某礦水文地質(zhì)特征及礦井涌水量計算

【摘要】對礦井涌水量進行預測，既能對其作出科學的充水條件評價，也可預估出正常條件下的理論需求排水量。在我國的礦井井田開采設計環(huán)節(jié)，通常依靠礦井涌水量這一指標來擬定防治水方案，而涌水量的多少則代表了特定環(huán)境下該礦井充水的程度。本文根據(jù)西北某國有大型煤礦為分析案例，首先對該煤礦周邊水文地質(zhì)特點進行了理論探究，得出了該煤礦充水的重要原因，接下來依據(jù)“大井法”對其涌水量開展了科學預估。

【關(guān)鍵詞】水文地質(zhì)特征；涌水量計算；大井法

1.引言

在一定的時間期限內(nèi)，礦井施工及建造過程中流入井巷內(nèi)的水量總和即為該礦井的涌水量。對礦井涌水量的科學預估是非常關(guān)鍵且有價值的，其一，可根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)設計礦井的防治水方案；其二，涌水量的大小直接影響到了該礦井的安全程度[1]。由于水量預估的繁瑣性及諸多計算難點，導致現(xiàn)有的計算結(jié)果都顯得不夠科學、精確。因此，筆者擬根據(jù)西北某國有大型煤礦為分析案例，以地下水動力學之“大井法”為理論出發(fā)，對該煤礦的涌水量開展預估工作，以此作為建造、生產(chǎn)的根據(jù)。

2.礦床充水因素

依據(jù)該地區(qū)的水文地質(zhì)環(huán)境、礦井水文地質(zhì)環(huán)境和井床在礦田中的區(qū)域特點，經(jīng)過逐步理論分析，得出以下五種造成井田礦床充水的重要原因：地層巖性、雪融水和大氣降水、火燒層、地表水、暫時性地表水流。

2.1 地層巖性

此次分析工作的重要勘測內(nèi)容為該區(qū)域的含煤地層，調(diào)查顯示為中白堊統(tǒng)四道灣上段。根據(jù)探測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了B1，2，3，4，5，6共6層含煤地層，其產(chǎn)狀特征大致與含水巖層保持一致，并呈垂直向下的并列排向。鉆孔地質(zhì)資料揭示此處巖層中細沙巖、粗沙巖等地層總厚度分別占該巖組巖層厚度的51%-78%。根據(jù)這項發(fā)現(xiàn)，可證明地層巖性，特別是粗礫巖、粗砂巖這些由碎屑物質(zhì)所組成的巖石，導致了礦床的嚴重充水[2]。

2.2 大氣降水和雪融水

根據(jù)對該礦井水文地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，勘測區(qū)域地下水大部通過大氣降水和雪融水進行補給，即經(jīng)過地層中空隙、裂縫以垂直向下滲匯入地下水，所以大氣降水和雪融水也是礦床充水的一大影響原因。

2.3 火燒層

經(jīng)地質(zhì)勘察人員發(fā)現(xiàn)，在勘測區(qū)的西部和南部B6區(qū)域煤層露頭線發(fā)現(xiàn)了火燒層，其露出面積不大，形成的原因主要是巖石經(jīng)火燒、烤變，產(chǎn)生燒變巖，過程中裂痕、孔縫極度發(fā)育，并伴隨著大氣降水與雪融水的流匯，產(chǎn)生燒變巖孔縫潛水，富含大量水量。當煤礦生產(chǎn)進入到燒變巖區(qū)域煤層段時，大量富含潛水開始下突，涌入礦坑井巷，從而導致安全事故發(fā)生[3]。

2.4地表水

經(jīng)勘測發(fā)現(xiàn)，煤礦北部美蘭區(qū)在大氣降水和雪融水匯集產(chǎn)生了大量地表水，其在流經(jīng)勘測區(qū)域段沿下游流入途中，經(jīng)發(fā)育成熟的地表層孔隙、空隙不斷滲入地下，匯入地下水，對地下水量進行了充分的補給，進而導致礦床井田進一步充水。

2.5暫時性地表水流

經(jīng)過科研人員對勘測區(qū)域水文地質(zhì)環(huán)境、歷史氣象數(shù)據(jù)、水文資料的分析比對得出：通常每一年的3月冰雪開始融化，及7月開始的雨季大量降雨期，該區(qū)域大概率出現(xiàn)較大的暫時性地表水流；暫時性地表水流的出現(xiàn)也可以解釋為在擁有特點匯水面積的區(qū)域，大氣降水及雪融水的大量匯合。其特點是：水流量非常大，持續(xù)時間較短，水流速度和水流速度變化率極快。

3. 礦坑涌水量估算

在涌水結(jié)束后，礦坑會進入一個緩慢的疏燥變干時期，而以礦坑為內(nèi)部核心所產(chǎn)生的地下水輻射場要達到穩(wěn)定徑流的要求，則需要礦坑的涌水量及其一定范圍內(nèi)的水位下降也到達較為穩(wěn)定的環(huán)境狀態(tài)。因為礦坑的產(chǎn)生形成及其復雜及難以控制，導致坑道及形狀非常復雜，且分布區(qū)域廣，所以急需把其理想化以消除復雜的邊界因素。

計算時依據(jù)理論方法，可把形狀混亂的坑道系統(tǒng)當作大井模型，同時將坑道系統(tǒng)所包含的區(qū)域換算成可計算的大井面積，即以大井的涌水量代替坑道全部系統(tǒng)的涌水量，最終就能近似的引用裘布依專家的穩(wěn)定流基本方程，展開涌水量預估。因為引入“大井”這個概念，此法即命名為“大井法”。這種計算方法的核心理念[4]是借助坑道系統(tǒng)長度（l）與寬度（d）的比值，進一步得出代入半徑r，最后運用“大井法”計算礦坑涌水量。

根據(jù)實地測量，現(xiàn)已知該井田涌水量估算區(qū)東西長1580m，南北寬長線為1890m，短線為1370m，平均為1630m，b與a的比值為1580/1630=0.97，即可采用“大井法”進行預算。

其計算公式如下所示；

將上述計算得到的計算參數(shù)值[5]K=0.0026m/d、H=182.95m、M=98.94m、r0=946.95m、R0=1199.3m帶入上公式中，可以計算得到礦坑涌水量預測值為

4.總結(jié)

本文以某國有礦井為例，進行了礦井涌水量計算分析研究，計算結(jié)果顯示礦井涌水量計算公式和參數(shù)選擇合理，正常條件下涌水量計算準確。本文的研究結(jié)論對國內(nèi)相似水文地質(zhì)環(huán)境下的礦井及其涌水量的理論計算具有一定參考借鑒價值。

參考文獻：

[1]劉洋，李凱，王振榮. 礦井涌水量計算方法評述[A]. 陜西省煤炭學會.高產(chǎn)高效煤礦建設的地質(zhì)保障技術(shù)——陜西省煤炭學會學術(shù)年會論文集·2009[C].陜西省煤炭學會：，2009：5.

[2]陳江峰，許亞坤. 蘆溝煤礦水文地質(zhì)特征及礦井涌水量計算[J]. 煤礦安全，2009，40（11）：39-42. [2017-08-15]. DOI：10.13347/j.cnki.mkaq.2009.11.019

[3]劉琰，孫貴，何孝海. 淮北煤田花溝井田水文地質(zhì)特征及礦井涌水量預算[J]. 中國煤炭地質(zhì)，2011，23（07）：40-44. [2017-08-15].

作者簡介：學歷：研究生。職稱：助理工程師。出生年月：1989.10籍貫 ：山東。研究方向 ：水文地質(zhì).