新疆鄯善县沙尔湖东露天煤矿矿坑涌水量预测方法

赫修忠，孙文斌，庞香多

吉林省地质工程勘察院，吉林 长春 130012

新疆鄯善县沙尔湖东露天煤矿矿坑涌水量预测方法

赫修忠，孙文斌，庞香多

吉林省地质工程勘察院，吉林 长春 130012

本文介绍了新疆鄯善县沙尔湖东露天煤矿水文地质特征、补给、径流、排泄条件。露天区的充水因素主要为大气降水和含水层中地下水直接充水作用。采用“大井法”来计算矿坑涌水量，矿坑涌水量的预测结果和矿区首采区实际涌水量接近。因此，该方法对本地区其他煤矿开采具有指导意义。

露天煤矿；矿坑涌水量；预测方法；“大井法”； 鄯善县

0　引言

本文介绍了新疆鄯善县沙尔湖东露天煤矿水文地质特征、补给、径流、排泄条件。露天区的充水因素主要为大气降水和含水层中地下水直接充水作用。采用“大井法”来计算矿坑涌水量，矿坑涌水量的预测结果和矿区首采区实际涌水量接近。因此，该方法对本地区其他煤矿开采具有指导意义。

1　水文地质条件

煤田勘查区位于鄯善县城东偏南约101 km处，行政区划属于鄯善县七克台镇管辖。坐标为：东经91°18′57″～ 91°23′31″，北纬42°36′30″～ 42°39′11″。东西长约 6 200 m，南北宽约5 000 m，面积为26.84 km2，整体地貌为由南向北缓倾的荒漠戈壁。海拔高程一般为420～500 m。区内自然环境差，地表无植被，为典型的干旱大陆性气候。光照时间长，昼夜温差大，干燥少雨，蒸发量大。年平均气温12 ℃，一月份最冷达-35 ℃，七月份最热，最高达50 ℃，一般为40～45 ℃。年降雨量为6～10 mm（多在夏季），蒸发量则为2 983 mm。季风多集中在4～5月，风向以西北风为主。最大风速26 m/s，平均风速3.7 m/s。

钻孔揭露的地层有古生界下二叠统阿尔巴萨依组（P1ae）、中生界中侏罗统西山窑组（J2x）、头屯河组（J2t）、新生界第三系（E3-N1t）及第四系（Q）。弱含水层以粗、中、细砂岩为主，泥岩和泥质粉砂岩视为隔水层，含水层平均累计厚度246.21 m对西山窑组上、中、段混合抽水试验结果：最大降深S=79.30 m时，涌水量Q=0.1217 L/s，单位涌水量q=0.001 535 L/s·m，渗透系数K=0.002 02 m d，R=35.66 m， 静水位埋深281.70 m，标高296.61 m.

1.1补给条件

区内无地表径流及其它水体，月平均蒸发量419 mm，降水量0.82 mm，蒸发量远大于降水量。补给量很微弱。

1.2径流、排泄条件

由于矿区地下水含水岩组缺乏补给，含水体之间补给弱，水力联系不密切，地下水基本上处于停滞状态，蒸发是地下水排泄的唯一方式。

吐哈盆地中、新生界含水岩系主要赋存孔隙潜水及孔隙—裂隙承压水，依据水文地质结构及补、径、排特征，粗略划分为8个Ⅲ级水文地质单元，详见图1。

图1　区域水文地质示意图Fig.1　The sketch map of the regional hydrogeology

2　水文地质勘探类型

未来露天开采时的直接充水含水层有侏罗系西山窑组孔隙、裂隙含水层。 据本露天区勘探资料，含水层孔隙率、裂隙率发育较差，各含水层在水平和垂直方向上水力联系不密切，径流条件不畅，直接充水含水层q＜0.1 L/（s·m），为不难于疏干的含水层，依据DZ/T0215-2002《煤，泥岩地质勘查规范》中露天煤矿水文地质勘查类型划分，将本区水文地质勘探类型类划为二类一型。

3　矿床的充水因素

露天区的充水因素，主要为大气降水和含水层中地下水直接充水作用。

3.1大气降水

矿区地处干旱地区，降雨稀少，年平均降水量6～10 mm，蒸发量近3 000 mm，大气降水主要集中在夏季，多为阵雨，但强度不大，形不成大的地表径流，矿床开采方式采取露天开采，可在矿坑上游周围修建土坝将水引走，稀少的降水对矿床充水影响甚微。

3.2地下水直接充水作用

本区直接充水含水层，西山窑组层间孔隙-裂隙水弱含水层组（J2x3-2）。当露天开采时，将会有地下水充入矿坑，不会对安全生产造成大的影响。

4　矿坑涌水量预测

4.1预测范围

本次涌水量预测为设计院圈定的首采区范围，外境界东部边界以Y；306 120 00线东150 m为界，西部和南部为勘探区边界，北部以ZK816、ZK9C13、ZK10A22孔连线的南侧，面积为4.647 556 km2；内境界设以32°坡角反推到C7煤层底板。

4.2预测原则

（1）在首采区范围内，以C7煤层底板平均海拔标高232.44 m为底界，预测矿坑涌水量。

（2）勘探区地下水类型为承压水，开采过程中由于压力释放，承压水将转化为无压潜水，首采区涌水量预测时按承压转无压处理。

（3）由于矿区气候干燥，蒸发强烈，降水稀少，日降水量仅2.2 mm，大气降水对地下水的补给可以忽略，因此，预测矿坑涌水量时，降水补给量不予考虑。、日最大矿坑涌水量也都不予计算。

4.3计算方法及公式的选择

4.3.1大井法计算矿井涌水量

根据上述矿区水文地质条件及矿坑涌水量预测计算原则，矿坑涌水量只有中侏罗统西山窑组中、上岩性段弱含水层组（J2x2-3）的层间孔隙—裂隙水，基本上无其它水量进入。在计算标高一定深度的粉砂岩或泥岩岩层可视为相对隔水层，故矿坑类型可视为完整井，地下水运动可视为层流，稳定流运动。当矿坑排水时，在矿区的周围就会形成以露天采场为中心的具有一定形状的降落漏斗。因此，采用地下水动力学法-稳定流解析法中的“大井法”来计算矿坑涌水量。计算参数（图2）、公式、结果见表1。

图2　“大井法”计算参数示意图Fig.2 The sketch map of the calculation parameters of "open well method"

表1 “大井法” 矿坑涌水量预测计算结果Table 1　The forecast results of pit water infl ow used "open well method"

选择公式及计算参数的确定：

R0—引用影响半径，用公式R0=r0+R计算求得R0=923.10 m

式中：Q—预测矿坑的涌水量（m3/d）；

K—渗透系数（m/d），采用矿区ZK8B09和ZK1009孔抽水试验渗透系数K的平均值；

H—承压水从井底算起的水头高度，采用预算范围内43个钻孔的平均水位标高359.72 m与首采区底界平均水平标高232.44 m之差值127.28 m，见表1；

M—承压含水层厚度，采用预算范围内15个钻孔中侏罗系中统西山窑组含水层真厚度的平均值9.953 3 m，见表1；

h—矿坑内的水柱高度，矿坑排水后，矿坑中的水位降至含水层的底板，故 h=0；

r0—引用半径（m），

根据设计院设计的首采区范围，圈定出首采矿坑底界范围呈一东西向展布的长2 100 m，宽975 m的矩形形态，宽与长之比约等于0.46。利用《矿井地质手册（下）》（煤炭工业出版社，1981年12月）表2-5-20引用半径计算公式④求得r0=897.13 m，η 取1.167；R—影响半径，用公式计算求得R，取ZK8B09与ZK1009抽水试验孔影响半径平均值；R=（16.00+35.66）/2=25.83 m

5　计算结果及评述

首采区+232.44 m标高水平的矿坑涌水量采用大井法计算结果为1 216.46 m3/d，

大井法预算首采区矿坑涌水量的结果，采用的渗透系数K、影响半径R是ZK8B09、ZK1009两个抽水试验孔参数的平均值，有一定的可靠性。

本次预测是在正常情况下、开采地段至+232.44 m水平标高的矿井正常涌水量，通过对青海豪盛及潞安煤矿资料的分析及矿坑现状的调查了解，（距本矿区500～1 000 m）现两矿坑均无地下水渗出。预测本矿区开采至地下水位以下，地下水可能呈微渗水流状态，沿裂隙渗出为主，但矿坑充水微弱。采掘初期水量稍大，以后的水量将越来越小，为疏干型矿床。在矿床开采中很容易排除和疏干，对矿床开采影响不大。

综上所述，通过矿坑涌水量的预测计算和邻近矿区实际情况对比，此矿区矿坑首采区正常涌水量1 216.46 m3/d，预测计算结果可作为矿山开采设计的依据。

［1］ DZ/T0215-2002［S］ 煤，泥岩地质勘查规范.

［2］ 柴登榜.矿井地质手册（下）［M］.北京：煤炭工业出版社，1981.

［3］ 马洪超，林立新.大井法预测矿坑涌水量［J］.采矿技术，2009（2）.

［4］ 李建生，罗齐云，李运东.大井法在千鹅冲特大型钼矿矿坑用水量预测中应用［J］.科技视界，2012，（19）.

Prediction method for water infl ow in east Saerhu opencast coal mine in Shanshan County , Xinjiang

HE Xiu-zhong， SUN Wen-bin， PANG Xiang-duo
Institute of Geological Engineering explorations of Jilin Province， Changchun 130012， Jilin， China

This paper introduces the hydrogeological characteristics， groundwater recharge， runoff and discharge conditions of east Saerhu opencast coal mine in Shanshan County， Xinjiang.Water fi lling factors in opencast coal mine mainly are the atmospheric precipitation and the direct water fi lling effect of groundwater in water bearing strata.Used “open well method” forecasts the mine groundwater discharge.The prediction result of the pit water is close to the practical water fl ow of the fi rst mining district.Therefore， this method is of guiding signifi cance for the mining of other coal mines in the region.

opencast coal mine； pit water infl ow； prediction method； " Open well method "； Shanshan County

P641.4+1

B

1001—2427（2015）04 - 111 -3

2015-09-05；

2015-12-10

赫修忠（1959—），男，吉林农安人，吉林省地质工程勘察院工程师.