托里縣茂源煤礦東三號井充涌水量預測

陳 藝

（塔城水文勘測局,新疆 塔城 834700）

茂源煤礦（東三號井）地處準噶爾界山中段,和什托洛蓋盆地西段南緣,位于托里縣城NE方向95 km～97 km、鐵廠溝鎮(zhèn)東5 km處,行政區(qū)劃隸屬塔城地區(qū)托里縣鐵廠溝鎮(zhèn)管轄。該井田東西長2.8 km,南北寬1.0 km,井田面積2.573 km2,限制開采水平：+760 m～+300 m。

1 區(qū)域地貌

茂源煤礦（東三號井）處于鐵門魯塔木谷地的莫湖臺沖洪積平原上,鐵門魯塔木谷地在構(gòu)造上處于準噶爾界山褐皺帶中的和什托洛蓋山間凹陷西部,屬中生代的地塹式斷陷谷地。在地貌上處于北部烏肯拉卡爾山與南部扎依爾山之間,由山間沖洪積傾斜平原組成。在谷地西部兩側(cè),由于中、新生界的構(gòu)造隆起,又將其分割成喇嘛昭谷地、鐵廠溝谷地和莫湖臺沖洪積平原三部分。發(fā)源于南北山區(qū)的水系較發(fā)育,但均系山間式河溪,具有途短、流急、量小的特點。除洪水期外,出山后流入谷地不遠大多滲失殆盡。

2 區(qū)域地下水補徑排條件

由于烏肯拉卡爾山的存在,使得區(qū)內(nèi)干燥少雨,大氣降水對區(qū)內(nèi)地下水的補表給意義不大。同時又因第三系地層的隔水作用,北部烏肯拉卡爾山的雪融水及洪水入滲補給區(qū)內(nèi)地下水微弱,區(qū)內(nèi)地下水的補給主要源于鐵廠溝河。

區(qū)內(nèi)第四系潛水主要通過鐵廠溝河水的垂向入滲和側(cè)向滲漏補給,而侏羅系孔隙裂隙水則是在侏羅系地層與第四系潛水含水層的接觸部位,通過風化裂隙和構(gòu)造裂隙接受孔隙潛水的補給,其它補給途徑甚微。

由于地層滲透性好,第四系潛水徑流暢通,總的運移方向由西向東;而侏羅系孔隙裂隙水則由于地層泥質(zhì)充填較多,孔隙率低,裂隙不發(fā)育,巖石滲透性差,徑流不暢,交替滯緩,其地下水運動方向與潛水基本一致。

潛水由西向東運移排泄于地勢較低處的同時,少部分補給侏羅系地層,垂直蒸發(fā)及植物蒸騰是潛水的主要排泄途徑；而侏羅系孔隙裂隙水由于區(qū)內(nèi)礦井較多,疏干排水為主要排泄方式。

3 礦區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)

據(jù)《新疆托里縣鐵廠溝煤礦東三號井田勘探報告》,論證區(qū)范圍內(nèi)有3眼地質(zhì)—水文地質(zhì)結(jié)合孔,分別為ZK501鉆孔（位于東三號井田北部）、ZK503鉆孔（位于東三號井田南部）、ZK602鉆孔（位于東三號井田東北部）,這3眼鉆孔單孔抽水試驗,得出的參數(shù)對論證區(qū)水文地質(zhì)進行分析及確定。

根據(jù)鉆孔資料,ZK501鉆孔孔深389.25 m,揭露中侏羅統(tǒng)西山窯組弱含水層真厚度為51.23 m,含水層巖性主要由含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖組成,該孔穩(wěn)定流抽水試驗結(jié)果為井半徑r=0.0475 m,靜埋深Z=30.11 m,流量Q=0.0239 L/s,降深S=15.11 m,單位涌水量q=0.0016 L/（s·m）,滲透系數(shù)K=0.002109 m/d。

ZK503鉆孔孔深200.05 m,揭露中侏羅統(tǒng)西山窯組弱含水層122.36 m,含水層巖性主要由含礫粗砂巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖組成,該孔穩(wěn)定流抽水試驗結(jié)果為井半徑r=0.0475 m,靜埋深Z= 10.45 m,流量Q= 0.091 L/s,降深S=10.99 m,單位涌水量q=0.0083 L/（s·m）,滲透系數(shù)K=0.05099 m/d。

ZK602鉆孔孔深550.5 m,揭露中侏羅統(tǒng)西山窯組弱含水層真厚度為40.29 m,含水層巖性主要由含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖組成,該孔穩(wěn)定流抽水試驗結(jié)果為井半徑r= 0.0475 m,靜埋深Z= 50.14 m,流量Q= 0.0365 L/s,降深S=17.01 m,單位涌水量q=0.0021 L/s.m,滲透系數(shù)K=0.003949 m/d。

根據(jù)ZK503、ZK501、ZK602鉆孔靜止水位標高分別為749.45 m、734.45 m和709.42 m,判斷東三號井田內(nèi)地下水的流向與區(qū)域地下水的流向基本一致,為SW-NE流向。

由ZK503、ZK501、ZK602鉆孔抽水試驗成果,推算得到東三號井田區(qū)域內(nèi)地下水含水層單位涌水量為0.0016 L/（s·m）～0.0083 L/（s·m）,滲透系數(shù)為0.002109 m/d～0.05099 m/d。含水層富水性較弱,為侏羅系孔隙裂隙弱含水層。

4 礦坑涌水量預測

4.1 計算原則

（1）根據(jù)規(guī)范要求礦井涌水量預算范圍為首采區(qū)第一開拓水平（+350 m水平）以上范圍。本區(qū)計算范圍為+350 m水平以上的東三號井田開采范圍。東西平均長1799 m,南北寬425 m。

（2）Ⅲ含水層為承壓含水層,在巷道疏通過程中,承壓水轉(zhuǎn)為無壓水,在計算時按承壓轉(zhuǎn)無壓對待。

（3）受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、氣象、地形地貌等影響,大氣降水對地下水補給量甚微,因此計算時降水量不予考慮。

4.2 計算方法

由于東三號井田開采范圍內(nèi)的可采煤層屬急傾斜煤層,礦井開拓系統(tǒng)為主、副斜井開拓,主、副斜井穿越侏羅系含水層產(chǎn)生礦坑涌水。因此不能簡單的套用管井經(jīng)驗公式計算礦坑涌水量。本次計算根據(jù)礦道特性及礦坑產(chǎn)水特點,以大井法和比擬法進行計算。

4.2.1 大井法

（1）計算方法

利用坑道系統(tǒng)的長度（a）與寬度（b）的比值大小,確定引用半徑r0之后,再利用大井法預算礦坑涌水量。首采區(qū)礦井涌水量預算范圍東西長1799 m,南北寬425 m。b與a的比值為0.24,以大井法進行計算。

（2）計算公式的選擇

選用承壓轉(zhuǎn)無壓水的計算公式：

（3）計算參數(shù)的選用

1）滲透系數(shù)（K）

ZK501、ZK503、ZK602孔抽水試驗的滲透系數(shù)分別為0.002109 m/d、0.05099 m/d、0.003949 m/d,采用其平均值0.01902 m/d作為礦井涌水量計算的含水層滲透系數(shù)。

2）承壓水從井底算起的水頭高度

①水位標高值采用ZK501、ZK503、ZK602孔的水位標高的平均值,三孔水位標高分別為734.45 m、749.45 m、709.42 m,平均731.11 m。②承壓水從井底算起的水頭高度（H）,采用平均水位標高731.11 m與開采水平標高350 m之差,即381.11 m。

3）承壓含水層厚度（M）

①含水層厚度采用Ⅲ含水層剔除泥巖后的粗砂巖、含礫砂巖、中-粗砂巖的其厚度之和。②含水層厚度計算值采用ZK201、ZK301、ZK501、ZK601、ZK602孔揭露Ⅲ含水層真厚度的平均值作為計算參數(shù),上述各孔含水層真厚度分別為60.34 m、31.84 m、51.23 m、36.08 m、40.29 m,平均43.96 m。

4）引用半徑（r0）

坑道系統(tǒng) a=1799 m；b=425 m

5）引用影響半徑（R0）

（4）計算結(jié)果

已知：K=0.01902 m/d；H=381.11 m；M=43.96 m；r0=628.28 m；R0=2680.44 m。

代入公式:

4.2.2 比擬法

礦井涌水量的計算除上述計算至350 m水平之外,以下對400 m、450 m、500 m等水平亦進行了計算,其計算結(jié)果見表1。

表1 分水平礦井涌水量預算值表

進一步驗證分析大井法井田礦井涌水量的數(shù)值,根據(jù)《水文地質(zhì)手冊》中公式進行驗證,通過對二分公司6礦生產(chǎn)井的井下實測,從各處匯入的礦井水正常流量的平均值（Q1）為180 m3/d,最大涌水量為600 m3/d,生產(chǎn)井采掘巷道形成的引用半徑r1為220.35 m,水位降落值S1采用大井法中的水位標高731.11 m與現(xiàn)水平605 m水平的差,為126.11 m。將上述各值代入到公式中,則正常涌水量為1551.01 m3/d,最大涌水量為5170.02 m3/d。

4.3 計算結(jié)果評述

通過計算可知:大井法涌水量值1302.14 m3/d；比擬法正常涌水量1551.01 m3/d,最大涌水量為5170.02 m3/d。大井法是利用試驗得到附近地層的參數(shù)預算的結(jié)果；比擬法則是對大井法的進一步補充說明,它充分利用礦井的實測涌水量數(shù)據(jù)計算未來礦井涌水量而推求的結(jié)果。在充分考慮上述因素的情況下,推薦用比擬法計算的涌水量結(jié)果,作為東三號井礦坑涌水量計算值,涌水量為1551.01 m3/d,換算到每年為56.61×104m3/a。得出的結(jié)論為東三號井礦坑涌水量為1551.01 m3/d。

5 結(jié)語

本文對茂源煤礦東三號區(qū)域地貌進行了簡單介紹,并對礦井周邊地下水的補給、徑流、排泄條件進行簡單論述。根據(jù)井田勘探報告,利用三眼鉆孔的抽水試驗成果,得出區(qū)域內(nèi)地下水含水層單位涌水量為0.0016 L/（s·m）～0.0083 L/（s·m）,滲透系數(shù)為0.002109 m/d～0.05099 m/d。含水層富水性較弱,為侏羅系孔隙裂隙弱含水層。采用大井法和比擬法進兩種方法對礦坑涌水量進行計算,并分析計算成果,推薦比擬法計算成果。礦井涌水量計算成果系觀礦井的安全生產(chǎn)和運行成本,也是設(shè)計和開采部門選擇開采方案、開采方法,制定防止疏干措施,設(shè)計水倉、排水系統(tǒng)與設(shè)備的主要依據(jù),對礦井預防水文地質(zhì)災害起到關(guān)鍵作用。