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        某礦井水資源論證項(xiàng)目涌水量預(yù)測(cè)分析

        2023-07-31 11:48:22翟京召
        河南水利與南水北調(diào) 2023年6期
        關(guān)鍵詞:大井穩(wěn)定流涌水量

        翟京召

        (河南天龍檢測(cè)有限公司,河南 南陽 473000)

        1 引言

        某地煤礦項(xiàng)目位于新鄭市辛店鎮(zhèn)趙家寨村,礦區(qū)東西長(zhǎng)13.50 km,南北寬3.70 km,面積48.96 km2。工程占地面積32.87 hm2,建筑面積19.49 hm2,綠化面積3.05 hm2。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力300 萬t/a 的大型礦井,設(shè)計(jì)服務(wù)年限53.30 a。全礦井共劃分7 個(gè)采區(qū),其中5 個(gè)上山采區(qū),2 個(gè)下山采區(qū),礦井目前有2個(gè)生產(chǎn)采區(qū),1個(gè)準(zhǔn)備采區(qū),1個(gè)開拓采區(qū)。

        2 涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算分析

        2.1 礦井涌水量的構(gòu)成

        煤礦目前主要開采二1 煤層,其充水水源主要為底板L1-4灰?guī)r水、O2灰?guī)r水,其次底板L7-8灰?guī)r水,少量頂板砂巖水。根據(jù)2009-2017年礦井涌水量觀測(cè)成果臺(tái)賬,礦井多年平均涌水量為1 353.20 m3/h,最大涌水量為2 045 m3/h(2014年11月),最小涌水量1 000.60 m3/h(2014年8月)。

        2.2 涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算分析

        2.2.1 比擬法

        采用礦井單位涌水量比擬法預(yù)算礦井涌水量用式(1),其中比擬法礦井涌水量預(yù)測(cè)參數(shù)見表(1)。

        式中:Q—預(yù)算礦井總涌水量;Q0—生產(chǎn)礦井總涌水量;F0—生產(chǎn)礦井開采面積,礦井目前已開采面積1.11 km2;S0—生產(chǎn)礦井水位降低;F—預(yù)算礦井開采面積,取15.58 km2;S—預(yù)算礦井水位降低。

        經(jīng)計(jì)算,預(yù)算范圍內(nèi)礦井涌水量為1 074 m3/h,加上目前礦井疏放水量650 m3/h,首采區(qū)和14 采區(qū)礦井正常涌水量為1 724 m3/h。根據(jù)2008-2017年礦井涌水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果,礦井最大涌水量是正常涌水量的1.02~1.57 倍,為了安全起見,采用最大值1.57倍,推算礦井最大涌水量為2 706 m3/h。

        2.2.2 大井法

        2.2.2.1 二1煤層頂板礦井涌水量

        對(duì)二1煤層頂板山西組砂巖裂隙含水層礦井涌水量預(yù)算采用地下水動(dòng)力學(xué)法中承壓轉(zhuǎn)無壓公式(2)(3):

        式中:Q—預(yù)算涌水量(m3/d);S—預(yù)計(jì)水位降深(m);R—大井引用影響半徑(m);K—含水層滲透系數(shù),取708孔、-0 852孔和1 153孔滲透系數(shù)的平均值0.03 m/d;M—含水層厚度,取含水層平均厚度16.97 m;H—水柱高度,為含水層靜止水位標(biāo)高(礦井內(nèi)無山西組砂巖含水層長(zhǎng)管孔,據(jù)2002年12月-0 852孔抽水試驗(yàn)資料,靜止水位標(biāo)高為+97.68 m)至預(yù)算范圍內(nèi)二1煤層最低標(biāo)高(-325 m)的距離,取422.68 m;h—水柱高度(H)與水位降深的差值(S),其值為0;r0—大井引用半徑,預(yù)算范圍面積(F)15.58 km2,預(yù)算范圍可視為不規(guī)則的圓形,引用半徑r0為2 228 m。

        經(jīng)計(jì)算:預(yù)算首采區(qū)和14 采區(qū)山西組砂巖含水層礦井涌水量為204 m3/h。根據(jù)礦井最大涌水量是正常涌水量的1.57倍,推算山西組砂巖含水層礦井最大涌水量為320 m3/h。

        2.2.2.2 二1煤層底板C2tL7-8灰?guī)r礦井涌水量

        對(duì)二1煤層底板C2tL7-8灰?guī)r礦井涌水量預(yù)算采用地下水動(dòng)力學(xué)法中穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流承壓完整井公式:

        式中:Q—預(yù)算涌水量(m3/d);S—預(yù)計(jì)水位降深(m);K—含水層滲透系數(shù)(m/d);M—含水層厚度(m);R—大井引用影響半徑(m);r0—大井引用半徑(m)。

        非穩(wěn)定流計(jì)算公式:

        式中:Q—預(yù)算涌水量(m3/d);S—預(yù)計(jì)水位降深(m);T—導(dǎo)水系數(shù)(m2/d),T=KM;μ*—含水層貯水系數(shù);r0—大井引用半徑(m);t—抽水延續(xù)時(shí)間(d)。

        計(jì)算參數(shù):K—含水層滲透系數(shù),取大1孔、1 109 孔、1 218孔和西風(fēng)井檢查孔滲透系數(shù)的平均值5.58 m/d;T—導(dǎo)水系數(shù),取大1孔、1 109孔、1 218孔和西風(fēng)井檢查孔導(dǎo)水系數(shù)的平均值73.49 m2/d;M—含水層厚度,取C2tL7-8灰?guī)r含水層平均厚度13.27 m;μ*—含水層貯水系數(shù),據(jù)勘探報(bào)告C2tL7-8灰?guī)r貯水系數(shù)可取8.27×10-5;S—預(yù)計(jì)水位降深,為含水層靜止水位標(biāo)高至預(yù)算范圍內(nèi)二1煤層最低標(biāo)高的距離,取268.53 m;r0—大井引用半徑(m),預(yù)算范圍面積(F)15.58 km2,預(yù)算范圍可視為不規(guī)則的圓形,引用半徑r0為2 228 m。

        將計(jì)算參數(shù)分別代入公式(3)、(5),預(yù)算二1煤層底板C2tL7-8灰?guī)r礦井涌水量結(jié)果見表2。

        表2 二1煤層底板礦井涌水量預(yù)算結(jié)果表

        從表2可以看出,穩(wěn)定流計(jì)算的結(jié)果基本與非穩(wěn)定流計(jì)算的結(jié)果吻合。穩(wěn)定流計(jì)算的底板涌水量3 869 m3/h,等同于非穩(wěn)定流疏排初期的水量。從涌水量與時(shí)間變化曲線看(圖1),穩(wěn)定流量應(yīng)在540 d以后,因此推薦預(yù)計(jì)底板礦井涌水量值為1 922 m3/h。根據(jù)礦井最大涌水量是正常涌水量的1.57 倍,推算底板礦井最大涌水量為2 017 m3/h。

        圖1 涌水量與時(shí)間變化曲線看圖

        2.2.3 實(shí)際涌水量分析法

        煤礦建立了礦井涌水量臺(tái)賬,為今后預(yù)計(jì)全礦井及新采區(qū)涌水量提供了可靠依據(jù)。根據(jù)2009-2018 年礦井涌水量觀測(cè)成果臺(tái)賬,礦井多年平均涌水量為1 353.20 m3/h,最大涌水量為2 045 m3/h,最小涌水量1 000.60 m3/h。

        由于在開采過程中采取底板注漿加固措施,減少了灰?guī)r水的影響,自2011年起,礦井涌水量呈逐年下降趨勢(shì),2014年10月,由于井下12 201巷道機(jī)頭段出水,造成涌水量突然增加,并逐漸減小并趨于穩(wěn)定,在2016-2018年基本維持穩(wěn)定在約1 450 m3/h。

        根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》“對(duì)于有監(jiān)測(cè)資料礦區(qū),可選擇排水量變化穩(wěn)定且能代表未來礦山開采水平相應(yīng)時(shí)段排水量平均值作為評(píng)價(jià)礦坑排水量”,根據(jù)礦井實(shí)際涌水量資料,可選用能代表現(xiàn)狀涌水量且涌水較為穩(wěn)定的2016 年到2017 年涌水量平均值作為礦井涌水量預(yù)測(cè)值,即1 477 m3/h。礦井最大涌水量為正常涌水量的1.02~1.57 倍,則礦井最大涌水量2 319 m3/h。

        2.3 礦井涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

        用以上三種方法對(duì)礦井涌水量進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果相差較大。使用大井法計(jì)算礦井涌水量對(duì)水文地質(zhì)條件要求較為理想化,與實(shí)際邊界條件有一定的差距。因此,涌水量預(yù)測(cè)采用實(shí)際涌水量平均值分析結(jié)果,預(yù)計(jì)礦井正常涌水量1 477 m3/h,最大涌水量2 319 m3/h。

        3 結(jié)語

        經(jīng)預(yù)測(cè)分析計(jì)算,用平均值分析的涌水量與礦井實(shí)際涌水量較吻合,全礦井正常涌水量為1 477 m3/h,最大涌水量為2 319 m3/h。參照《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》,礦井水輸送和處理損失按10%計(jì)算,分別消耗147.70 m3/h,3 544.80 m3/d,則礦井涌水可利用量31 903 m3/d,項(xiàng)目最大日用水量6 025 m3/d,外供水量4 200 m3/d,項(xiàng)目礦井涌水可以滿足生產(chǎn)用水量的需求。

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