某礦水文地質特征及礦井涌水量計算

【摘要】對礦井涌水量進行預測，既能對其作出科學的充水條件評價，也可預估出正常條件下的理論需求排水量。在我國的礦井井田開采設計環節，通常依靠礦井涌水量這一指標來擬定防治水方案，而涌水量的多少則代表了特定環境下該礦井充水的程度。本文根據西北某國有大型煤礦為分析案例，首先對該煤礦周邊水文地質特點進行了理論探究，得出了該煤礦充水的重要原因，接下來依據“大井法”對其涌水量開展了科學預估。

【關鍵詞】水文地質特征；涌水量計算；大井法

1.引言

在一定的時間期限內，礦井施工及建造過程中流入井巷內的水量總和即為該礦井的涌水量。對礦井涌水量的科學預估是非常關鍵且有價值的，其一，可根據統計數據設計礦井的防治水方案；其二，涌水量的大小直接影響到了該礦井的安全程度[1]。由于水量預估的繁瑣性及諸多計算難點，導致現有的計算結果都顯得不夠科學、精確。因此，筆者擬根據西北某國有大型煤礦為分析案例，以地下水動力學之“大井法”為理論出發，對該煤礦的涌水量開展預估工作，以此作為建造、生產的根據。

2.礦床充水因素

依據該地區的水文地質環境、礦井水文地質環境和井床在礦田中的區域特點，經過逐步理論分析，得出以下五種造成井田礦床充水的重要原因：地層巖性、雪融水和大氣降水、火燒層、地表水、暫時性地表水流。

2.1 地層巖性

此次分析工作的重要勘測內容為該區域的含煤地層，調查顯示為中白堊統四道灣上段。根據探測結果，發現了B1，2，3，4，5，6共6層含煤地層，其產狀特征大致與含水巖層保持一致，并呈垂直向下的并列排向。鉆孔地質資料揭示此處巖層中細沙巖、粗沙巖等地層總厚度分別占該巖組巖層厚度的51%-78%。根據這項發現，可證明地層巖性，特別是粗礫巖、粗砂巖這些由碎屑物質所組成的巖石，導致了礦床的嚴重充水[2]。

2.2 大氣降水和雪融水

根據對該礦井水文地質環境的調查發現，勘測區域地下水大部通過大氣降水和雪融水進行補給，即經過地層中空隙、裂縫以垂直向下滲匯入地下水，所以大氣降水和雪融水也是礦床充水的一大影響原因。

2.3 火燒層

經地質勘察人員發現，在勘測區的西部和南部B6區域煤層露頭線發現了火燒層，其露出面積不大，形成的原因主要是巖石經火燒、烤變，產生燒變巖，過程中裂痕、孔縫極度發育，并伴隨著大氣降水與雪融水的流匯，產生燒變巖孔縫潛水，富含大量水量。當煤礦生產進入到燒變巖區域煤層段時，大量富含潛水開始下突，涌入礦坑井巷，從而導致安全事故發生[3]。

2.4地表水

經勘測發現，煤礦北部美蘭區在大氣降水和雪融水匯集產生了大量地表水，其在流經勘測區域段沿下游流入途中，經發育成熟的地表層孔隙、空隙不斷滲入地下，匯入地下水，對地下水量進行了充分的補給，進而導致礦床井田進一步充水。

2.5暫時性地表水流

經過科研人員對勘測區域水文地質環境、歷史氣象數據、水文資料的分析比對得出：通常每一年的3月冰雪開始融化，及7月開始的雨季大量降雨期，該區域大概率出現較大的暫時性地表水流；暫時性地表水流的出現也可以解釋為在擁有特點匯水面積的區域，大氣降水及雪融水的大量匯合。其特點是：水流量非常大，持續時間較短，水流速度和水流速度變化率極快。

3. 礦坑涌水量估算

在涌水結束后，礦坑會進入一個緩慢的疏燥變干時期，而以礦坑為內部核心所產生的地下水輻射場要達到穩定徑流的要求，則需要礦坑的涌水量及其一定范圍內的水位下降也到達較為穩定的環境狀態。因為礦坑的產生形成及其復雜及難以控制，導致坑道及形狀非常復雜，且分布區域廣，所以急需把其理想化以消除復雜的邊界因素。

計算時依據理論方法，可把形狀混亂的坑道系統當作大井模型，同時將坑道系統所包含的區域換算成可計算的大井面積，即以大井的涌水量代替坑道全部系統的涌水量，最終就能近似的引用裘布依專家的穩定流基本方程，展開涌水量預估。因為引入“大井”這個概念，此法即命名為“大井法”。這種計算方法的核心理念[4]是借助坑道系統長度（l）與寬度（d）的比值，進一步得出代入半徑r，最后運用“大井法”計算礦坑涌水量。

根據實地測量，現已知該井田涌水量估算區東西長1580m，南北寬長線為1890m，短線為1370m，平均為1630m，b與a的比值為1580/1630=0.97，即可采用“大井法”進行預算。

其計算公式如下所示；

將上述計算得到的計算參數值[5]K=0.0026m/d、H=182.95m、M=98.94m、r0=946.95m、R0=1199.3m帶入上公式中，可以計算得到礦坑涌水量預測值為

4.總結

本文以某國有礦井為例，進行了礦井涌水量計算分析研究，計算結果顯示礦井涌水量計算公式和參數選擇合理，正常條件下涌水量計算準確。本文的研究結論對國內相似水文地質環境下的礦井及其涌水量的理論計算具有一定參考借鑒價值。

參考文獻：

[1]劉洋，李凱，王振榮. 礦井涌水量計算方法評述[A]. 陜西省煤炭學會.高產高效煤礦建設的地質保障技術——陜西省煤炭學會學術年會論文集·2009[C].陜西省煤炭學會：，2009：5.

[2]陳江峰，許亞坤. 蘆溝煤礦水文地質特征及礦井涌水量計算[J]. 煤礦安全，2009，40（11）：39-42. [2017-08-15]. DOI：10.13347/j.cnki.mkaq.2009.11.019

[3]劉琰，孫貴，何孝海. 淮北煤田花溝井田水文地質特征及礦井涌水量預算[J]. 中國煤炭地質，2011，23（07）：40-44. [2017-08-15].

作者簡介：學歷：研究生。職稱：助理工程師。出生年月：1989.10籍貫 ：山東。研究方向 ：水文地質.