关键词:煤矿区 水文地质特征 涌水量
矿井涌水量是煤矿安全生产的一个重大问题。矿井涌水量是对矿井充水条件的定量评价，也是对矿井需要排水量的估计。矿井涌水量的大小是反应一定条件下，矿井充水程度的定量指标，是矿井开采设计中制定防治水方案的依据。本文以宣威市风景煤矿为例，分别用地下水动力学法和水文地质比拟法对矿区首采区标高+1550m水平以上涌水量预算，并对两种预测结果进行综合分析，从而寻找较符合矿井实际情况的矿井涌水量，推荐比拟法作为开采初步设计的参考。
1 矿区概况
风景煤矿位于云南省曲靖市宣威城116°方向，直距38km，地处宣威市田坝镇风景村境内，矿区面积4.2km2。区内北、西、南部高，中、东部低，矿区地形最高点位于矿区南西部，标高2280m,最低点位于矿区东部，标高1846m，相对高差434m，矿区地貌属低中山地貌类型。矿区出露地层由从新到老主要有：第四系、三叠系下统卡以头组（T1k）、二叠系上统宣威组（P2x）、峨眉山组（P2β）。
区内主要含煤地层为二叠系上统宣威组（P2x），厚236m，岩性主要为泥质粉砂岩、泥岩、粉砂岩、炭质泥岩及煤。含煤10层，经对比确定的编号煤层自上而下为K3、K5+1、K5+1、K7、K9、K14、K16、K17、K18、K23等煤层。
2 矿区水文地质特征
2.1含（隔）水层的划分
矿区主要由含砾砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、粉砂岩、玄武岩、炭质泥岩及煤组成，各种岩石的单层厚度可由数厘米至数米，乃至数十米，因而难以按单一岩性的岩层划分含水层、隔水层，只能以较大的岩性段来划分。将矿区划分为2个含（隔）水层。即：第四系松散岩类孔隙水（Q）、基岩裂隙水（T1k、P2x 、P2β）。
2.2含（隔）水层特征
（1）第四系（Q）孔隙含水层
主要分布于地形低洼及沟谷地段，有零星的冲洪积、残坡积碎块、砾石层。一般厚0～16m左右。雨季有泉水出露，流量0.0535～1.12 l/s，富水性弱至中等。季节性变化明显。
（2）三叠系下统卡以头组（T1k）裂隙含水层
出露于矿区中部，岩性主要为灰绿色、黄绿色中厚层状粉砂岩、泥质粉砂岩，厚115m。据钻孔资料知：单位涌水量为0.00678～0.0250L/s.m，渗透系数为0.01755m/d。富水性弱。
（3）二叠系上统宣威组（P2x）裂隙含水层
岩性由浅灰色、灰色薄层状细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩、泥岩及煤层呈不等厚互层组合而成，矿区内中部大面积出露，一般厚236m。泥质含量较高，渗透性差，富水性弱。据ZK301号钻孔抽水试验资料知：静止水位标高1911.88m，钻孔单位涌水量为0.0276L/s.m，渗透系数为0.00647m/d，水化学类型属HCO3-Ca·Mg型水。为矿床直接充水含水层。
（4）二叠系上统峨眉山组（P2β）裂隙含水层
出露于矿区的东部及南西部，岩性为深绿色～墨绿色致密块状玄武岩，气孔状、杏仁状构造。厚308m ，含风化裂隙水，泉水流量小，多呈散状渗流。
3 矿区水文地质条件
矿区地形北、西、南部高，中、东部低，地形有利于地表水、地下水汇集和排泄，大部分煤资源位于矿区最低侵蚀面以下。地下水动态变化受大气降水的控制，含、隔水层相间存在，呈条带状展布，各含水层系统之间无越流补给现象。构造中等偏复杂，断层破碎带胶结较好，导水性弱，对矿井充水影响小。矿坑充水以大气降水补给为主。综合以上各方面因素，矿井无自流条件，大部份煤资源位于最低侵蚀基准面以下，地层富水性弱，矿区水文地质条件属以弱裂隙含水层充水为主的简单偏中等类型。
4 充水因素分析
根据矿区水文地质条件、地形、以及矿床的开采水平、开拓方式等因素综合分析，矿床主要充水因素如下:
（1）煤系地层砂岩、粉砂岩裂隙弱含水层地下水对矿坑直接充水；
（2）地表水通过第四系砂砾石孔隙和上覆地层岩石裂隙对矿坑间接充水；
（3）矿区断裂带及断裂影响带联通以地表水水源使矿坑充水；
（4）老窑积水及探矿井积水对未来矿坑充水。
5 矿坑涌水量预算
5.1预算原则
本次预算采用地下水动力学及水文地质比拟法对矿区首采区标高+1550m水平矿井正常涌水量和最大涌水量。
5.2预算范围
本次涌水量预算范围北西以矿界为界，东部以K23煤层露头线为界，南西以K18煤层顶板与标高1550m水平交线为界，以上三个边界为本次涌水量计算边界。该水文地质边界为四周进水的无限补给边界。矿井涌水量预算范围面积为0.78km2。
5.3公式选择及参数确定
5.3.1地下水动力学
引用ZK301钻孔抽水试验结果，计算公式根据矿井水疏干概化的边界条件和地下水动力学原理，含水层倾角陡立，应采用潜水公式，选用大井法中的稳定流潜水完整井流量计算公式①、②计算矿井旱、雨季涌水量。
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式中：Q为未来矿井涌水量（m3/d）；K为渗透系数（m/d），引用ZK301号钻孔抽水试验成果确定，K=0.00647m/d；H为含水层水头标高（m），引用ZK301钻孔静止水位标高与首采区标高1550 m之差。即：H=1911.88-1550=361.88（m）；S为预测水位降深，S=H=361.88（m）；r0为“大井”引用半径（m），r0=，式中P为预算块段的周长；R为含水层影响半径，R=；R0为“大井”引用影响半径（m），R0=R+r0；α为涌水量变化系数。采用矿区北边开银煤矿资料为1.50。
5.3.2水文地质比拟法
根据矿井水文地质特征及矿坑充水因素分析，与矿区相邻的开银煤矿的相关水文地质特征极为相似，能够反映未来矿井的水文地质特征及充水因素。因此以开银煤矿作为比拟法的模式，采用下列公式计算：
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式中：Q为未来矿井涌水量（m3/d）；Q0为开银煤矿目前矿井涌水量（m3/d），采用旱、雨季平均排水量, Q旱=20 m3/d、Q雨=30 m3/d；F0为开银煤矿矿井回采面积，据回采区,在计算图上用AutoCAD计算软件求得F0=0.087； F为预算块段面积，根据块段边界用AutoCAD计算软件求得F=0.78；S0为水位降深值，采用开银煤矿主井、风井初见水位标高平均值（1955.00 m）与最低开采标高 (1781.00)之差。即：S0=174.00m 。S为风景煤矿平均水位降深值，采用预测区煤系地层平均水头高度，矿井疏干时S=H=361.88m。
5.4涌水量预算结果及分析
5.4.1计算结果
分别根据上述公式及相关参数进行计算，2种计算结果见表1。
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5.4.2计算结果分析
（1）地下水动力学计算参数来自专门水文地质孔的抽水试验数据，基本上反映了中深部矿床直接充水层的富水性，采用公式也反映了未来矿井的涌水疏干模式及边界条件。计算结果反映了理论上矿床充水含水层的正常涌水量。
（2）水文地质比拟法，建立在生产矿井调查，分析矿井的水文地质特征及充水因素基本与预测矿区一致的基础上，综合分析涌水量与主要充水因素的相关关系后选定了比拟公式。能够较准确地反映矿井的实际情况，其计算参数来自矿井实测资料。
（3）矿坑涌水量用两种方法进行计算，从表1可以看出两种方法预测涌水量相差不多，说明矿坑涌水量预测较准确。但是到了矿井建设的中后期，随着回采面积的增加，降落漏斗将进一步的扩大，水文地质比拟法预算矿井涌水量更加接近预测结果。因此，建议采用水文地质比拟法作为煤矿初步设计的参考。
6 结 语
根据水文地质条件采用地下水动力学法和比拟法预测涌水量，结果可靠。
参考文献：
[1]郑世书，陈江中，刘汉湖.专门水文地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社1999.
[2]李永，费强等.云南省宣威市风景煤矿勘探报告[R] .云南煤层气资源勘查开发有限公司.2013.
[3] 蔡保新，李文昌.富煤三矿四矿区水文地质条件分析[J].科技创新导报.2013（18）；94-97.
[4]王龙江，李长虹.三号井充水因素分析及涌水量预测[J].地下水.2014（4）：28-29.
作者简介：李永（1979年12月-），男，汉族，云南富源人，大学本科，主要从事水工环调查与勘察工作。
论文作者:李永
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第23期
论文发表时间:2020/1/9
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