織金礦區礦井充水因素及涌水量預測研究

謝紅東

（貴州省煤田地質局一七四隊，貴州 貴陽 550000）

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

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

1 地質背景

1.1 構造特征

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

1.2 水文特征

區內含水層有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、龍潭組。礦床主要充水水源為龍潭組自身的裂隙水，其次為地表水（三岔河凹河段），龍潭組水文地質特征如下：

巖性以碎屑巖為主，夾灰巖、泥灰巖、泥質粉砂巖及煤層。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；漏水點多為發育的石灰巖。203號鉆孔抽P3l水獲得滲透系數K＝0.0038m/d，水樣分析資料：水質為HCO3--Ca+2型。104號鉆孔抽P3c+l水獲得滲透系數K＝0.0018m/d。水樣分析資料：水質為SO4--Ca+2·Mg+2型。

根據301、302號鉆孔揭露F1的情況及簡易水文地質觀測分析，F1斷層具有一定的阻水性，自然狀態下對礦區內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水性[5,6]。

2 礦床充水因素分析

2.1 充水水源

研究區內充水水源主要包括大氣降水、地表水及地下水。據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礦區外圍北部的凹河，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向補給的區域，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、龍潭組碎屑巖基巖裂隙水、斷層水及老窯水。斷層本身一般富水性弱，導水性差；但當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災害[7-10]。而區內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 區域構造綱要圖

2.2 充水途徑

研究區內斷層較發育，斷層帶將成為井田充水的主要通道；而區內各地層淺部巖石風化裂隙發育，風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 井田涌水量預算

井田水文地質類型是以龍潭組裂隙充水為主的裂隙水充水礦床，結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算。

根據《貴州新浙能礦業有限公司織金縣馬場鄉營腳煤礦（預留）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，為先期開采地段；水平標高+850m以下劃分為一個采區，礦井共分為兩個采區。

先期開采地段在平面上的投影可視為一不規則的圓形，面積1304250m2。現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：一部分為龍潭組及上覆地層的涌水量；另一部分為三岔河側向補給的涌水量[11]。

3.1 龍潭組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形成一定的采空區，采空區面積一共約220000m2；本次收集該礦2017年2月至2017年12月礦井涌水量臺賬，經統計，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狀態，礦井排水工作正常。結合目前礦井水文地質條件及該礦的實際生產情況分析，該礦采用比擬法預算礦井涌水量比較可靠。現用比擬法對該礦涌水量進行預算，采用概化的經驗公式如下：

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

式中：Q--預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，即龍潭組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，即龍潭組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2.40。+850m水平預算礦井涌水量采用參數及結果如表1。

表1 礦井涌水量采用參數及結果表

表2 礦井估算三岔河凹河段側向補給量采用參數及結果表

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，成為礦區直線定水頭補給邊界[12-14]。在保證留設足夠的防水煤柱的提前下，估算凹河的正常補給量。

現采用以下公式估算凹河的補給量：

式中：Q凹河—預計凹河的補給量（m3/d）；

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

H—飽水厚度，采用三岔河凹河段水位標高+940m與礦區范圍內龍潭組地層底板最低標高+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及結果如表2。

3.3 整個礦區的涌水量

將來整個礦區正常情況下的涌水量為龍潭組及龍潭組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。

本次預算的涌水量結果代表礦區建設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造，南西高北東低，以往形成的采空區位于南西部，礦井水大致由南西往北東匯如井底水倉。本次估算的參數采用合理，并結合生產實際分析，利用礦井實測的涌水量資料，比擬性較好，本次涌水量預測采用“比擬法”結合“解析法”進行估算，估算結果可靠。

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

因此建議在礦井建設生產過程中，根據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修正完善，使其更符合開采后礦山水文地質條件，確保礦井安全生產。

4 結論

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

（2）比擬法預算最大涌水量為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，結果可靠，可采用7.37×103m3/d作為今后井田選擇排水設備的依據。

（3）建議在礦井建設生產過程中，根據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修正完善，使其更符合開采后礦山水文地質條件，確保礦井安全生產。