動(dòng)力學(xué)方法預(yù)算礦井涌水量討論

崔德廣

新疆煤田地質(zhì)局一五六煤田地質(zhì)勘探隊(duì)（830009）

1 若干問(wèn)題的討論

礦井涌水量的大小不僅是對(duì)煤田建設(shè)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、合理開(kāi)發(fā)的重要指標(biāo)，同時(shí)也是煤礦生產(chǎn)設(shè)計(jì)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(jù)，所以正確地預(yù)計(jì)礦井涌水量是礦井水文地質(zhì)工作的重要任務(wù)之一。

正確地預(yù)計(jì)礦井涌水量至今仍是一項(xiàng)復(fù)雜和困難的工作，其原因是∶1）人們對(duì)自然條件（地質(zhì)、水文地質(zhì)）認(rèn)識(shí)有局限性。2）對(duì)開(kāi)采活動(dòng)引起地下水天然動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)不足。3）地下水向井巷運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，無(wú)論在空間上或時(shí)間上均呈現(xiàn)出復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，且在計(jì)算方法上常將自然條件理想化和簡(jiǎn)單化，因而影響計(jì)算結(jié)果的精度。

為了使預(yù)計(jì)成果盡量符合客觀實(shí)際，這就要求礦井水文地質(zhì)工作者,充分查明水文地質(zhì)條件，正確分析采礦活動(dòng)對(duì)礦井水文地質(zhì)條件的影響，合理確定參數(shù),選用適合各種條件的計(jì)算公式和方法，這樣就有可能獲得與實(shí)際涌水量較為接近的成果。

2 涌水量預(yù)算的計(jì)算過(guò)程及研究

通過(guò)新疆阜康市白楊河礦區(qū)預(yù)測(cè)其礦井涌水量，結(jié)合礦井實(shí)際水文地質(zhì)條件，選用地下水動(dòng)力學(xué)法加以詳細(xì)論述及說(shuō)明。

在利用地下水動(dòng)力學(xué)預(yù)計(jì)礦井涌水量時(shí)，可將井筒巷道甚至整個(gè)礦井（采區(qū)或水平）視為不同類型的積水建筑物，因而也可用穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流理論建立起來(lái)的方程預(yù)計(jì)礦井涌水量，該礦區(qū)抽水孔都為穩(wěn)定流抽水，故在選擇公式以穩(wěn)定流公式作為依據(jù)。

2.1 含水層的邊界條件

含水層的邊界條件，是指含水層補(bǔ)給邊緣（供水邊界）和隔水邊界的形態(tài)、空間位置及其水位高度。它對(duì)流入井巷的動(dòng)力條件、水量大小及疏干難易都有直接影響[1]。計(jì)算是要求依據(jù)含水層的邊界狀況和性質(zhì)（補(bǔ)給的或隔水的）來(lái)確定計(jì)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(qiáng)弱透水層或含水?dāng)嗔褞У慕佑|界面；預(yù)測(cè)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(jù)構(gòu)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(shí)建井開(kāi)采時(shí)）

該礦區(qū)東側(cè)白楊河為供水邊界，西側(cè)由于Ⅱ井田開(kāi)采抽水故相當(dāng)于隔水邊界，選用邊界條件的承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓井公式[2]∶

式中∶Q—井田（+500 m水平）礦坑系統(tǒng)預(yù)計(jì)涌水量（m3/d）；Kcp—平均滲透系數(shù)（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(dāng)降至+500 m標(biāo)高時(shí)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(dāng)b/a＝0.09時(shí)，查表η＝1.18）。

把所取參數(shù)代入公式①

計(jì)算結(jié)果 Q＝17420 .49（m3/d）。

2）井田+500水平礦坑涌水量（假定先開(kāi)采Ⅰ井田，Ⅱ井田不開(kāi)采時(shí)）。

水文地質(zhì)條件∶東側(cè)白楊河為供水邊界，雖然天然狀態(tài)下泉水溝為泄水邊界,但當(dāng)一井田開(kāi)采排水，人工流場(chǎng)替代天然流場(chǎng),則西側(cè)演變?yōu)楣┧吔?，選用兩直線供水邊界條件的承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓完整井公式∶

式中各參數(shù)的選定和上述（1）種情況相同，把以上參數(shù)代入公式②。

計(jì)算結(jié)果 Q＝35494 .17（m3/d）。

3 結(jié)果及評(píng)價(jià)

本井田+500水平不同邊界條件下礦坑涌水量預(yù)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源于水文地質(zhì)試驗(yàn)，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)程度可靠，參數(shù)求解依據(jù)穩(wěn)定井流理論，故預(yù)算結(jié)果可供煤礦設(shè)計(jì)建設(shè)使用[3]。但不同的開(kāi)采方式和疏干方法，其所揭露的含水層數(shù)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(jìn)水條件。因此，預(yù)測(cè)礦井涌水量時(shí)，必須考慮開(kāi)采方法的影響。

4 存在問(wèn)題及建議

火燒區(qū)含水豐富，與白楊河水有密切的水力聯(lián)系，考慮頂板管理時(shí)應(yīng)對(duì)此應(yīng)有足夠的重視，以防放頂時(shí)造成火燒區(qū)裂隙水通過(guò)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(cè)針對(duì)燒變巖含水帶施工鉆孔進(jìn)行圍幕注漿工藝，切斷燒變巖含水層的補(bǔ)給源，確保安全生產(chǎn)。

[1]鄭世書,陳江中,劉漢湖,胡友彪,孫亞軍.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.

[2]孫連發(fā),李正根,沈繼方.礦坑涌水量計(jì)算方法研究[M].中國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)部,1983,83.

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