三號井充水因素分析及涌水量預測

王龍江，李長虹

(新疆塔城水文水資源勘測局，新疆 塔城834700)

徐礦集團新疆賽爾能源有限公司三號井改擴建工程位于和布克賽爾蒙古自治縣和什托洛蓋鎮(zhèn)西北約8 km處，井田東部12 km處為和布克河，井田地理坐標為:東經85°54'08″～ 85°52'10″，北緯 46°31'36″～ 46°32'31″。

1 井田區(qū)地下水補給、徑流與排泄

通過區(qū)域水文地質條件的分析論證可以看出，論證區(qū)地處和布克河出山口以下的低山丘陵區(qū)，為一小型河谷平原。除和布克河沿河斷裂伸入本區(qū)外，區(qū)內沒有大型斷裂構造分布，但褶皺構造發(fā)育。因此，氣候、地表徑流、地質構造和地層巖性是決定論證區(qū)地下水補給、徑流與排泄的主要因素。

1.1 第四系孔隙潛水的補、徑、排條件

論證區(qū)地處準格爾盆地的北緣，屬低山丘陵區(qū)，降水量少、蒸發(fā)量大，因此，大氣降水對第四系孔隙潛水的補給意義很小，而流入區(qū)內的和布克河、布倫河則成為地下水的主要補給來源。雖然目前這2條河流都有水庫進行徑流調節(jié)，但出庫后的地表徑流需在自然河床徑流近10 km才能進入灌溉區(qū)，地表徑流在此段河床大量下滲補給地下水，對本區(qū)地下水的補給起著控制性的作用。根據區(qū)域水文地質條件分析，本區(qū)還存在山區(qū)基巖裂隙水和和布克河沿河斷裂的構造導水補給，但限于資料條件，無法對其進行定量分析。

本區(qū)第四系孔隙潛水的的徑流受構造、地層巖性及地形的影響，其徑流的主要方向為沿河向下游運移，其次為向基底的滲透。由于含水層巖性主要為砂礫石，因此地下水的徑流通道也比較通暢。據抽水試驗成果，滲透系數K最大可達282.7 m/d，一般 10 ～90 m/d，最小為 0.226 m/d。

第四系孔隙潛水的排泄途徑，除了向下游的徑流外，還有人類的開發(fā)利用及向深部地層的滲漏;在本區(qū)，受含水層巖性及地下水埋深的影響，地下水的蒸發(fā)消耗量較小。

1.2 基巖地層地下水的補給和徑流

在論證區(qū)，第四紀地層下伏有泥盆紀、石炭紀、侏羅紀和第三紀的地層，除河谷區(qū)的山丘區(qū)，基巖裸露，風化作用明顯。受褶皺構造的影響，各地層間基本為不整合接觸，基巖巖層傾角20°～80°，裂隙發(fā)育。

據論證區(qū)探礦地質工作所鑿的7眼勘探孔資料，下伏的砂礫巖、粗砂巖、粉砂巖、泥巖、砂質泥巖和煤層均為透水地層，尤其是砂礫巖、粗砂巖、粉砂巖鉆進段，鉆孔漏水率為100%?；鶐r地層地下水的補給來源，一是第四系松散含水層中潛水的垂直入滲，二是在基巖露頭地區(qū)，大氣降水通過裂隙進入地下;而對于深部的基巖地層，其裂隙水則主要來自于上部弱透水層的越流補給。

總體來說，對于論證區(qū)基巖，受補給和儲水構造的控制，其含水層滲透性較弱、地下水徑流速度遲緩，富水性較差。探礦勘探孔的試驗數據也說明本區(qū)基巖含水層的特性，據礦區(qū)7－2號勘探孔的混合抽水試驗成果，孔內地下水埋深33.25 m，涌水量 0.135 m3/d，降深 18.51 m，單位涌水量0.000 8 L/s·m，滲透系數 0.002 6 m/d。

2 礦床充水因素分析

2.1 地下水與地表水及各含水層間的水力聯(lián)系

和布克河常年有水，多年平均年徑流量4 088×104m3，平均流量為1.16 m3/s。受中游加音塔拉水庫的調節(jié)影響，尤其進入枯水季節(jié)，水庫下游來水減少。地下水的補給來自水庫的下泄水量入滲補給，其次受兩岸沖溝暴雨洪水的入滲補給及泄水期下泄洪水的補給，另外受少量基巖裂隙水的入滲補給。洪水季節(jié)河水補給地下水，非汛期地下水又以 泉水的形式補給河水。

2.2 礦床充水因素分析

大氣降水及地表水流:論證區(qū)地層地表出露總體較好，第四紀沖積砂卵石層較厚，主要由砂礫碎石、礫石層、含砂質壤土和碎石土、礫砂土組成，透水性好，由河水充足補給后，含有豐富的孔隙潛水。當井下煤層開采后，形成了一口大口井一樣，地下水匯集于坑道中。暴雨易通過下滲或匯流通過井口直接進入礦井，形成礦坑涌水。

裂隙水:當井下煤層開采基巖以下層時，打破了巖層原有的穩(wěn)定性，使上覆巖層失去支撐，而發(fā)生彎曲和位移并產生裂隙。大氣降水和冰雪消融水易通過地表裂隙向下滲透進入礦井，形成礦坑涌水。

老窯積水:目前論證區(qū)中部煤層經多年的開采，已形成部分封閉采空區(qū)和廢棄巷道，由于廢棄時間較長，存在一定量的積水。因此，當煤礦在老窯、封閉采空區(qū)和廢棄巷道附近開拓時易造成老窯積水突入礦井，故建議煤礦加強對老窯積水的管理和防治，做好采前探水工作。

2.3 礦床充水途徑

本區(qū)內基巖裂隙水主要補給源為大氣降水，冰雪消融水的補給，沿地表風化帶下滲補給下伏碎屑巖裂隙孔隙承壓弱富水含水層。

煤層頂(底)板細砂巖、中砂巖、粗砂巖、砂礫巖、礫巖含水層，接受大氣降水補給，徑流補給為直接充水含水層。

暴雨形成的暫時性地表水流可通過礦井口直接灌入礦井，它們雖是礦坑充水的次要因素，但仍應加強防范措施。

井田內第四系為透水不含水層，含水層主要分布在下侏羅統(tǒng)三工河組下段及侏羅系八道灣組上段，其補給源為大氣降水及雨季帶狀淺溝的短暫流水直接垂直滲入補給或經第四系地層間接滲入補給。由于礦區(qū)氣候干燥，降水稀少，蒸發(fā)量大，且降雨多集中在高溫季節(jié)，故大部分降水被蒸發(fā)，僅有少部分降水下滲，地下水補給條件差，且地下水位較深。

井田內侏羅系含水層組為煤層含水組，從專門水文鉆孔抽水試驗結果來看，單位涌水量僅為0.000 8 L/s·m。直接充水含水層對煤礦床的開采影響較小。有限的水儲存量對礦床充水不構成大的威脅。

3 礦區(qū)水文地質參數

本次工作收集了礦區(qū)周邊6處松散巖類鉆孔和2處煤礦勘探孔的抽水試驗記錄資料，根據資料，計算了礦區(qū)第四系潛水含水層和基巖含水層的水文地質參數。

松散巖類鉆孔基本分布在和什托洛蓋鎮(zhèn)的和布克河床一帶，松散巖類鉆孔為單落程抽水試驗，潛水含水層水文地質參數的計算，采用近河潛水含水層完整井穩(wěn)定流抽水試驗計算公式，見下式，計算成果見表1。

基巖勘探孔采用3落程抽水試驗，含水層水文地質參數的計算，采用承壓含水層完整井穩(wěn)定流抽水試驗計算公式，見下式，計算成果見表1。

從表1可以看出，第四系潛水含水層由于含水層巖性、厚度及所處的位置不同，其給水能力也不同，但從鉆孔的上、下游相對位置分析，論證區(qū)上游潛水含水層給水能力較好(如賽1、賽2)，但含水層厚度較薄;中、下段潛水含水層厚度較大，但給水能力弱于上游。

勘探孔的抽水試驗成果反映，本區(qū)基巖含水層的富水性較弱，給水能力較差。

表1 論證區(qū)水文地質參數一覽表

4 礦坑涌水量預測

依據地質勘察報告，可知井田所在的水文地質單元內的含水層分布不規(guī)則。因此，在預測坑道系統(tǒng)涌水量時，理論上可將不規(guī)則鉆井系統(tǒng)所占的面積，理想為一個圓形的大井，然后應用地下水向井孔運動的公式，預測坑道系統(tǒng)的涌水量，因此又稱此法為大井法，在我國屬礦坑涌水計算時應用較多的方法之一。本次工作選用《水文地質手冊》中的適用于礦坑疏干涌水量的計算方法—“大井法”公式，來預測礦井疏干情況下的涌水量。

依據《新疆維吾爾自治區(qū)和布克塞爾蒙古自治縣塞爾公司新疆三號井煤炭勘探地質報告》中的地質勘察成果，本井田地處托里～和什托洛蓋拗陷中段和豐礦褶皺組中次級鐵斯爾卡查干背斜的南翼，井田總體為一單斜構造，地層走向為近東西向，傾向南，傾角10°～16°，但在地層走向上略有起伏，井田內未見較大斷層及火成巖。

由于7－2鉆孔距3號井井口只有幾百米的距離，因此本次礦坑涌水量分析計算，方法一是采用7－2鉆孔抽水試驗成果，選用“大井法”的承壓轉無壓公式預算涌水量。二是采用該井田東南約8 km處的賽爾五礦地質條件、水文地質條件、開采技術條件與該井田基本相同的“比擬法”預算礦井涌水量。

4.1 “大井法”

選用公式:

式中:K為滲透系數(0.002 6 m/d);M為含水層厚度(44.3 m);R0為引用影響半徑(R+r0)，其中R為影響半徑;r0為引用半徑);H為水頭高度(水位標高917.08 m減去井田內最低開采水平550 m，為367.08 m);S為降深(S=H);F為井田面積3.2 km2。

代入公式，求得礦井正常涌水量為466 m3/d。

4.2 “比擬法”

選用公式:

式中:Q0為賽爾公司五礦涌水量60 m3/d;F為預算未來開采面積3 200 000 m2;F0為賽爾公司五礦開采面積1 060 000 m2;S為預算未來開采水位降深367.08 m;S0為賽爾公司五礦開采水位降深83.69 m。

代入公式，求得未來礦井正常涌水量為378 m3/d。

以上二種涌水量預算層為砂巖裂隙含水層。但考慮雨季天氣降水形成的洪水與地表溝通的開采裂隙匯入井下及采空區(qū)積水溝通等其它因素，礦井涌水量將增大。

4.3 涌水量計算結果評述

本次礦井涌水量的計算一是采用煤礦勘探孔7－2孔抽水試驗成果“大井法”，二是采用礦井“比擬法”進行的，但就其預算依據、過程及結果而均較客觀，其預算結果“大井法”正常涌水量為466 m3/d，礦井“比擬法”正常涌水量為378 m3/d，二種方法結果比較:“大井法”由于選用的鉆孔資料7－2鉆孔距離三號礦井口很近，所以各個參數的選取比較準確，計算結果可靠;“比擬法”用周圍已開采的井做比較，比較直觀。

在這里推薦由“大井法”推算出的結果466 m3/d作為三礦日涌水量的數值。