織金礦區(qū)礦井充水因素及涌水量預(yù)測研究

謝紅東

（貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊，貴州 貴陽 550000）

礦井位于織金縣東部境內(nèi)，行政區(qū)劃屬馬場鄉(xiāng)管轄，筆者本次研究旨在詳細研究水文地質(zhì)特征，分析其充水因素，查明井田水文地質(zhì)條件，預(yù)算先期開采地段涌水量，為礦井的可行性研究、初步設(shè)計及礦井建設(shè)提供地質(zhì)資料。

目前井田涌水量預(yù)算方法較多，比較常用的包括解析法、水文地質(zhì)比擬法、大井法、數(shù)值模擬法、回歸分析法等，但不同的計算方法都有對應(yīng)的適用范圍及優(yōu)缺點[1-3]。針對礦區(qū)水文地質(zhì)條件的特性及預(yù)算方法的適用性、廣泛性，筆者選用比擬法對研究區(qū)涌水量進行預(yù)算研究，為其它類似井田涌水量的預(yù)算提供一定的借鑒意義。

1 地質(zhì)背景

1.1 構(gòu)造特征

本礦區(qū)位于揚子準地臺（Ⅰ級）、黔北臺隆（Ⅱ級）、遵義斷拱（Ⅲ級）、貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)（Ⅳ級）東部凹河背斜東翼[4]。區(qū)域構(gòu)造形跡為一系列北東～南西向的背、向斜，區(qū)域西部為凹河背斜，東部為馬場向斜，南部發(fā)育有F34區(qū)域正斷層。

1.2 水文特征

區(qū)內(nèi)含水層有3層，分別為茅口組、長興組、大冶組；隔水層有2層，包括峨眉山玄武巖組、龍?zhí)督M。礦床主要充水水源為龍?zhí)督M自身的裂隙水，其次為地表水（三岔河凹河段），龍?zhí)督M水文地質(zhì)特征如下：

巖性以碎屑巖為主，夾灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖及煤層。厚237.42m～277.90m，平均厚264.08m。15個鉆孔揭穿該層位時，有6個鉆孔漏水，其中201鉆孔在孔深14.65m處漏水，漏水點標高為1116.61m；202孔在孔深78.60m處漏水，漏水點標高為1118.58m；204鉆孔在孔深47.16m處漏水，漏水點標高為1155.49m；402鉆孔在孔深37.80m處漏水，漏水點標高為988.20m；403鉆孔在孔深193.40m處漏水，漏水點標高為824.67m；501鉆孔在孔深25.65m處漏水，漏水點標高為996.65m；漏水點多為發(fā)育的石灰?guī)r。203號鉆孔抽P3l水獲得滲透系數(shù)K＝0.0038m/d，水樣分析資料：水質(zhì)為HCO3--Ca+2型。104號鉆孔抽P3c+l水獲得滲透系數(shù)K＝0.0018m/d。水樣分析資料：水質(zhì)為SO4--Ca+2·Mg+2型。

根據(jù)301、302號鉆孔揭露F1的情況及簡易水文地質(zhì)觀測分析，F(xiàn)1斷層具有一定的阻水性，自然狀態(tài)下對礦區(qū)內(nèi)斷層附近礦層的開采影響不大，但是將來因采動破壞了斷層的自然屬性，可能會造成斷層變得具有導(dǎo)水性[5,6]。

2 礦床充水因素分析

2.1 充水水源

研究區(qū)內(nèi)充水水源主要包括大氣降水、地表水及地下水。據(jù)礦坑涌水量長期觀測資料，地下水的變價率為2.4倍。地表水體主要為流經(jīng)礦區(qū)外圍北部的凹河，流量較大，河床標高+940m，將來開采東部及北部礦界附近時，對開采+940m標高以上礦層影響較小，對開采+940m標高以下的因受凹河水側(cè)向補給的區(qū)域，礦井涌水量會成倍的增加。地下水主要包括大冶組巖溶水、長興組巖溶裂隙水、龍?zhí)督M碎屑巖基巖裂隙水、斷層水及老窯水。斷層本身一般富水性弱，導(dǎo)水性差；但當(dāng)斷層將上覆或下伏強含水層與煤層的距離拉近或接觸時，則易形成地下水互竄，進而形成水水文地質(zhì)災(zāi)害[7-10]。而區(qū)內(nèi)先期開采地段位于地層深部，沒有老窯，老窯水的危害可能性較小。

圖1 區(qū)域構(gòu)造綱要圖

2.2 充水途徑

研究區(qū)內(nèi)斷層較發(fā)育，斷層帶將成為井田充水的主要通道；而區(qū)內(nèi)各地層淺部巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育，風(fēng)化裂隙是大氣降水補給充水含水層的主要通道，也是地表水或老窯水滲入井田的通道，同時也是充水含水層的基巖裂隙水流入井巷的通道。未來采礦活動產(chǎn)生的冒落裂隙也將成為地下水、地表水和老窯水滲入井田的通道。封閉不良的鉆孔亦是地下水和地表水進入井巷的通道。

3 井田涌水量預(yù)算

井田水文地質(zhì)類型是以龍?zhí)督M裂隙充水為主的裂隙水充水礦床，結(jié)合井田主要充水因素分析，本次采用比擬法進行涌水量的預(yù)算。

根據(jù)《貴州新浙能礦業(yè)有限公司織金縣馬場鄉(xiāng)營腳煤礦（預(yù)留）先期開拓方案》，礦井劃分為一個水平，水平標高+850m，水平標高+850m以上劃分為一個采區(qū)，為先期開采地段；水平標高+850m以下劃分為一個采區(qū)，礦井共分為兩個采區(qū)。

先期開采地段在平面上的投影可視為一不規(guī)則的圓形，面積1304250m2。現(xiàn)在估算先期開采地段（+850m標高以上）礦井的涌水量。

營腳煤礦先期開采地段的礦井涌水量由兩部分組成：一部分為龍?zhí)督M及上覆地層的涌水量；另一部分為三岔河側(cè)向補給的涌水量[11]。

3.1 龍?zhí)督M及上覆地層的涌水量估算

在本次擴能之前在先期開采地段已經(jīng)形成一定的采空區(qū)，采空區(qū)面積一共約220000m2；本次收集該礦2017年2月至2017年12月礦井涌水量臺賬，經(jīng)統(tǒng)計，在此期間礦井最小涌水量753.60m3/d，最大涌水量3562.56m3/d，平均涌水量1486.08m3/d；該采礦地帶目前一直處于正常生產(chǎn)狀態(tài)，礦井排水工作正常。結(jié)合目前礦井水文地質(zhì)條件及該礦的實際生產(chǎn)情況分析，該礦采用比擬法預(yù)算礦井涌水量比較可靠。現(xiàn)用比擬法對該礦涌水量進行預(yù)算，采用概化的經(jīng)驗公式如下：

Q=Q1(F/F1)1/2(S/S1)1/2

式中：Q--預(yù)測未來礦井先期開采地段涌水量（m3/d）；

Q1—目前礦井實測涌水量，1486.08m3/d；

F1—目前礦井采空區(qū)控制總面積，220000（m2）；

F—未來礦井先期開采地段面積，1304250（m2）；

S1—目前礦井地下水位降深，即龍?zhí)督M及上覆地層混合近似靜止水位平均標高1069m與目前礦井采空區(qū)最低水位標高909m之差，160（m）；

S—未來礦井先期開采地段地下水位降，即龍?zhí)督M及上覆地層混合近似靜止平均水位標高1069m與+850m之差，219（m）。

最大值與平均值之比采用某礦2017年2月至2017年12月礦井涌水量的系數(shù)2.40。+850m水平預(yù)算礦井涌水量采用參數(shù)及結(jié)果如表1。

表1 礦井涌水量采用參數(shù)及結(jié)果表

表2 礦井估算三岔河凹河段側(cè)向補給量采用參數(shù)及結(jié)果表

3.2 三岔河凹河段入滲補給量的估算

三岔河凹河段位于礦區(qū)北部及東部邊界外附近，在北部此段河床距礦界較近，與北部礦界近平行，將來開采范圍擴至礦區(qū)北部邊界附近，開采深度低于凹河河水面標高+940m時，凹河的河水入滲補給會成為礦井的充水水源，成為礦區(qū)直線定水頭補給邊界[12-14]。在保證留設(shè)足夠的防水煤柱的提前下，估算凹河的正常補給量。

現(xiàn)采用以下公式估算凹河的補給量：

式中：Q凹河—預(yù)計凹河的補給量（m3/d）；

k—滲透系數(shù)，以203鉆孔及104鉆孔抽水試驗獲得的滲透系數(shù)的平均值，k為0.0028m/d；

H—飽水厚度，采用三岔河凹河段水位標高+940m與礦區(qū)范圍內(nèi)龍?zhí)督M地層底板最低標高+650m之差，290m；

S2—疏干降深，以+850m為疏干水平，疏干降深為凹河水位標高+940m與先期開采地段最低開采標高+850m之差，90m；

b—先期開采地段中心至凹河的距離，960m；

r—引用半徑，644m；

+850m水平估算凹河補給量采用參數(shù)及結(jié)果如表2。

3.3 整個礦區(qū)的涌水量

將來整個礦區(qū)正常情況下的涌水量為龍?zhí)督M及龍?zhí)督M上覆地層的涌水量與三岔河凹河段補給量之和，即Q總=3071m3/d。最大涌水量為正常涌水量的2.4倍，即最大涌水量Q最大=7369m3/h。

本次預(yù)算的涌水量結(jié)果代表礦區(qū)建設(shè)中后期的礦井涌水量，為正常情況下含水層的涌水量，不包括老窯突水、地表溪溝、河流水通過采礦裂縫等潰入礦井的情況及因采動破壞造成斷層局部突水等情況對礦坑涌水量的影響。

3.4 礦井涌水量估算評價

該礦總體為一單斜構(gòu)造，南西高北東低，以往形成的采空區(qū)位于南西部，礦井水大致由南西往北東匯如井底水倉。本次估算的參數(shù)采用合理，并結(jié)合生產(chǎn)實際分析，利用礦井實測的涌水量資料，比擬性較好，本次涌水量預(yù)測采用“比擬法”結(jié)合“解析法”進行估算，估算結(jié)果可靠。

礦坑涌水量是一動態(tài)變化的過程，其與地形地貌、巖性、構(gòu)造、降雨、巖石的透水性、富水性、補、徑、排等水文地質(zhì)條件有直接的關(guān)系，同時與巷道布置、掘進方法、開采水平、采空區(qū)面積、頂板管理等采掘工程也有直接的關(guān)系。一般在開采初期，涌水量小，隨著開采面積的增大，上覆地層的采礦導(dǎo)水裂隙帶范圍擴大，水文地質(zhì)條件將發(fā)生變化，涌水量也隨著增大，尤其在滑坡體及近地表附近、構(gòu)造破碎帶密集地帶。

因此建議在礦井建設(shè)生產(chǎn)過程中，根據(jù)礦井實際涌水量資料，及時對估算涌水量的計算公式及參數(shù)修正完善，使其更符合開采后礦山水文地質(zhì)條件，確保礦井安全生產(chǎn)。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)充水水源以地表水及含水層中地下水為主，大量正斷層的發(fā)育提供了主要充水途徑。

（2）比擬法預(yù)算最大涌水量為2.71×103m3/d，三岔河凹河段補給量為3.59×102m3/d，正常涌水量為兩者之和3.07×103m3/d，最大涌水量為正常涌水量的2.4倍，即最大涌水量為7.37×103m3/d。比擬法采用礦井實測的涌水量資料計算，結(jié)果可靠，可采用7.37×103m3/d作為今后井田選擇排水設(shè)備的依據(jù)。

（3）建議在礦井建設(shè)生產(chǎn)過程中，根據(jù)礦井實際涌水量資料，及時對估算涌水量的計算公式及參數(shù)修正完善，使其更符合開采后礦山水文地質(zhì)條件，確保礦井安全生產(chǎn)。