新疆鄯善縣沙爾湖東露天煤礦礦坑涌水量預(yù)測(cè)方法

赫修忠，孫文斌，龐香多

吉林省地質(zhì)工程勘察院，吉林 長(zhǎng)春 130012

新疆鄯善縣沙爾湖東露天煤礦礦坑涌水量預(yù)測(cè)方法

赫修忠，孫文斌，龐香多

吉林省地質(zhì)工程勘察院，吉林 長(zhǎng)春 130012

本文介紹了新疆鄯善縣沙爾湖東露天煤礦水文地質(zhì)特征、補(bǔ)給、徑流、排泄條件。露天區(qū)的充水因素主要為大氣降水和含水層中地下水直接充水作用。采用“大井法”來計(jì)算礦坑涌水量，礦坑涌水量的預(yù)測(cè)結(jié)果和礦區(qū)首采區(qū)實(shí)際涌水量接近。因此，該方法對(duì)本地區(qū)其他煤礦開采具有指導(dǎo)意義。

露天煤礦；礦坑涌水量；預(yù)測(cè)方法；“大井法”； 鄯善縣

0　引言

本文介紹了新疆鄯善縣沙爾湖東露天煤礦水文地質(zhì)特征、補(bǔ)給、徑流、排泄條件。露天區(qū)的充水因素主要為大氣降水和含水層中地下水直接充水作用。采用“大井法”來計(jì)算礦坑涌水量，礦坑涌水量的預(yù)測(cè)結(jié)果和礦區(qū)首采區(qū)實(shí)際涌水量接近。因此，該方法對(duì)本地區(qū)其他煤礦開采具有指導(dǎo)意義。

1　水文地質(zhì)條件

煤田勘查區(qū)位于鄯善縣城東偏南約101 km處，行政區(qū)劃屬于鄯善縣七克臺(tái)鎮(zhèn)管轄。坐標(biāo)為：東經(jīng)91°18′57″～ 91°23′31″，北緯42°36′30″～ 42°39′11″。東西長(zhǎng)約 6 200 m，南北寬約5 000 m，面積為26.84 km2，整體地貌為由南向北緩傾的荒漠戈壁。海拔高程一般為420～500 m。區(qū)內(nèi)自然環(huán)境差，地表無植被，為典型的干旱大陸性氣候。光照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大，干燥少雨，蒸發(fā)量大。年平均氣溫12 ℃，一月份最冷達(dá)-35 ℃，七月份最熱，最高達(dá)50 ℃，一般為40～45 ℃。年降雨量為6～10 mm（多在夏季），蒸發(fā)量則為2 983 mm。季風(fēng)多集中在4～5月，風(fēng)向以西北風(fēng)為主。最大風(fēng)速26 m/s，平均風(fēng)速3.7 m/s。

鉆孔揭露的地層有古生界下二疊統(tǒng)阿爾巴薩依組（P1ae）、中生界中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）、頭屯河組（J2t）、新生界第三系（E3-N1t）及第四系（Q）。弱含水層以粗、中、細(xì)砂巖為主，泥巖和泥質(zhì)粉砂巖視為隔水層，含水層平均累計(jì)厚度246.21 m對(duì)西山窯組上、中、段混合抽水試驗(yàn)結(jié)果：最大降深S=79.30 m時(shí)，涌水量Q=0.1217 L/s，單位涌水量q=0.001 535 L/s·m，滲透系數(shù)K=0.002 02 m d，R=35.66 m， 靜水位埋深281.70 m，標(biāo)高296.61 m.

1.1補(bǔ)給條件

區(qū)內(nèi)無地表徑流及其它水體，月平均蒸發(fā)量419 mm，降水量0.82 mm，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量。補(bǔ)給量很微弱。

1.2徑流、排泄條件

由于礦區(qū)地下水含水巖組缺乏補(bǔ)給，含水體之間補(bǔ)給弱，水力聯(lián)系不密切，地下水基本上處于停滯狀態(tài)，蒸發(fā)是地下水排泄的唯一方式。

吐哈盆地中、新生界含水巖系主要賦存孔隙潛水及孔隙—裂隙承壓水，依據(jù)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)及補(bǔ)、徑、排特征，粗略劃分為8個(gè)Ⅲ級(jí)水文地質(zhì)單元，詳見圖1。

圖1　區(qū)域水文地質(zhì)示意圖Fig.1　The sketch map of the regional hydrogeology

2　水文地質(zhì)勘探類型

未來露天開采時(shí)的直接充水含水層有侏羅系西山窯組孔隙、裂隙含水層。 據(jù)本露天區(qū)勘探資料，含水層孔隙率、裂隙率發(fā)育較差，各含水層在水平和垂直方向上水力聯(lián)系不密切，徑流條件不暢，直接充水含水層q＜0.1 L/（s·m），為不難于疏干的含水層，依據(jù)DZ/T0215-2002《煤，泥巖地質(zhì)勘查規(guī)范》中露天煤礦水文地質(zhì)勘查類型劃分，將本區(qū)水文地質(zhì)勘探類型類劃為二類一型。

3　礦床的充水因素

露天區(qū)的充水因素，主要為大氣降水和含水層中地下水直接充水作用。

3.1大氣降水

礦區(qū)地處干旱地區(qū)，降雨稀少，年平均降水量6～10 mm，蒸發(fā)量近3 000 mm，大氣降水主要集中在夏季，多為陣雨，但強(qiáng)度不大，形不成大的地表徑流，礦床開采方式采取露天開采，可在礦坑上游周圍修建土壩將水引走，稀少的降水對(duì)礦床充水影響甚微。

3.2地下水直接充水作用

本區(qū)直接充水含水層，西山窯組層間孔隙-裂隙水弱含水層組（J2x3-2）。當(dāng)露天開采時(shí)，將會(huì)有地下水充入礦坑，不會(huì)對(duì)安全生產(chǎn)造成大的影響。

4　礦坑涌水量預(yù)測(cè)

4.1預(yù)測(cè)范圍

本次涌水量預(yù)測(cè)為設(shè)計(jì)院圈定的首采區(qū)范圍，外境界東部邊界以Y；306 120 00線東150 m為界，西部和南部為勘探區(qū)邊界，北部以ZK816、ZK9C13、ZK10A22孔連線的南側(cè)，面積為4.647 556 km2；內(nèi)境界設(shè)以32°坡角反推到C7煤層底板。

4.2預(yù)測(cè)原則

（1）在首采區(qū)范圍內(nèi)，以C7煤層底板平均海拔標(biāo)高232.44 m為底界，預(yù)測(cè)礦坑涌水量。

（2）勘探區(qū)地下水類型為承壓水，開采過程中由于壓力釋放，承壓水將轉(zhuǎn)化為無壓潛水，首采區(qū)涌水量預(yù)測(cè)時(shí)按承壓轉(zhuǎn)無壓處理。

（3）由于礦區(qū)氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈，降水稀少，日降水量?jī)H2.2 mm，大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給可以忽略，因此，預(yù)測(cè)礦坑涌水量時(shí)，降水補(bǔ)給量不予考慮。、日最大礦坑涌水量也都不予計(jì)算。

4.3計(jì)算方法及公式的選擇

4.3.1大井法計(jì)算礦井涌水量

根據(jù)上述礦區(qū)水文地質(zhì)條件及礦坑涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算原則，礦坑涌水量只有中侏羅統(tǒng)西山窯組中、上巖性段弱含水層組（J2x2-3）的層間孔隙—裂隙水，基本上無其它水量進(jìn)入。在計(jì)算標(biāo)高一定深度的粉砂巖或泥巖巖層可視為相對(duì)隔水層，故礦坑類型可視為完整井，地下水運(yùn)動(dòng)可視為層流，穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)V坑排水時(shí)，在礦區(qū)的周圍就會(huì)形成以露天采場(chǎng)為中心的具有一定形狀的降落漏斗。因此，采用地下水動(dòng)力學(xué)法-穩(wěn)定流解析法中的“大井法”來計(jì)算礦坑涌水量。計(jì)算參數(shù)（圖2）、公式、結(jié)果見表1。

圖2　“大井法”計(jì)算參數(shù)示意圖Fig.2 The sketch map of the calculation parameters of "open well method"

表1 “大井法” 礦坑涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果Table 1　The forecast results of pit water infl ow used "open well method"

選擇公式及計(jì)算參數(shù)的確定：

R0—引用影響半徑，用公式R0=r0+R計(jì)算求得R0=923.10 m

式中：Q—預(yù)測(cè)礦坑的涌水量（m3/d）；

K—滲透系數(shù)（m/d），采用礦區(qū)ZK8B09和ZK1009孔抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)K的平均值；

H—承壓水從井底算起的水頭高度，采用預(yù)算范圍內(nèi)43個(gè)鉆孔的平均水位標(biāo)高359.72 m與首采區(qū)底界平均水平標(biāo)高232.44 m之差值127.28 m，見表1；

M—承壓含水層厚度，采用預(yù)算范圍內(nèi)15個(gè)鉆孔中侏羅系中統(tǒng)西山窯組含水層真厚度的平均值9.953 3 m，見表1；

h—礦坑內(nèi)的水柱高度，礦坑排水后，礦坑中的水位降至含水層的底板，故 h=0；

r0—引用半徑（m），

根據(jù)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的首采區(qū)范圍，圈定出首采礦坑底界范圍呈一東西向展布的長(zhǎng)2 100 m，寬975 m的矩形形態(tài)，寬與長(zhǎng)之比約等于0.46。利用《礦井地質(zhì)手冊(cè)（下）》（煤炭工業(yè)出版社，1981年12月）表2-5-20引用半徑計(jì)算公式④求得r0=897.13 m，η 取1.167；R—影響半徑，用公式計(jì)算求得R，取ZK8B09與ZK1009抽水試驗(yàn)孔影響半徑平均值；R=（16.00+35.66）/2=25.83 m

5　計(jì)算結(jié)果及評(píng)述

首采區(qū)+232.44 m標(biāo)高水平的礦坑涌水量采用大井法計(jì)算結(jié)果為1 216.46 m3/d，

大井法預(yù)算首采區(qū)礦坑涌水量的結(jié)果，采用的滲透系數(shù)K、影響半徑R是ZK8B09、ZK1009兩個(gè)抽水試驗(yàn)孔參數(shù)的平均值，有一定的可靠性。

本次預(yù)測(cè)是在正常情況下、開采地段至+232.44 m水平標(biāo)高的礦井正常涌水量，通過對(duì)青海豪盛及潞安煤礦資料的分析及礦坑現(xiàn)狀的調(diào)查了解，（距本礦區(qū)500～1 000 m）現(xiàn)兩礦坑均無地下水滲出。預(yù)測(cè)本礦區(qū)開采至地下水位以下，地下水可能呈微滲水流狀態(tài)，沿裂隙滲出為主，但礦坑充水微弱。采掘初期水量稍大，以后的水量將越來越小，為疏干型礦床。在礦床開采中很容易排除和疏干，對(duì)礦床開采影響不大。

綜上所述，通過礦坑涌水量的預(yù)測(cè)計(jì)算和鄰近礦區(qū)實(shí)際情況對(duì)比，此礦區(qū)礦坑首采區(qū)正常涌水量1 216.46 m3/d，預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果可作為礦山開采設(shè)計(jì)的依據(jù)。

［1］ DZ/T0215-2002［S］ 煤，泥巖地質(zhì)勘查規(guī)范.

［2］ 柴登榜.礦井地質(zhì)手冊(cè)（下）［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1981.

［3］ 馬洪超，林立新.大井法預(yù)測(cè)礦坑涌水量［J］.采礦技術(shù)，2009（2）.

［4］ 李建生，羅齊云，李運(yùn)東.大井法在千鵝沖特大型鉬礦礦坑用水量預(yù)測(cè)中應(yīng)用［J］.科技視界，2012，（19）.

Prediction method for water infl ow in east Saerhu opencast coal mine in Shanshan County , Xinjiang

HE Xiu-zhong， SUN Wen-bin， PANG Xiang-duo
Institute of Geological Engineering explorations of Jilin Province， Changchun 130012， Jilin， China

This paper introduces the hydrogeological characteristics， groundwater recharge， runoff and discharge conditions of east Saerhu opencast coal mine in Shanshan County， Xinjiang.Water fi lling factors in opencast coal mine mainly are the atmospheric precipitation and the direct water fi lling effect of groundwater in water bearing strata.Used “open well method” forecasts the mine groundwater discharge.The prediction result of the pit water is close to the practical water fl ow of the fi rst mining district.Therefore， this method is of guiding signifi cance for the mining of other coal mines in the region.

opencast coal mine； pit water infl ow； prediction method； " Open well method "； Shanshan County

P641.4+1

B

1001—2427（2015）04 - 111 -3

2015-09-05；

2015-12-10

赫修忠（1959—），男，吉林農(nóng)安人，吉林省地質(zhì)工程勘察院工程師.