对月亮田矿延深水平涌水量预测方法的探讨.pdf

2 0 0 2年 6月 矿 业 安全 与环保 ’第 2 9 卷 增刊 对月亮田矿延深水平涌水量预测方法的探讨 杨永祥 ， 王世彬 ， 肖坤 ， 邓鸢 盘江煤 电 集团 穿 司月亮田矿 ．贵州 盘县 5 5 3 5 3 2 摘 要 用最小二乘法预测月亮田矿延深水 平涌水量。 关键词 水文地质； 比拟法； 最小二乘法； 涌水量 ； 降水量； 开采 面积 中图分类号 T D1 2 文献标识码 C 文章编号 1 0 0 8 4 4 9 5 2 0 0 2 0 3 矿井水文是煤矿生产中重要 的一项技术基础工 作 ， 加强这方面的研究 ， 对矿井涌水量进行正确的预 计 ， 在生产经营中具有十分重要 的意义 ， 本文就这方 面进行一些探讨 。 1 区域水文地质概况 月亮田矿地层从老到新依次为二迭系下统茅 口组 、 二迭系上统峨嵋山玄武岩组 、 二迭系上统龙潭 组、 三迭系下统飞仙关组 、 三迭系下统永宁镇组及第 四系， 现对各组水文地质特征说明如下。 二迭系下统茅 口组 P 以厚层状灰岩为主， 底部 为遂石灰岩 、 白云质灰 岩组成 ， 厚约 3 4 4～8 8 5 m， 为区内强含水层 。 二迭系上峨嵋山玄武岩组 P B 峨嵋山玄武岩组 ， 由拉斑玄武岩 、 伊丁玄武岩、 玄武 质凝灰 岩 、火 山角砾 岩所组成 ，厚 约 2 0 0 ～ 7 3 2 m， 含水性极弱 ， 为一相对隔水层 。 二迭系上统龙潭组 P L 1 龙潭组主要 由砂质泥 岩、 粉砂岩 、 细砂岩 、 泥 岩及煤 组成 ， 总厚约 1 8 5～4 6 5 m， 底 部有一层 厚约 2～5 m的铝土岩 ，为一隔水层 。就本组而 言为一 弱含 水层 。 三迭系下统飞仙关组 T J f 本组分为上下两个段 ， 上段 由粉砂岩 、 细砂岩、 粉砂质泥岩组 ， 厚约 9 7～1 9 0 m。下段由中薄层粗砂 岩 、 粉砂质泥岩为主， 厚约 2 0 4 0 m， 此组为一弱含 水层 。 三迭系下统永宁镇组 T Y 永宁镇组上部岩性为白云岩、 石灰岩、 泥质灰岩 及泥质白云岩，中下部为薄层状泥岩、砂岩及粉砂 收稿 日期 2 0 0 2 0 40 2 作者简介 杨永祥【 1 9 6 3 一 ， 男， 助理工程师。1 9 8 4年毕 业于贵阳煤枝 ． 现任月亮 田矿 技术科科长。 4 0 岩 ，下部 为中厚层状灰岩及 泥质灰 岩 ，厚度约为 3 8 1 7 9 9 m， 为强含水层 。 第 四系 Q 区内第四系发育不 良， 分布零星 ， 在河谷 、 山麓 以及河流汇集处， 有坡积、 冲积、 洪积物等 ， 其厚度不 太， 分布范围不广。 矿井充水的主要水源为大气降水 和地层含水的静储量 ， 并通过孔 隙， 构造裂 隙和矿井 发生水力联系。 2 涌水量公式的建立 应用水文地质比拟法建立矿井涌水量计算经验 公式是 目前矿山较为常用 的方法 ，在应用此方法之 前 ， 必须找出矿井涌水量的主相关因素 。 寻找矿井涌 水量的主相关 因素；一般通过作矿井涌水量相关曲 线 图来进行几何形状的直观分析，即认 为因素的几 何形状曲线与浦水量几何形状越接近者，二者的变 化态势也越接近 ， 二者的相关程度也就越大； 反之 ， N---者的相关程度就越小 ，相关程度大者为主相关 因素， 从涌水量变化 曲线图上可看 出 见 图 1 。 矿井 涌水量与开采面积 、 降雨量是密切相关 的， 即开采面 积 、 降水量为矿井涌水量的主相关因素 ， 根据水文地 质 比拟法的原理可建立矿井涌水量计算 的经验公式 如下。 0q o 1 式中 0 、 0 旷 _ 一 矿井涌水量， 前者为预测的， 后者 为已有的 ； F 、 矿井开采面积 ， 前者为设计的 ， 后 者为已有的 ； P 、 P 0降雨量， 前者为待定的， 后者为已 有的； 把 1 1 式化 为对数方程如下 L g Q L g L g F L g 凡 ／m L g P P o ／n 维普资讯 2 0 0 2年 6月 矿 业 安全 与 环保 第 2 9卷增刊 根据最小二乘法原理 ，使理论值与实测值残差 的平方和为零 ∑ ． L g QL g 王 【 L g r L g e o ／ m L g P L g P o ／ m ] 0 通过对上式进行偏微分 可得 i n 、 l q 的表达式如下 【 L gP i k g P o L g P ． 一L g P o F - } ／ 【 Ⅳ 【 L g Q ． 一L gQ o L g P ． 一L g P o ] 一 ∑ 【 L gQ 一L g Q o ∑， L g P 一L g P o 2 m∑ t L g Fi L g Fo ／ ～ [ 互 L g Q 一 L g Q o 一 ． L g P 一 L g P o ／ Ⅳ 】 f 3 其中 lv _检验次数 m、 n 根指数 根据 1 9 7 92 0 0 0年实测涌水量与开采面积 ， 降 雨量的有关资料即可计算 2 3 表达式 。 1 9 7 9 2 0 0 0 年度涌水量、 降雨量、 开采面积成 果表见表 1 ， 利用表中的数据可算出 m2 ， n7 。 涌水量 、 降雨量 、 开采面积变化关系见图 1 。 表 1 1 9 7 9 2 0 0 0年诵水量 、 降雨量 、 开 采面职 3 水文地质 比拟法与最小二乘法 预测涌水量的对 比 4 { * 睡I g g 蚓 甚 避 廿 0 图 1涌水量 、 降雨量 、 开采 面积变化关 系曲线 图 在 月亮 田矿生产地质报告中， 延深水平涌水 量计算公式采用 的是 Q 2 3 1 1 ／ 1 0 5 4 F 式 中 0 预计涌水量； 2 ． 3 】 1 1 9 7 9 ． 1 9 9 0 年矿井涌水量平均值； 1 ． 0 5 4 1 4 0 01T 1 水平最大开采 面积。 F 设计开采面积 而用最小二乘法推导出的涌水量计算公式 QQ o 、 ／ 7。 而 现对以上两种方法进行验证， 检验数据为 1 9 7 9 ～ 2 0 0 0年实测矿井的年平均涌水量 ， 列表计算见表 表 2 1 9 5 92 0 0 0年平均涌水量 年份二乘法比拟 洼实测 河水量二乘法误差比拟{ 去误差 2 。 从上表计算结果看 出，最小二乘法预测的结果 与实测涌水量相 比误 差小于 2 0 ％的 占 1 0 0 ％，误差 小于 1 0 ％的占8 6 ％， 比拟法预测的结果与实测涌水 量相比， 误差小于 2 0 ％仅占3 2 ％， 下转第4 3页 ～ 厂 一 ～ 维普资讯 2 0 0 2年 6月 矿业 安全 与 环保 第 2 9 卷增刊 瓦斯为 7 ． 0 m ／ mi n ， 尾巷排放 1 1 ． 9 3 m ／ m i n ， 排放 瓦斯浓度在 2 ． 5 ％以下 。 4 工作面回风巷梯形棚全部回收 ， 不需用木 棚替换 ，充分利用工作面初次放顶前形成的卸压空 间进行尾巷瓦斯排放和抽放 。在回采过程中加强上 隅角的充填和管理 ， 均无瓦斯超限现象 ， 确保该面生 产安全、 顺利地进行 2 技术经济比较 方案一 本采 面充分利用 Y型通风结合尾巷抽 放综合治理该面瓦斯。与其它方法相 比较 ，可节约 资金 1 4 ． 5 62 4 ． 3 6万元 ， 同时缓解采掘接替 紧张局 面 ， 为生产布局的调整赢得 了宝贵的时间 ， 技术上可 行 ， 且突破传统的瓦斯治理方法 ， 取得良好的效果 。 方案二 采用高位巷和上隅角留管的方法治理 该面的瓦斯 ， 需在 l 0 层中掘 1 2 0 m的高位巷 ， 需要 投人一个月的工期 ， 掘进费用为 6万元 ， 且需再铺设 一 趟 02 0 0 mm， 长为 5 2 0 m的管路抽放高位巷和一 趟 03 0 0 mm的管路抽放上 隅角 ， 管路费用为 l 8 ． 3 6 万元 ， 多投人抽放管路和增加抽放费用 ， 此方案技术 上可行 ， 但施工工程量较大， 造成采掘接替紧张 ， 经 济费用较高 。 方案三 在回风巷施工一条瓦斯联巷 ， 全长 7 0 m 岩巷和上隅角留管抽放综合治理 ， 需投人资金 1 4 5 6万元 ，且在工作面回采过程中进行瓦斯联巷 的掘进工作 ， 严重影响工作 面的安全生产 ， 此方案技 术上可行 ， 但施工较困难 ， 经济费用较高。 经过以上技术经济比较 ， 方案一从技术 、 经济上 都具有可行性 ， 且较安全 、 经济 、 优化、 合理 。 3 结论 通过 Y型通风在我矿 1 3 1 2 9采 面的成功应用 ， 今后矿井 瓦斯防治必须加强瓦斯抽放 ；完善抽放系 统 ， 更新装备 ， 改进工艺 ， 全面推广综合抽放技术 ， 不 断提高瓦斯抽放效果和综合利用水平；依靠技术进 步， 狠抓瓦斯综合治理措施， 同时， 注意简化瓦斯防 治工程降低费用， 从而提高瓦斯综合治理能力， 促进 安全生产。 责任编辑 吴 自立 上接第 4 1 页 误差小于 1 0 ％的仅占2 ． 3 ％，根据 公式的取舍标准， 采用最小二乘法预测延深水平涌 水量是科学、 安全、 合理、 可靠的。 4 矿 井延 深水平涌水量 的预计 现采用最小二乘法与水文地质比拟法分别对南 一 采区与南 三采 区 1 4 0 0 m至 1 2 0 0 m水平矿 井涌水量进行预测。 4 ． 1水文地质比拟法 南一下 山采区总面积 2 ． 5 1 3 k m 已采 区矿井涌 水量 2 ． 3 1 2 2 m ／ mi n ， 最大开采面积 1 ． 0 5 4 k m 。 期末平均涌水量 5 ． 5 1 3 m ／ m i n ， 南三采区期末最大开采面积为 2 ． 3 4 1 5 k m ，已 采区矿井涌水量为 2 ． 3 1 2 2 m ／ mi n ，最大开采面积 为 1 ． 0 5 4 k m 。 期末平均涌水量 5 ． 1 3 6 6 m ／ m i n 。 4 ． 2最小二乘法 从 1 9 7 9 ～ 2 0 0 0年年平均降雨量为 1 1 3 ． 3 m m， 南一采区开采面积 2 ． 5 1 3 k m ， 南三采区开采面积为 2 ． 3 4 1 5 k m ， 1 9 7 9年矿井 年平均涌水 量为 1 ． 6 4 8 n ／ m i n ， 降雨量为 1 3 3 ． 5 m m， 开采面积为 0 3 5 7 k m 。 南一采区期末平均涌水量 4 ． 2 6 m ／ mi n 。 南三采区期末平均涌水量 4 1 2 m 3 ／ mi n 。 5 技术经济比较 分别用水文地质比拟法和最小二乘法对南一采 区与南三采区延深水仓 的井巷工程进行 比较 ，水仓 采用锚网粱 S 1 1 ． 5 6 m 。 ， S 1 0 ． 2 8 m ， 其工程 量计算如下 5 ． 1采用比拟法 南一水仓的有效容量 H 2 6 4 6 ． 4 m 水仓容量最低长度 L t 2 5 8 m 南三水仓的有效容量 n2 4 6 5 ． 6 m 水 仓容量最低长度 厶2 4 0 m 5 ． 2采用最小二乘法 南一水仓的有效容量 2 0 4 4 ． 8 m] 水仓容量最低长度为 L 1 9 9 m 南三水仓的有效容量 1 9 7 6 m 水仓容量最低长度为 厶 1 9 2m 从以上两种方法比较可知， 采用最小二乘法比 采用水文地质 比拟法节约水仓 1 0 7 m。 每米水仓按 2 1 0 0元的造价计算仅井巷工程就 可节约资金 2 2 ． 5万元。 用最小二乘法预计涌水量，还可使水泵和管路 选型合理， 避免大马拉小车现象， 减少资金投人量。 责任编辑 吴 自立 4 3 维普资讯