錫林郭勒盟農乃廟井田充水因素分析及涌水量預測

田曉明，展茂征

(1.平邑縣國土資源局，山東平邑 273300;2.山東省煤田地質局第五勘探隊，山東泰安 271000)

農乃廟井田位于錫林郭勒盟烏拉蓋管理區東北20 km，行政區劃隸屬錫林郭勒盟烏拉蓋管理區管轄。井田南北長約8.6 km，東西寬約5.4 km，面積46.25 km2。井田位于錫盟、興安盟和通遼市結合部，西北距國家二類陸路口岸珠恩嘎達布其150 km，南距全國大型露天煤礦——霍林河礦區及霍林郭勒市30 km、距通(遼)—霍(林河)鐵路90 km，東與全國著名旅游療養城市阿爾山市相距約200 km，東北距白(城)—阿(阿爾山)鐵路140 km。S101省道從該區穿過，交通較為便利①孟凡寫，內蒙古自治區錫林郭勒盟農乃廟井田煤炭勘探報告，2006年。。

1 井田水文地質概況

該區多年平均降雨量342 mm，蒸發量1 552 mm，地表有烏拉蓋河流經井田南部，煤系地層巖性多為泥質膠結的細、粉砂巖，礫巖。構造形態為簡單的寬緩向斜，斷層較少，巖層傾角平緩。煤系地層被90多米厚的新近系和第四系所覆蓋。

1.1 井田主要含水層

井田主要含水層包含第四紀含水砂礫層、新近紀砂礫巖含水層，煤系地層礫巖、砂巖含水層，煤系基底火山凝灰巖含水層。該區第四紀砂層、新近系砂礫巖、煤系間砂礫巖含水層，富水性不均一，同一含水層富水性相差較大。

1.2 隔水層

新近系上部泥巖段主要巖性為粘土，含細砂，柔軟，具可塑性，該層全區較穩定，基本隔斷了第四紀砂層和新近紀礫巖含水層的水力聯系。但由于該區地層總體較松軟，且泥巖層含砂量較多，并不能完全隔斷上下含水層之間的水力聯系。

煤系地層中各層泥巖、粉砂巖基本隔斷了煤系各含水層間的水力聯系。據瞬變電磁勘探報告，上部煤系地層的水力聯系較差，其上下的富水區分布相差較大，隔水巖層的隔水性能較好。下部煤系地層的水力聯系較好，隔水巖層的隔水性能較差。

1.3 斷層含水性

該區沒有鉆孔揭露破碎帶，也未發現斷層附近鉆孔漏水或明顯消耗現象。

由于該區煤系地層主要為泥質含量較高的軟巖，斷層帶物質主要以泥質物為主，具有一定隔水性能，含導水性微弱，從瞬變電磁物探資料分析，該區富水區與斷層發育基本無關聯性，也說明該區斷層富水性較差。

2 井田充水因素分析

2.1 相鄰礦井充水因素分析

該區東南30 km的霍林河煤田為中國五大露天煤礦之一，煤炭儲量超過100億t，現年產原煤2 000萬t以上。該區煤層埋藏較淺，煤系地層上部無新近紀礫巖含水層，主要補給水源為大氣降水，水文地質條件簡單，水量較小。

2.2 井田邊界充水因素分析

該區四周基本均為煤系基底火山凝灰巖構成的低山丘陵，大致構成了一個封閉邊界，地層本身裂隙不發育，富水性較弱，只接受大氣降水補給，順地勢徑流排泄到盆地邊緣低洼處，補給第四系潛水，對煤系含水層補給微弱，為弱透水邊界。僅該區東北部都蘭山與阿肋敖包山之間南北約2 km寬度的范圍為斯爾吉河的古河床及西南烏散道包格山與烏珠爾呼舒山之間東西寬約4.5 km的范圍為烏拉蓋河的古河床，第四系潛水豐富，通過新近系含水層對煤系有微弱的間接補給。

2.3 礦井充水因素分析

該區在開采隱伏露頭附近煤層時，井巷工程可直接揭露新近紀礫巖含水層，礫巖水以頂板進水方式直接涌入巷道，由于該層富水性較強，水量較大，對安全生產威脅較大，因此，對新近紀礫巖應留足必要的安全隔水煤巖柱，不宜開采隱伏露頭附近的煤層［1］。開采盆地中間煤層時，由于煤層頂底板一般均有厚度不等的泥巖粉砂巖隔水層，在正常情況下，新近紀礫巖水不會直接涌入巷道。在受采動破壞的影響時，如果冒落裂隙帶達到新近紀礫巖時，礫巖水就順著冒落裂隙帶，以頂板淋水形式進入巷道。

根據水文物探資料和鉆孔水文地質資料分析，對煤層開采影響較大的新近系下部礫巖含水層富水性在盆地邊緣強，中間弱;而各個可采煤層厚度的普遍規律也是盆地邊緣薄，中間厚;在盆地中間煤層頂板隔水層發育厚度增大，這為在盆地邊緣，即煤層剝蝕面附近留設新近紀礫巖含水層的安全煤巖柱提供了基本條件。這也表明，在盆地沉積過程中，盆地邊緣粗碎屑物沉積多，沉積速度快，富水性強;盆地中心細碎屑物多，沉積速度慢，富水性弱。

3 涌水量預測

根據礦井設計生產方案，確定該區先期開采地段為5～9線間，第一水平為650 m，因此該次利用區內勘探鉆孔資料，采用集水廊道法［2］承壓轉無壓公式及大井法承壓水公式2種計算方法［3］，對第一水平先期開采地段的礦井涌水量進行預算。

3.1 集水廊道法

以先期開采地段開采邊界為集水廊道進水斷面，當水位降至隔水層頂板以下時，充水含水層由承壓轉為無壓，故選用單側進水的承壓轉無壓公式計算。

3.1.1 預算參數

因該區煤系地層砂礫巖含水層富水性不均一，用單一鉆孔抽水試驗資料代表性不足。故綜合分析采用3－7，3－9，3－10，5－5，7－4號孔抽水試驗資料作為涌水量計算依據，代表性較強。計算水平為650 m，計算面積為5～9線。水位標高取5孔平均值865 m，其參數如下:

S=865.00 －650=215.00 m，第一水平水位降深;K=1.1277 m/d，滲透系數(5孔加權平均值);M=64.52 m，含水層厚度(5孔平均厚度);R=10S=2 283.15m，影響半徑;B=8 000 m，廊道邊邦總長(第 6，9，11，13 煤層采區上邦總長);h0=0，剩余水柱高度。

3.1.2 預算公式［1］:

3.1.3 預算結果

將上述參數代入公式:

3.2 大井法［2］

3.2.1 預算參數

計算水平為650 m，計算面積為5～9線，煤層底板等高線700～600 m間，按11煤層儲量估算圖，走向長 2 000 m，傾斜寬 1 100 m，面積2.2 km2，水位標高取5孔平均值865 m，其參數如下:

3.2.2 預算公式

采用大井法承壓水公式:

3.2.3 預算結果

將上述參數代入公式:

以上涌水量數據包括煤系地層所有含水層水不包括第四紀砂層、新近紀礫巖、煤系基底火山凝灰巖水。

考慮到該區煤系含水層基本以靜儲存量為主，含水層為砂礫巖，主要以井巷工程揭露的上邦及頂板砂礫巖滲水的形式進入礦井。以大井法預算的礦井涌水量按井巷四周的進水方式，數據可能偏大，故建議采用集水廊道法預算的礦井涌水量按GB8170《數據修約規則》修約為1 940 m3/h。

4 結論與建議

(1)通過分析井田充水因素，能夠更好地掌握礦區含水層分布情況，以期指導下一步的地質工作。

(2)礦井開采和礦坑疏干排水為一長期漸變過程，涌水量預測僅依據鉆孔抽水試驗資料進行了先期開采地段正常涌水量預算。該涌水量是建立在一次性水位降深達215 m的前提下預算的，涌水量較大，但實際生產中降深是逐步降低的。

(3)該區煤系含水層以靜儲量為主，涌水量是按穩定流的計算方法預算的，數據必然偏大，而且僅適用于礦井開采初期，后期應根據實際礦井涌水量的變化情況進行合理修改。

(4)建議將來繼續開展研究建井和開采階段的水文地質工作，并加強“三帶”的觀測，完善井上下水文觀測網［4］。進一步探測研究上部間接含水層對礦井開采及坑道系統充水作用的影響，確保安全生產。

［1］房佩賢.專門水文地質學［M］.北京:地質出版社，1987.

［2］杜敏銘，鄧英爾，許模.礦井涌水量預測方法綜述［J］.地質學報，2009，29(1):70 －73.

［3］薛禹群.地下水動力學原理［M］.北京:地質出版社，1986.

［4］陳葆仁，洪再吉.地下水動態及其預測［M］.北京:科學出版社，1988.