動力學方法預算礦井涌水量討論

崔德廣

新疆煤田地質局一五六煤田地質勘探隊（830009）

1 若干問題的討論

礦井涌水量的大小不僅是對煤田建設進行技術經濟評價、合理開發的重要指標，同時也是煤礦生產設計部門制定采掘方案、確定礦井排水能力和制定疏干措施的主要依據，所以正確地預計礦井涌水量是礦井水文地質工作的重要任務之一。

正確地預計礦井涌水量至今仍是一項復雜和困難的工作，其原因是∶1）人們對自然條件（地質、水文地質）認識有局限性。2）對開采活動引起地下水天然動態認識不足。3）地下水向井巷運動過程中，無論在空間上或時間上均呈現出復雜的運動，且在計算方法上常將自然條件理想化和簡單化，因而影響計算結果的精度。

為了使預計成果盡量符合客觀實際，這就要求礦井水文地質工作者,充分查明水文地質條件，正確分析采礦活動對礦井水文地質條件的影響，合理確定參數,選用適合各種條件的計算公式和方法，這樣就有可能獲得與實際涌水量較為接近的成果。

2 涌水量預算的計算過程及研究

通過新疆阜康市白楊河礦區預測其礦井涌水量，結合礦井實際水文地質條件，選用地下水動力學法加以詳細論述及說明。

在利用地下水動力學預計礦井涌水量時，可將井筒巷道甚至整個礦井（采區或水平）視為不同類型的積水建筑物，因而也可用穩定流和非穩定流理論建立起來的方程預計礦井涌水量，該礦區抽水孔都為穩定流抽水，故在選擇公式以穩定流公式作為依據。

2.1 含水層的邊界條件

含水層的邊界條件，是指含水層補給邊緣（供水邊界）和隔水邊界的形態、空間位置及其水位高度。它對流入井巷的動力條件、水量大小及疏干難易都有直接影響[1]。計算是要求依據含水層的邊界狀況和性質（補給的或隔水的）來確定計算方案和公式。這些邊界主要有:含水層與地表水的接觸線；近煤層的含水層與強弱透水層或含水斷裂帶的接觸界面；預測井巷與充水老空的接觸線；含水層與弱透水層或隔水層的接觸面等。根據構造和巖性不同，這些邊界可以是直線的、弧形的、兩條相交的及兩條平行的等等。

2.2 公式的確定

1）井田+500水平礦坑涌水量（假定Ⅰ、Ⅱ井田同時建井開采時）

該礦區東側白楊河為供水邊界，西側由于Ⅱ井田開采抽水故相當于隔水邊界，選用邊界條件的承壓轉無壓井公式[2]∶

式中∶Q—井田（+500 m水平）礦坑系統預計涌水量（m3/d）；Kcp—平均滲透系數（m/d）；H—自+500 m水平起算的水頭高度（m）；M—平均含水層厚度（m）;h—基坑水柱高度，當降至+500 m標高時h＝0；B—供水邊界至隔水邊界之距離（m）；b—大井中心至供水邊界的距離（m）；r0—基坑引用半徑,r0＝η(a、b為井田首采水平面積的周界，當b/a＝0.09時，查表η＝1.18）。

把所取參數代入公式①

計算結果 Q＝17420 .49（m3/d）。

2）井田+500水平礦坑涌水量（假定先開采Ⅰ井田，Ⅱ井田不開采時）。

水文地質條件∶東側白楊河為供水邊界，雖然天然狀態下泉水溝為泄水邊界,但當一井田開采排水，人工流場替代天然流場,則西側演變為供水邊界，選用兩直線供水邊界條件的承壓轉無壓完整井公式∶

式中各參數的選定和上述（1）種情況相同，把以上參數代入公式②。

計算結果 Q＝35494 .17（m3/d）。

3 結果及評價

本井田+500水平不同邊界條件下礦坑涌水量預算基礎數據源于水文地質試驗，相關統計數據程度可靠，參數求解依據穩定井流理論，故預算結果可供煤礦設計建設使用[3]。但不同的開采方式和疏干方法，其所揭露的含水層數目、范圍及涌水量等也不盡相同，它將直接影響礦井充水程度和進水條件。因此，預測礦井涌水量時，必須考慮開采方法的影響。

4 存在問題及建議

火燒區含水豐富，與白楊河水有密切的水力聯系，考慮頂板管理時應對此應有足夠的重視，以防放頂時造成火燒區裂隙水通過采空冒落帶及裂隙帶潰入巷道造成危害。建議在井田邊界東側針對燒變巖含水帶施工鉆孔進行圍幕注漿工藝，切斷燒變巖含水層的補給源，確保安全生產。

[1]鄭世書,陳江中,劉漢湖,胡友彪,孫亞軍.專門水文地質學[M].中國礦業大學出版社.

[2]孫連發,李正根,沈繼方.礦坑涌水量計算方法研究[M].中國地質礦產部,1983,83.

[3]于輝光,郭德勇,胡德進.超化煤礦突水災害地質條件分析及防止措施[J].煤礦安全,2006,37(2):55～57.