山东某煤矿矿井充水条件及涌水预测.pdf

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1、２０１５年第７期（总第１６０期）江西建材勘察与测绘山东某煤矿矿井充水条件及涌水预测■张福军，尚玉虎■山东正元建设工程有限责任公司，山东济南　２５４０００摘要：本文在分析该煤矿矿井地质及水文地质条件的基础上，分析研究矿井的在其采掘边界或一定范围内会逐渐形成统一的降落漏斗，理论上可将主要充水因素，煤层底板岩溶水是矿井水的主要来源，主要的充水通道其视为一个概化了的理想“大井”。同时，将诸多形状不规则的巷道所为断层破碎带。并同时运用大井法及数值法分别对矿井可能涌水量进占面积视为一个“大井”积。此时，整个巷道系统的涌水量就相当一个行预测。为该煤矿安全生产及扩大矿山

2、生产规模提供了水文地质依据。“大井”的出水量。这样，就可以借助涌水量计算公式直接求出矿井涌关键词：煤矿充水因素矿井涌水量水量。由于东翼采区内基本已经开采，所以本次主要计算西翼采区的涌水量，本次根据井田内各个水文孔以及供水井抽水试验资料，对井田该煤矿位于山东兖州市，水文地质类型属于复杂型，矿区范围内已开采１６上＋１７煤层矿井涌水量预算如下：探测的断层达１００余处，并大部分为导水断层，对煤矿的安全生产带来２πＫＭ０Ｓ巨大的危险，严重威胁井下作业人员的生命安全。采用公式：Ｑ＝Ｒ０１　矿井地质及水文地质条件１ｎｒ０该煤矿位于泗河冲洪积扇中部，该矿含煤岩系为石炭—

3、二叠系，属３式中：Ｑ———矿井涌水量（ｍ／ｄ）；Ｋ———渗透系数（ｍ／ｄ）；华北型含煤建造，为第四系覆盖型井田。井田地层由新到老分别为：第　　Ｍ０———含水层厚度（ｍ）；Ｓ———疏排降压设计降深（ｍ）；四系（Ｑ）、侏罗系（Ｊ）、二叠系（Ｐ）、石炭系（Ｃ）、奥陶系（Ｏ），主要可采Ｒ０———含水层的引用补给半径（ｍ）；Ｒ０＝ｒ０＋１０Ｓ槡Ｋ；ｒ０———引用煤层为１６上煤层和１７煤层，矿区范围内中、小型断裂构造比较发育，已探测的断层达１００余处，其中落差大于８ｍ的断层５０余条。半径（ｍ）；ｒ０＝０５６５槡Ｋ该煤矿区域水文地质上来说属于渊源泉岩溶地下水系统，该

4、系统矿区范围内，本溪组灰岩含水层为１６上、１７煤底板的间接充水含水层，选取五采区５６０２工作面作为主要的预测对象，经计算得出涌水量内岩溶地下水具有独立的补、径、排条件。矿区内对煤层开采威胁最大３约为６００ｍ／ｈ。的为本溪组灰岩及奥陶系灰岩，且灰岩之间局部存在一定的水里联系。３．２　数值法对涌水量预测２　矿井充水条件分析［２，３］矿区内本溪组灰岩含水层为１６上煤、１７煤开采的间接含水层，几数值法是目前实际生产中应用最广泛的涌水量计算方法。根据实际情况所建立的数学模型无法直接求解，必须转化成数值模型。乎全区分布，富水性低－中等，为主要含水层，在构造发育地带与

5、奥灰其原理是：将模型空间离散化，即用有限小单元的集合去代替原计算有一定的水力联系。奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层，属区域性强含水层，域，在此基础上，用差分原理或变分原理与插值法，将数学模型中的微为区内煤系地层各含水层的间接补给水源。本溪组灰岩含水层主要接分方程变为差分方程或有限元方程，其时，边界条件和初始条件也发生受西北部岩溶水的侧向补给，局部接受奥灰水补给，主要在断层附近。相应变化。对于数值模拟，时间也要离散。数值模型是系数字化的模奥灰水主要接受北部岩溶水的侧向补给，总体自北向南径流，排泄方式型———系数矩阵为数字矩阵。以向下游的侧向径流排泄为主，局部位置可

6、能通过构造裂隙以越流方依据渗流的连续性方程和著名的达西定律，结合该煤矿１６、１７煤式排泄。该煤矿充水水源有大气降水、地表水、老空水、裂隙水、岩溶层地下水系统水文地质概念模型相对应的三维非稳定流数学模型如水。根据该煤矿矿井充水情况分析，煤层底板岩溶水是矿井充水的主下：要来源，对煤矿开采威胁最大，也最严重。特别是在带压开采的情况ＨＨＨＨ下，地质构造破坏带是否沟通上覆含水层与奥灰水之间的联系。该煤（Ｋｘｘ＋（Ｋｙｙ＋（Ｋｚｚ＋Ｓ＝Ｓ槇ｓ（ｘ，ｙ，ｚ）εΩｔ＞０ｘｘｙｙｚｚｔ矿主要充水通道有：（１）（１）构造裂隙带充水通道。井下巷道揭

7、露的大中型断层未有出水Ｈ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）｜ｔ＝０＝Ｈ０（ｘ，ｙ，ｚ）（２）现象，断层带多为泥质胶结，均为隔水断层，但由于井田内小型构造发Ｈ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）｜（ｘ，ｙ，ｚ）＜Ｂ１＝Ｈ１（ｘ，ｙ，ｚ）（３）育，小型断层在矿区内众多，开采过程中出现多处出水点与这些小型构Ｈ造有关。由于张性断层或构造破碎带的存在，断裂附近岩石的力学强ｋ｜（ｘ，ｙ，ｚ）＜Ｂ２＝ｑ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）（４）ｔ度降低，渗透性及导水性增强，从而造成上覆及下伏含水层中地下水与式中：矿井开采煤层沟通，导致煤层顶板含水层中地下水下渗，以及下伏含水Ｈ—地下水水头；Ｈ０—含水层初始水头；Ｈ１

8、—各层边界水头层中地下水上涌顶托补给矿井，严重时可能导致灰岩突水。Ｋｘｘ，Ｋｙｙ