謝紅東

（貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550000）

礦井位于織金縣東部境內(nèi)，行政區(qū)劃屬馬場(chǎng)鄉(xiāng)管轄，筆者本次研究旨在詳細(xì)研究水文地質(zhì)特征，分析其充水因素，查明井田水文地質(zhì)條件，預(yù)算先期開采地段涌水量，為礦井的可行性研究、初步設(shè)計(jì)及礦井建設(shè)提供地質(zhì)資料。

目前井田涌水量預(yù)算方法較多，比較常用的包括解析法、水文地質(zhì)比擬法、大井法、數(shù)值模擬法、回歸分析法等，但不同的計(jì)算方法都有對(duì)應(yīng)的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)[1-3]。針對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件的特性及預(yù)算方法的適用性、廣泛性，筆者選用比擬法對(duì)研究區(qū)涌水量進(jìn)行預(yù)算研究，為其它類似井田涌水量的預(yù)算提供一定的借鑒意義。

1 地質(zhì)背景

1.1 構(gòu)造特征

本礦區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ級(jí)）、黔北臺(tái)?。á蚣?jí)）、遵義斷拱（Ⅲ級(jí)）、貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)（Ⅳ級(jí)）東部凹河背斜東翼[4]。區(qū)域構(gòu)造形跡為一系列北東～南西向的背、向斜，區(qū)域西部為凹河背斜，東部為馬場(chǎng)向斜，南部發(fā)育有F34區(qū)域正斷層。

1.2 水文特征

區(qū)內(nèi)含水層有3層，分別為茅口組、長(zhǎng)興組、大冶組；隔水層有2層，包括峨眉山玄武巖組、龍?zhí)督M。礦床主要充水水源為龍?zhí)督M自身的裂隙水，其次為地表水（三岔河凹河段），龍?zhí)督M水文地質(zhì)特征如下：

巖性以碎屑巖為主，夾灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖及煤層。厚237.42m～277.90m，平均厚264.08m。15個(gè)鉆孔揭穿該層位時(shí)，有6個(gè)鉆孔漏水，其中201鉆孔在孔深14.65m處漏水，漏水點(diǎn)標(biāo)高為1116.61m；202孔在孔深78.60m處漏水，漏水點(diǎn)標(biāo)高為1118.58m；204鉆孔在孔深47.16m處漏水，漏水點(diǎn)標(biāo)高為1155.49m；402鉆孔在孔深37.80m處漏水，漏水點(diǎn)標(biāo)高為988.20m；403鉆孔在孔深193.40m處漏水，漏水點(diǎn)標(biāo)高為824.67m；501鉆孔在孔深25.65m處漏水，漏水點(diǎn)標(biāo)高為996.65m；漏水點(diǎn)多為發(fā)育的石灰?guī)r。203號(hào)鉆孔抽P3l水獲得滲透系數(shù)K＝0.0038m/d，水樣分析資料：水質(zhì)為HCO3--Ca+2型。104號(hào)鉆孔抽P3c+l水獲得滲透系數(shù)K＝0.0018m/d。水樣分析資料：水質(zhì)為SO4--Ca+2·Mg+2型。

根據(jù)301、302號(hào)鉆孔揭露F1的情況及簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)分析，F(xiàn)1斷層具有一定的阻水性，自然狀態(tài)下對(duì)礦區(qū)內(nèi)斷層附近礦層的開采影響不大，但是將來(lái)因采動(dòng)破壞了斷層的自然屬性，可能會(huì)造成斷層變得具有導(dǎo)水性[5,6]。

2 礦床充水因素分析

2.1 充水水源

研究區(qū)內(nèi)充水水源主要包括大氣降水、地表水及地下水。據(jù)礦坑涌水量長(zhǎng)期觀測(cè)資料，地下水的變價(jià)率為2.4倍。地表水體主要為流經(jīng)礦區(qū)外圍北部的凹河，流量較大，河床標(biāo)高+940m，將來(lái)開采東部及北部礦界附近時(shí)，對(duì)開采+940m標(biāo)高以上礦層影響較小，對(duì)開采+940m標(biāo)高以下的因受凹河水側(cè)向補(bǔ)給的區(qū)域，礦井涌水量會(huì)成倍的增加。地下水主要包括大冶組巖溶水、長(zhǎng)興組巖溶裂隙水、龍?zhí)督M碎屑巖基巖裂隙水、斷層水及老窯水。斷層本身一般富水性弱，導(dǎo)水性差；但當(dāng)斷層將上覆或下伏強(qiáng)含水層與煤層的距離拉近或接觸時(shí)，則易形成地下水互竄，進(jìn)而形成水水文地質(zhì)災(zāi)害[7-10]。而區(qū)內(nèi)先期開采地段位于地層深部，沒(méi)有老窯，老窯水的危害可能性較小。

圖1 區(qū)域構(gòu)造綱要圖

2.2 充水途徑

研究區(qū)內(nèi)斷層較發(fā)育，斷層帶將成為井田充水的主要通道；而區(qū)內(nèi)各地層淺部巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育，風(fēng)化裂隙是大氣降水補(bǔ)給充水含水層的主要通道，也是地表水或老窯水滲入井田的通道，同時(shí)也是充水含水層的基巖裂隙水流入井巷的通道。未來(lái)采礦活動(dòng)產(chǎn)生的冒落裂隙也將成為地下水、地表水和老窯水滲入井田的通道。封閉不良的鉆孔亦是地下水和地表水進(jìn)入井巷的通道。

3 井田涌水量預(yù)算

井田水文地質(zhì)類型是以龍?zhí)督M裂隙充水為主的裂隙水充水礦床，結(jié)合井田主要充水因素分析，本次采用比擬法進(jìn)行涌水量的預(yù)算。

根據(jù)《貴州新浙能礦業(yè)有限公司織金縣馬場(chǎng)鄉(xiāng)營(yíng)腳煤礦（預(yù)留）先期開拓方案》，礦井劃分為一個(gè)水平，水平標(biāo)高+850m，水平標(biāo)高+850m以上劃分為一個(gè)采區(qū)，為先期開采地段；水平標(biāo)高+850m以下劃分為一個(gè)采區(qū)，礦井共分為兩個(gè)采區(qū)。

先期開采地段在平面上的投影可視為一不規(guī)則的圓形，面積1304250m2?，F(xiàn)在估算先期開采地段（+850m標(biāo)高以上）礦井的涌水量。

營(yíng)腳煤礦先期開采地段的礦井涌水量由兩部分組成：一部分為龍?zhí)督M及上覆地層的涌水量；另一部分為三岔河側(cè)向補(bǔ)給的涌水量[11]。

3.1 龍?zhí)督M及上覆地層的涌水量估算

在本次擴(kuò)能之前在先期開采地段已經(jīng)形成一定的采空區(qū)，采空區(qū)面積一共約220000m2；本次收集該礦2017年2月至2017年12月礦井涌水量臺(tái)賬，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在此期間礦井最小涌水量753.60m3/d，最大涌水量3562.56m3/d，平均涌水量1486.08m3/d；該采礦地帶目前一直處于正常生產(chǎn)狀態(tài)，礦井排水工作正常。結(jié)合目前礦井水文地質(zhì)條件及該礦的實(shí)際生產(chǎn)情況分析，該礦采用比擬法預(yù)算礦井涌水量比較可靠?，F(xiàn)用比擬法對(duì)該礦涌水量進(jìn)行預(yù)算，采用概化的經(jīng)驗(yàn)公式如下：

Q=Q1(F/F1)1/2(S/S1)1/2

式中：Q--預(yù)測(cè)未來(lái)礦井先期開采地段涌水量（m3/d）；

Q1—目前礦井實(shí)測(cè)涌水量，1486.08m3/d；

F1—目前礦井采空區(qū)控制總面積，220000（m2）；

F—未來(lái)礦井先期開采地段面積，1304250（m2）；

S1—目前礦井地下水位降深，即龍?zhí)督M及上覆地層混合近似靜止水位平均標(biāo)高1069m與目前礦井采空區(qū)最低水位標(biāo)高909m之差，160（m）；

S—未來(lái)礦井先期開采地段地下水位降，即龍?zhí)督M及上覆地層混合近似靜止平均水位標(biāo)高1069m與+850m之差，219（m）。

最大值與平均值之比采用某礦2017年2月至2017年12月礦井涌水量的系數(shù)2.40。+850m水平預(yù)算礦井涌水量采用參數(shù)及結(jié)果如表1。

表1 礦井涌水量采用參數(shù)及結(jié)果表

表2 礦井估算三岔河凹河段側(cè)向補(bǔ)給量采用參數(shù)及結(jié)果表

3.2 三岔河凹河段入滲補(bǔ)給量的估算

三岔河凹河段位于礦區(qū)北部及東部邊界外附近，在北部此段河床距礦界較近，與北部礦界近平行，將來(lái)開采范圍擴(kuò)至礦區(qū)北部邊界附近，開采深度低于凹河河水面標(biāo)高+940m時(shí)，凹河的河水入滲補(bǔ)給會(huì)成為礦井的充水水源，成為礦區(qū)直線定水頭補(bǔ)給邊界[12-14]。在保證留設(shè)足夠的防水煤柱的提前下，估算凹河的正常補(bǔ)給量。

現(xiàn)采用以下公式估算凹河的補(bǔ)給量：

式中：Q凹河—預(yù)計(jì)凹河的補(bǔ)給量（m3/d）；

k—滲透系數(shù)，以203鉆孔及104鉆孔抽水試驗(yàn)獲得的滲透系數(shù)的平均值，k為0.0028m/d；

H—飽水厚度，采用三岔河凹河段水位標(biāo)高+940m與礦區(qū)范圍內(nèi)龍?zhí)督M地層底板最低標(biāo)高+650m之差，290m；

S2—疏干降深，以+850m為疏干水平，疏干降深為凹河水位標(biāo)高+940m與先期開采地段最低開采標(biāo)高+850m之差，90m；

b—先期開采地段中心至凹河的距離，960m；

r—引用半徑，644m；

+850m水平估算凹河補(bǔ)給量采用參數(shù)及結(jié)果如表2。

3.3 整個(gè)礦區(qū)的涌水量

將來(lái)整個(gè)礦區(qū)正常情況下的涌水量為龍?zhí)督M及龍?zhí)督M上覆地層的涌水量與三岔河凹河段補(bǔ)給量之和，即Q總=3071m3/d。最大涌水量為正常涌水量的2.4倍，即最大涌水量Q最大=7369m3/h。

本次預(yù)算的涌水量結(jié)果代表礦區(qū)建設(shè)中后期的礦井涌水量，為正常情況下含水層的涌水量，不包括老窯突水、地表溪溝、河流水通過(guò)采礦裂縫等潰入礦井的情況及因采動(dòng)破壞造成斷層局部突水等情況對(duì)礦坑涌水量的影響。

3.4 礦井涌水量估算評(píng)價(jià)

該礦總體為一單斜構(gòu)造，南西高北東低，以往形成的采空區(qū)位于南西部，礦井水大致由南西往北東匯如井底水倉(cāng)。本次估算的參數(shù)采用合理，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析，利用礦井實(shí)測(cè)的涌水量資料，比擬性較好，本次涌水量預(yù)測(cè)采用“比擬法”結(jié)合“解析法”進(jìn)行估算，估算結(jié)果可靠。

礦坑涌水量是一動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，其與地形地貌、巖性、構(gòu)造、降雨、巖石的透水性、富水性、補(bǔ)、徑、排等水文地質(zhì)條件有直接的關(guān)系，同時(shí)與巷道布置、掘進(jìn)方法、開采水平、采空區(qū)面積、頂板管理等采掘工程也有直接的關(guān)系。一般在開采初期，涌水量小，隨著開采面積的增大，上覆地層的采礦導(dǎo)水裂隙帶范圍擴(kuò)大，水文地質(zhì)條件將發(fā)生變化，涌水量也隨著增大，尤其在滑坡體及近地表附近、構(gòu)造破碎帶密集地帶。

因此建議在礦井建設(shè)生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)礦井實(shí)際涌水量資料，及時(shí)對(duì)估算涌水量的計(jì)算公式及參數(shù)修正完善，使其更符合開采后礦山水文地質(zhì)條件，確保礦井安全生產(chǎn)。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)充水水源以地表水及含水層中地下水為主，大量正斷層的發(fā)育提供了主要充水途徑。

（2）比擬法預(yù)算最大涌水量為2.71×103m3/d，三岔河凹河段補(bǔ)給量為3.59×102m3/d，正常涌水量為兩者之和3.07×103m3/d，最大涌水量為正常涌水量的2.4倍，即最大涌水量為7.37×103m3/d。比擬法采用礦井實(shí)測(cè)的涌水量資料計(jì)算，結(jié)果可靠，可采用7.37×103m3/d作為今后井田選擇排水設(shè)備的依據(jù)。

（3）建議在礦井建設(shè)生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)礦井實(shí)際涌水量資料，及時(shí)對(duì)估算涌水量的計(jì)算公式及參數(shù)修正完善，使其更符合開采后礦山水文地質(zhì)條件，確保礦井安全生產(chǎn)。