的采矿提供理论支撑。

（一）涌水量特征分析

我国矿井涌水量已经达到71.7亿m3左右，黑龙江、内蒙古、河北等省的实际排水量已经超过2亿m3，占全国的83.20%。内蒙古、黑龙江、陕西等省的排水量超过1000m3。由此可见，矿井涌水量在煤矿开采过程中不可忽视，黑龙江省的矿井涌水量比较大，处于平均水平。

矿井最大涌水量和正常涌水量也是煤矿开采过程中需要重视的问题，这是因为最大涌水量与正常涌水量相差越大，越容易造成煤矿开采事故，需要采取措施应对煤矿开采过程中矿坑涌水问题，以保障煤矿开采安全。广西省煤矿矿井最大和正常涌水量比例相差最大，已经高达3.02；湖北、江西、重庆等省的矿井最大涌水量和正常涌水量比例在2～3倍之间；黑龙江、河南、内蒙古等省的矿井最大涌水量和正常涌水量相差不大，约为1.7。对煤矿区域进一步划分可知，矿井最大和正常涌水量相差较大的煤矿分布于亚热带季风性气候区，夏季多雨是造成矿坑涌水量增加的重要原因；矿井最大和正常涌水量相差不大的煤矿多位于大陆性季风气候。

（二）富水系数特征分析

矿井富水系数是在长期的开采过程中通过矿井排水量和同一期间的开采量的比值计算得到的，直接影响矿井涌水量的经济评价。依据调查结果可知，广西、湖北、重庆、四川等省是我国煤矿富水系数较高的地区，大于5m3/t；黑龙江、宁夏、内蒙古等省的矿井平均富水系数较少，低于我国矿井平均富水系数（2.04m3/t）。

二、矿井涌水量预测

矿井涌水量是指矿井在建设开发过程中，不同水源的水通过不同途径，单位时间内流入矿井的水量，是矿井井筒涌水量、巷道涌水量和采区涌水量的总和。

（一）预测计算的内容包括

1）矿井正常涌水量：指开采系统在某一标高（水平）时，正常状态保持相对稳定的总涌水量，一般指平水期的涌水量。

2）矿井最大涌水量：指开采系统在正常开采时雨季期间的最大涌水量。

3）井巷工程涌水量：包括井筒和巷道开拓过程中的涌水量。

4）矿井疏干排水量：指在规定的疏干时间内，将水位降到规定标高时所必需的疏干排水强度。它是指井巷系统还未开拓，或疏干漏斗还未形成，受人为因素（规定的疏干期限）所决定的排水疏干工程（钻孔或排水巷）的排水量。

5）矿井突水量：指井巷工程开拓过程或开采时对围岩或顶底板含水层造成影响和破坏，产生瞬时溃入矿井的水量，是矿井在不可预知的充水条件发生时所产生的涌水量。从理论上讲，矿井突水量是不可预知的，是无法通过预测计算获得的。这一不可预知性主要来自矿井涌水的过水通道类型（如小煤窑、断层、陷落柱等）不可预知。

（二）矿井涌水量预计常用的方法

1）水文地质比拟法预测。在矿井建设和生产过程中，要求对矿井涌水量作系统的收集、观测。通过对这些资料的综合分析，常可发现某些生产因素（如开采面积、巷道长度、开采深度等）与涌水量之间，有一定的变化规律。涌水量与生产因素的关系，通过数学表达后，就能用来预测地质、水文地质条件相似的设计矿井，或同一矿井设计巷道、工作面、巷道系统的涌水量。

2）稳定流解析法预测。在矿井疏干排水过程中，形成疏干（或降压）漏斗，当漏斗扩展到补给边界，矿井涌水量呈相对稳定状态，出现地下水流量和水位等动态要素不随时间变化的动平衡状态，这时可以用稳定流解析法预测矿井涌水量。对上述水文地质物理概念模型，可以用拉普拉斯（侧向补给稳定）或泊松方程（侧向加垂向补给稳定）来描述，并可用它的解析公式来预测矿井涌水量。

3）物理模拟方法预测。结合近似分割原理，改变解析法在处理实际问题过程中的过分理想化，而是以实际情况为出发点，一般在水文地质较为复杂的矿井中更为适用。通过大流量抽放水试验，获取水文地质条件的相关数据，为构建模型提供重要的信息资料。在模拟过程中，结合不同方法、不同比例将某一现象变化过程再现，如利用增长曲线的数学模型，可以对矿井涌水量的变化规律进行模拟。

4）水均衡法预测。结合水均衡的原理对矿井涌水量进行预测，全面研究地下水的动态变化规律；结合矿区在某一特定时期内的地下水收支状况、变化关系等，构建均衡方程式，以此判断待开采地段的涌水量。一般水均衡法可应用于地下水运动为非渗流型的充水矿床，因此需要明确矿区范围之内的地下水补给和排泄条件。通过对矿区疏干过程的变化进行分析，确定均衡的项目、数据等，可有效获得均衡计算结果。

5）非确定性分析法预测。在矿坑水中，无论是补给条件、矿体围岩岩性，还是矿床开采的方式、计算方法、参数选择等，都将对矿坑涌水量的测量精确性造成影响。那么在开展实际工作过程中，也存在各种不确定因素，如信息不完整、模糊性等。如果一味强调将不确定的因素转化为确定因素，必将对结果造成影响。对于矿井涌水量数值，客观体现了地下水系统的输出特征，在这一动态变化过程中，综合反映了含水层的水文地质结构、联系通道、人工扰动程度等因素。因此，如果不能更好地满足确定性分析方法，采取不确定性分析策略，通过序列方法对未来涌水量进行预算，具有可行性。

6）相关性分析法预测。相关性分析强调了统计分析策略，主要对矿井的涌水量以及相关影响因素进行统计，构建回归方程式。应用该种方法，涉及到各种实际数据，但是其计算过程中避免了水文地质参数以及其他因素对涌水量造成的影响，数据处理过程更加简单、更加直接。随着矿井开采力度的不断增加，不同因素对涌水量产生的影响也出现变化，不能采用统一的、可靠的计算公式。同时，回归方程也要考虑地域因素，不同矿区所受的充水影响因素有所不同，在分析过程中应加强重视。

三、结语

随着矿井开采深度的不断提高，矿井开采条件日趋复杂，单一的预测方法不再适用。因此，随着科学技术的不断发展，实现综合性、多元化的预测方法，不断开拓预算的思路和发展途径，进一步总结经验，提高矿井涌水量的预测精确性，为矿井发展提供服务。

参考文献：

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[2]米万隆，李学军，李娟，路学忠.宁夏羊场湾煤矿复杂地层大口径电缆孔施工技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程）.2018（04）

作者简介：

王博龙，1984年3月22日出生，男，汉，黑龙江省七台河市人，大学本科，研究方向：煤矿防治水和煤矿地质方面。