翟京召

（河南天龍檢測(cè)有限公司，河南 南陽(yáng) 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(wàn)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(kāi)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(kāi)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(jiàn)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(kāi)采面積，礦井目前已開(kāi)采面積1.11 km2；S0—生產(chǎn)礦井水位降低；F—預(yù)算礦井開(kāi)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(jiàn)，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(wú)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(wú)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(jiàn)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(kāi)采過(guò)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(lái)礦山開(kāi)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(yǔ)

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?yè)p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。