采礦巷道水文地質(zhì)異常的預(yù)測與分析

高志強

（安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蚌埠 233000）

在采礦過程中，由于采礦活動會對礦區(qū)的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致采礦巷道經(jīng)常發(fā)生突水、冒頂、老空水突涌等水文地質(zhì)災(zāi)害，一旦在采礦巷道內(nèi)發(fā)生水文地質(zhì)災(zāi)害，將會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失和社會損失。為了避免采礦巷道發(fā)生水文地質(zhì)災(zāi)害，通常情況下在采礦施工之前會對礦區(qū)的水文地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，以及采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果對采礦巷道水文地質(zhì)異常進(jìn)行分析，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果和分析結(jié)果制定出合理的應(yīng)對對策，以此保證采礦工作面的施工安全。對采礦巷道下深部水文地質(zhì)構(gòu)造及異常預(yù)測屬于隱性目標(biāo)具體定位問題，雖然目前用于采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測的方法有很多，但水文地質(zhì)異常預(yù)測屬于模糊性問題，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果難以滿足預(yù)測精度需求，一旦預(yù)測結(jié)果出現(xiàn)問題，將會影響到后面對采礦巷道水文地質(zhì)異常分析以及應(yīng)對方案的制定[1]。所以此次對采礦巷道水文地質(zhì)異常的預(yù)測與分析進(jìn)行分析研究。

1 采礦巷道水文地質(zhì)異常的預(yù)測方法

采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測簡單來說就是對采礦巷道涌水量的預(yù)測，此次采用類比方法來對采礦巷道水文地質(zhì)異常進(jìn)行預(yù)測，下圖為近似方法采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測流程圖。

首先需要計算出采礦巷道底板導(dǎo)水裂隙帶影響范圍內(nèi)的含水層靜儲存水量，其計算公式如下：

公式（1）中，Qj為采礦巷道底板導(dǎo)水裂隙帶影響范圍內(nèi)的含水層靜儲存水量；μ為采礦巷道底板導(dǎo)水裂隙帶影響范圍內(nèi)含水層的平均補水率；H為采礦巷道周圍含水層厚度；Si為受采礦巷道工作面第i次周期來壓影響的含水層面積；D為采礦巷道寬度；Li+1為第i+1次周期來壓時采礦巷道工作面已經(jīng)回采的長度；i表示來壓次數(shù)。然后計算出采礦巷道內(nèi)水資源垂向滲流量。

公式（2）中，QS為采礦巷道內(nèi)水資源垂向滲流量；Fv表示采礦巷道下端水資源垂向滲透系數(shù)；O表示采礦巷道內(nèi)等效補給區(qū)面積；M表示采礦巷道下端含水層厚度；Hs預(yù)測的采礦巷道回采期間中段、上段含水層水頭；Hx表示預(yù)測的采礦巷道回采期間下段含水層水頭。

圖1 采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測流程圖

結(jié)合計算出來的采礦巷道底板導(dǎo)水裂隙帶影響范圍內(nèi)的含水層靜儲存水量，以及采礦巷道內(nèi)水資源垂向滲流量，對采礦巷道涌水量進(jìn)行預(yù)測[2]。當(dāng)采礦巷道內(nèi)只有一個工作面時，結(jié)合預(yù)測的采礦巷道內(nèi)工作面初次和周期來壓步距，以及采礦巷道上段、中段以及下段含水層水位降深，運用公式（1）和公式（2），分段計算出采礦巷道上、中、下段水資源靜儲量釋放量和垂向滲流量，將兩者相加作為該時段采礦巷道的預(yù)測涌水量。然后將采礦巷道各分段水量預(yù)測結(jié)果根據(jù)工作面回采長度由小到大的順序?qū)⑵浣M合起來，即可得到采礦巷道涌水量的預(yù)測結(jié)果。下表為單個工作面時采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測結(jié)果。

表1 單個工作面時采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測結(jié)果

表1 單個工作面時采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測結(jié)果

采礦巷道分段 富水性分區(qū)最大承受涌水量/m3/k m采礦巷道上段 中等 0.8 5 5 5 0 1 6 9 0 7 2 0采礦巷道中段 弱 1.5 6 5 4 0 6 5 2 0 5 8 0采礦巷道下段 弱 2.0 5 5 3 8 0 4 5 0 5 2 0長度/k m單位涌水量/m3/k m正常涌水量/m3/k m

當(dāng)采礦巷道內(nèi)含有多個工作面時，多個采礦巷道涌水量預(yù)測要結(jié)合采礦巷道挖掘規(guī)劃進(jìn)行具體分析，運用公式（1）和公式（2）分別計算出采礦巷道各工作面覆巖不同層段下，靜儲量釋放和垂向滲流量，最后給出采礦巷道靜態(tài)涌水量預(yù)測結(jié)果。需要注意是，隨著采礦巷道內(nèi)采掘工作的不斷推進(jìn)，各個工作面之間的涌水量可能會出現(xiàn)相互干擾現(xiàn)象，尤其是當(dāng)兩個相鄰的工作面在進(jìn)行開采工作時，一定會出現(xiàn)某段的上覆含水層地下水動態(tài)補給量被上一個己經(jīng)回采工作面截留的現(xiàn)象。所以在采礦巷道含有多個工作面對涌水量預(yù)測計算時，一定要分析各個工作面之間的位置關(guān)系和采礦巷道內(nèi)工作面的采掘現(xiàn)狀，避免上覆含水層地下水量的重復(fù)計算。下表為多個工作面時采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測結(jié)果。

表2 多個工作面時采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測結(jié)果

目前對采礦巷道涌水量的預(yù)測多是針對具體采礦工程項目進(jìn)行詳細(xì)的水文地質(zhì)異常預(yù)測，結(jié)合整個采礦巷道進(jìn)行水文地質(zhì)異常預(yù)測研究相對較少，所以若要取得準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果，要結(jié)合具體的礦區(qū)水文地質(zhì)特征。

2 采礦巷道水文地質(zhì)異常分析

正常情況下，礦區(qū)地下水系統(tǒng)通過自然補給、運動、蓄水、徑流、蒸發(fā)、排泄等環(huán)節(jié)，形成自然循環(huán)系統(tǒng)。采礦巷道工作面在進(jìn)行采礦挖掘時，由于開采要求，隨著一些開采活動破壞掉原有的巷道周邊淺層地下水空間結(jié)構(gòu)，其空間結(jié)構(gòu)性質(zhì)也會發(fā)生一定改變，打破原有的資源水循環(huán)系統(tǒng)，其中包括采礦巷道周邊淺層地下水空間結(jié)構(gòu)的滲透性、富水性、導(dǎo)水性以及含水厚度等，會發(fā)生水文地質(zhì)異常現(xiàn)象，其重要影響表現(xiàn)為淺層地下水空間結(jié)構(gòu)滲透性增強，富水性減弱，導(dǎo)水性增強，含水厚度相對變小。隨著采空區(qū)面積逐漸擴大，采礦巷道周邊地下水水壓逐漸增大，含水層水壓大于了采礦巷道內(nèi)壓力，就會產(chǎn)生水文地質(zhì)異常現(xiàn)象，從表1、表2可以看出，當(dāng)采礦巷道內(nèi)涌水量超出最大承受涌水量后就會發(fā)生水文地質(zhì)災(zāi)害。

3 結(jié)論

此次對采礦巷道水文地質(zhì)異常的預(yù)測與分析進(jìn)行了深入研究，提出一種新的采礦巷道水文地質(zhì)異常預(yù)測方法，并根據(jù)預(yù)測方法預(yù)測結(jié)果對采礦巷道水文地質(zhì)異常進(jìn)行分析，為采礦巷道安全順利生產(chǎn)提供安全保障指導(dǎo)，以此推動采礦行業(yè)的發(fā)展。