2018年第5期
173郑庄矿井水文地质条件及矿井涌水量预测
齐鹏飞
（晋煤集团郑庄矿井项目筹建处，山西 晋城 048000）
摘 要
郑庄矿井3号煤层受奥灰含水层水害的威胁，在查明该矿井的水文地质条件的基础上,采用大井法和水文地质
比拟法对郑庄井田3号煤层先期开采地段涌水量进行预测，研究结果可指导郑庄矿井建设及采区防治水工作。关键词
水文地质条件 涌水量预测 郑庄矿井
中图分类号 P1.4+61；TD742 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2018.05.073
Hydrogeological Conditions of Zhengzhuang Mine and the Prediction of Mine Inflow
Qi Peng-fei
(Construction Department of Zhengzhuang Mine Project, Jin Coal Group, Shanxi Jincheng 048000)
Abstract: The no.3 coal seam of Zhengzhuang Coal Mine is under the threat of aquifer of Ordovician limestone. On the basis of the hydrogeological conditions of the mine, the big well method and hydrogeologic analogy method is adopted to predict early water inflow in the no.3 coal seam mining field, the results of which can guide the work of water prevention and control in the mine and mining production of Zhengzhuang Mine.Key words: hydrogeological conditions prediction of water inflow Zhengzhuang Mine
1 矿井地质
1.1 井田地质及可采煤层
井田内基岩出露良好，主要出露二叠系上统石千峰组、三叠系下统刘家沟组地层，第四系不整合覆于不同时代地层之上。现根据本次地质勘查成果结合以往地质资料，井田内揭露地层从老到新为奥陶系、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、三叠系下统刘家沟组和和尚沟组、第四系上中更新统和全新统。井田可采煤层主要为二叠系下统山西组，主要可采煤层3号煤位于本组下部，煤层厚3.90~6.14m，平均厚5.30m，含泥岩、炭质泥岩夹矸0~2层，以距顶板约0.50m左右和距底板约1.00m左右的两层较为稳定(厚度0.05~0.60m)，该煤层属全区稳定可采煤层。
陷落柱，未发现岩浆岩侵入，井田的构造总体为简单类型。井田北部受沾尚～武乡～阳城北北东向褶带的影响，地层走向表现为近南北向；南部受沁水盆地南缘东西～北东向的寺头、羊泉断裂带的影响，表现为北东向。井田构造图如图1所示。
1.2 井田构造
井田位于沾尚～武乡～阳城北北东向褶带南段，晋～获褶断带西部，沁水盆地南缘东西～北东向断裂带的东北部。井田总体以宽缓褶曲为主，除南部的几个大型断层外，有少量的小断层和较密集
2018-01-20收稿日期
作者简介 齐鹏飞（1988-），本科学历，助理工程师，山西省晋中市昔阳县，2010年7月毕业于山西省阳泉职业技术学院工程地质专业。
图1 井田构造纲要图
2 井田水文地质2.1 边界条件
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井田东北邻东大井田，东南接寺河煤矿，西南是崦山自然保护区，西接里必井田。东大井田、里必井田尚未进行建设。井田位于延河泉域北边界剥蚀山区，沟谷切割较深，出露二叠、三叠系，第四系松散沉积物分布于山梁及沟谷之中，井田边界为人为边界，同层含水层与周边存在水力联系。
2.2 含水层划分
本次勘查工作目的为煤矿防治水工作提供水文地质依据，含水层的划分以煤层开采的矿井充水水源为依据，开采煤层因沉积条件在矿区内赋存具有差异性，依次赋存山西组中部的3号煤层和太原组中下部的15号煤层，3号煤层开采后冒裂带局部可能导通山西组及下石盒子组底部含水层，基本为二叠系砂岩裂隙含水层，将其划分为煤层顶板直接充水含水层（3号煤顶板砂岩裂隙含水层），3号煤层以下奥陶含水层为底板间接充水含水层，部分地段煤层带压开采；太原组含水层为15号煤层直接充水含水层，煤层以下奥陶含水层为太原组煤层开采底板间接充水含水层，煤层全井田带压开采。第四系及基岩风化带松散含水层、三叠系含水层为3号煤层间接充水含水层，以往已经基本查明水文地质参数，井田一定范围内有地表裂缝和滑坡，但不会形成积水，井田内煤层埋藏比较深，开采裂痕不影响地面，也基本不会影响地表水和降雨渗漏，地表水也不会影响井下的开采工程，因此主要可采煤层3号煤层的直接充水含水层为顶板砂岩裂隙含水层，该水层富水性弱，水文地质勘探类型属三类一亚类二型；3号煤层以下奥陶含水层为底板间接充水含水层，部分地段煤层带压开采，第四系及基岩风化带松散含水层、三叠系含水层为3号煤层间接充水含水层；太原组含水层为15号煤层直接充水含水层，煤层以下奥陶含水层为太原组煤层开采底板间接充水含水层，井田内奥灰水龙头压力大，煤层全井田带压开采。
3 矿井涌水量预测
本次采用比拟法、解析法（大井法）两种方法对郑庄井田3号煤层先期开采地段涌水量进行预测。根据井田煤层赋存与勘查情况以及煤层开拓方式与盘区接替关系，确定矿井先期开采地段位于井底西侧附近的南一盘区及井田南部东侧羊泉断层以北区域，先期开采地段面积为51.60km2
。
本次勘查对山西组及下石盒子组（3号煤层顶
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板）砂岩裂隙含水岩组进行了抽水试验。各岩组水文地质参数K、R值均按照承压完整井稳定流抽水裘布依公式及经验公式进行计算，结果如表1所示。
表1 3号煤层顶板含水层单孔抽水试验成果汇总表
含水层孔号厚度单位涌水量降深S涌水量
渗透系
（m）q91（L/s·m）（m）Q（L/s）
数K
（m/d）0-59.250.002382.000.1860.02506-54.550.0003128.020.0390.00667-110.300.000026
218.24
0.00574
0.0002平均
8.03
0.0106
3.1 大井法
根据水文地质条件，矿井涌水量的预测采用地下水动力学的解析法，承压转无压完整井的稳定流计算公式：
Q=
1.366K(2H−M)M （1）
lgRr0
0
式中：
Q-矿井涌水量，m3/d；K-渗透系数，取0.0106m/d；M-含水层厚度，取8.03m；
H-承压含水层的静止水位（含水层底界为基准面），取669.95m；
R0-含水层的引用补给半径，取5762.13m； r0-引用半径，取5072.37m。
将上述参数代入公式（1），得郑庄矿井投产后的正常矿井涌水量为2796.38m3/d。
3.2 富水系数比拟法
寺河煤矿为井田临近矿井，含煤地层及水文地质特征基本一致，开采技术条件相似。寺河煤矿核定生产能力为1080万t/a，寺河煤矿（东区）+350m水平，正常涌水量285.42m3/h，富水系数为0.1903m3/t·d；最大涌水量344.42m3/h，富水系数为0.2296m3/t·d（见表2）。选用该矿坑已知的矿井涌水量资料来比拟推算井田先期开采地段3号煤层开采技术条件下的矿井涌水量。
计算公式如下：
Q=Kp·P （2）式中：
Q-预算矿井涌水量，m3/d；Kp-含水系数，m3/t·d；
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175河矿井正常涌水量数据，但寺河矿井比井田煤层埋深浅，含水系数法计算的结果可能偏大。
P-矿井设计产量，矿井设计年产量为4Mt，按每年300个工作日计算，取13333.33t/d。
表2 寺河煤矿富水系数统计表
项目矿井
日排水量（m/d）实际生
产能力日产煤量（万t）最大正常1080
36000
3
富水系数最大
正常0.1903
4 结论
本文在充分查明郑庄井田矿井的水文地质条件的基础上，对3号煤层先期开采地段涌水量进行预测。综合大井法和含水系数法计算结果，正常涌水量采用大井法计算结果，渗透系数采用3孔抽水试验平均值，计算结果偏小，取值时比计算值略偏大，井田正常涌水量取2800m3/d；最大涌水量采用比拟法结果，考虑计算值偏大，取值时比计算值略小，最大涌水量取3000m3/d。该研究结果可为类似的工程建设提供参考，但本文搜集以往的矿井水文地质资料较少，无法对地下水流场及分布进行详细分析，需进一步进行补充勘查工作。
【参考书目】
(t/d)8266.086850.080.2296
采用寺河煤矿矿井涌水量资料比拟计算的郑庄井田未来矿井涌水量见表3。
表3 相关比拟法预测成果表
项目设计生
开采强度比拟
对比产能力
(t/d)层位
煤矿（万t）郑庄井田
400
正常涌水量（m3/d）m3/d
m3/h
最大涌水量（m3/d）m3/d
m3/h
13333.333煤2537.33105.723061.33127.56
通过与寺河煤矿实际开采情况及涌水量资料比拟计算，郑庄井田开采3号煤层的正常涌水量为105.72 m3/h，最大涌水量127.56m3/h。
［1］ 李白英.矿井地质手册[M].煤炭工业出版社,2015.［2］ 邢相荣,卜昌森.综合物探探测煤矿水文地质条
件[J].煤田地质与勘探,1997(5):4-7.
［3］ 王佟,蒋泽泉.榆神府区矿井水文地质条件分类
研究[J].中国煤炭地质,2011,23(1):21-24.
［4］ 李志明.大采深高承压矿井水文地质条件及防治
水技术[J].煤炭科学技术,2010,38(9):104-107.
［5］ 杨占盈,白有社.雅店煤矿水文地质条件及防治
水研究[J].中国煤炭地质,2010,22(4):45-49.
3.3 计算结果评价
“大井法”综合考虑了充水含水层边界条件、水文地质分区、含水层试验参数等，选择的计算公式比较符合本矿实际情况。但采用抽（放）水试验取得的K、T值，受抽水试验降深及时间的制约，其预测结果可能与降深较小时涌水量和初期涌水量相近，而略大于多年平均涌水量；富水系数采用寺
（上接第172页）
件的综合分区。
（2）利用Visual ModFlow水流模拟软件建立了研究区水文地质模型，模型拟合了矿区相关水文观测孔资料，对长平矿开采15#煤层疏降涌水量进行了预测。
【参考书目】
2.2 涌水量“双预测”
运用识别后的模型对15#煤层顶板涌水量进行了预测，预测井田15#煤层顶板自然状态下涌水量为547.m3/h，对8#煤层底板至15#煤层顶板含水层组采取顶板注浆改造后的疏排水方案，将自然状态下的水位降为五分之三，15#煤层顶板含水层正常涌水量为427.04m3/h。
［1］ 武强,董东林.水资源评价的可视化专业软件
(Visual Modflow)与应用潜力[J].水文地质工程地质,1999(5):21-23.
［2］ 武强,黄晓玲,董东林,等.评价煤层顶板涌
（突）水条件的“三图-双预测法”[J].煤炭学报,2000,25(1):60-65.
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量动态预测[J].煤田地质与勘探,2000,28(6):32-35.
［4］ 薛禹群,谢春红.地下水数值模拟[M].北京:科
学出版社,2007.
［5］ 赵焕臣,许树柏,和金生.层次分析法-一种简易
的新决策方法[M].北京:科学出版社,1986.
3 主要成果
（1）通过对长平矿地质条件、水文地质条件的研究，对长平矿15#煤层顶板含水层富水性的主要控制因素进行了综合分析，确定了含水层厚度、渗透系数、单位涌水量、岩芯采取率、冲洗液消耗量这五种因素是15煤层顶板含水层主要控制因素，并在结合划分的15煤层冒裂安全区与危险区的基础上，最终得出15煤层顶板含水层涌（突）水条
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