某礦井水資源論證項目涌水量預測分析

翟京召

（河南天龍檢測有限公司，河南 南陽 473000）

1 引言

某地煤礦項目位于新鄭市辛店鎮趙家寨村，礦區東西長13.50 km，南北寬3.70 km，面積48.96 km2。工程占地面積32.87 hm2，建筑面積19.49 hm2，綠化面積3.05 hm2。礦井設計生產能力300 萬t/a 的大型礦井，設計服務年限53.30 a。全礦井共劃分7 個采區，其中5 個上山采區，2 個下山采區，礦井目前有2個生產采區，1個準備采區，1個開拓采區。

2 涌水量預測計算分析

2.1 礦井涌水量的構成

煤礦目前主要開采二1 煤層，其充水水源主要為底板L1-4灰巖水、O2灰巖水，其次底板L7-8灰巖水，少量頂板砂巖水。根據2009-2017年礦井涌水量觀測成果臺賬，礦井多年平均涌水量為1 353.20 m3/h，最大涌水量為2 045 m3/h（2014年11月），最小涌水量1 000.60 m3/h（2014年8月）。

2.2 涌水量預測計算分析

2.2.1 比擬法

采用礦井單位涌水量比擬法預算礦井涌水量用式（1），其中比擬法礦井涌水量預測參數見表（1）。

式中：Q—預算礦井總涌水量；Q0—生產礦井總涌水量；F0—生產礦井開采面積，礦井目前已開采面積1.11 km2；S0—生產礦井水位降低；F—預算礦井開采面積，取15.58 km2；S—預算礦井水位降低。

經計算，預算范圍內礦井涌水量為1 074 m3/h，加上目前礦井疏放水量650 m3/h，首采區和14 采區礦井正常涌水量為1 724 m3/h。根據2008-2017年礦井涌水量統計結果，礦井最大涌水量是正常涌水量的1.02～1.57 倍，為了安全起見，采用最大值1.57倍，推算礦井最大涌水量為2 706 m3/h。

2.2.2 大井法

2.2.2.1 二1煤層頂板礦井涌水量

對二1煤層頂板山西組砂巖裂隙含水層礦井涌水量預算采用地下水動力學法中承壓轉無壓公式（2）（3）：

式中：Q—預算涌水量（m3/d）；S—預計水位降深（m）；R—大井引用影響半徑（m）；K—含水層滲透系數，取708孔、-0 852孔和1 153孔滲透系數的平均值0.03 m/d；M—含水層厚度，取含水層平均厚度16.97 m；H—水柱高度，為含水層靜止水位標高（礦井內無山西組砂巖含水層長管孔，據2002年12月-0 852孔抽水試驗資料，靜止水位標高為+97.68 m）至預算范圍內二1煤層最低標高（-325 m）的距離，取422.68 m；h—水柱高度（H）與水位降深的差值（S），其值為0；r0—大井引用半徑，預算范圍面積（F）15.58 km2，預算范圍可視為不規則的圓形，引用半徑r0為2 228 m。

經計算：預算首采區和14 采區山西組砂巖含水層礦井涌水量為204 m3/h。根據礦井最大涌水量是正常涌水量的1.57倍，推算山西組砂巖含水層礦井最大涌水量為320 m3/h。

2.2.2.2 二1煤層底板C2tL7-8灰巖礦井涌水量

對二1煤層底板C2tL7-8灰巖礦井涌水量預算采用地下水動力學法中穩定流和非穩定流承壓完整井公式：

式中：Q—預算涌水量（m3/d）；S—預計水位降深（m）；K—含水層滲透系數（m/d）；M—含水層厚度（m）；R—大井引用影響半徑（m）；r0—大井引用半徑（m）。

非穩定流計算公式：

式中：Q—預算涌水量（m3/d）；S—預計水位降深（m）；T—導水系數（m2/d），T=KM；μ*—含水層貯水系數；r0—大井引用半徑（m）；t—抽水延續時間（d）。

計算參數：K—含水層滲透系數，取大1孔、1 109 孔、1 218孔和西風井檢查孔滲透系數的平均值5.58 m/d；T—導水系數，取大1孔、1 109孔、1 218孔和西風井檢查孔導水系數的平均值73.49 m2/d；M—含水層厚度，取C2tL7-8灰巖含水層平均厚度13.27 m；μ*—含水層貯水系數，據勘探報告C2tL7-8灰巖貯水系數可取8.27×10-5；S—預計水位降深，為含水層靜止水位標高至預算范圍內二1煤層最低標高的距離，取268.53 m；r0—大井引用半徑（m），預算范圍面積（F）15.58 km2，預算范圍可視為不規則的圓形，引用半徑r0為2 228 m。

將計算參數分別代入公式（3）、（5），預算二1煤層底板C2tL7-8灰巖礦井涌水量結果見表2。

表2 二1煤層底板礦井涌水量預算結果表

從表2可以看出，穩定流計算的結果基本與非穩定流計算的結果吻合。穩定流計算的底板涌水量3 869 m3/h，等同于非穩定流疏排初期的水量。從涌水量與時間變化曲線看（圖1），穩定流量應在540 d以后，因此推薦預計底板礦井涌水量值為1 922 m3/h。根據礦井最大涌水量是正常涌水量的1.57 倍，推算底板礦井最大涌水量為2 017 m3/h。

圖1 涌水量與時間變化曲線看圖

2.2.3 實際涌水量分析法

煤礦建立了礦井涌水量臺賬，為今后預計全礦井及新采區涌水量提供了可靠依據。根據2009-2018 年礦井涌水量觀測成果臺賬，礦井多年平均涌水量為1 353.20 m3/h，最大涌水量為2 045 m3/h，最小涌水量1 000.60 m3/h。

由于在開采過程中采取底板注漿加固措施，減少了灰巖水的影響，自2011年起，礦井涌水量呈逐年下降趨勢，2014年10月，由于井下12 201巷道機頭段出水，造成涌水量突然增加，并逐漸減小并趨于穩定，在2016-2018年基本維持穩定在約1 450 m3/h。

根據《建設項目水資源論證導則》“對于有監測資料礦區，可選擇排水量變化穩定且能代表未來礦山開采水平相應時段排水量平均值作為評價礦坑排水量”，根據礦井實際涌水量資料，可選用能代表現狀涌水量且涌水較為穩定的2016 年到2017 年涌水量平均值作為礦井涌水量預測值，即1 477 m3/h。礦井最大涌水量為正常涌水量的1.02～1.57 倍，則礦井最大涌水量2 319 m3/h。

2.3 礦井涌水量預測結果評價

用以上三種方法對礦井涌水量進行計算，計算結果相差較大。使用大井法計算礦井涌水量對水文地質條件要求較為理想化，與實際邊界條件有一定的差距。因此，涌水量預測采用實際涌水量平均值分析結果，預計礦井正常涌水量1 477 m3/h，最大涌水量2 319 m3/h。

3 結語

經預測分析計算，用平均值分析的涌水量與礦井實際涌水量較吻合，全礦井正常涌水量為1 477 m3/h，最大涌水量為2 319 m3/h。參照《污水再生利用工程設計規范》，礦井水輸送和處理損失按10%計算，分別消耗147.70 m3/h，3 544.80 m3/d，則礦井涌水可利用量31 903 m3/d，項目最大日用水量6 025 m3/d，外供水量4 200 m3/d，項目礦井涌水可以滿足生產用水量的需求。