采矿巷道水文地质异常的预测与分析

2020-04-20高志强

世界有色金属 2020年2期

高志强

（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽蚌埠 233000）

在采矿过程中，由于采矿活动会对矿区的水文地质结构产生破坏，导致采矿巷道经常发生突水、冒顶、老空水突涌等水文地质灾害，一旦在采矿巷道内发生水文地质灾害，将会造成严重的经济损失和社会损失。为了避免采矿巷道发生水文地质灾害，通常情况下在采矿施工之前会对矿区的水文地质灾害进行预测，以及采矿巷道水文地质异常预测，根据预测结果对采矿巷道水文地质异常进行分析，并根据预测结果和分析结果制定出合理的应对对策，以此保证采矿工作面的施工安全。对采矿巷道下深部水文地质构造及异常预测属于隐性目标具体定位问题，虽然目前用于采矿巷道水文地质异常预测的方法有很多，但水文地质异常预测属于模糊性问题，导致预测结果难以满足预测精度需求，一旦预测结果出现问题，将会影响到后面对采矿巷道水文地质异常分析以及应对方案的制定[1]。所以此次对采矿巷道水文地质异常的预测与分析进行分析研究。

1 采矿巷道水文地质异常的预测方法

采矿巷道水文地质异常预测简单来说就是对采矿巷道涌水量的预测，此次采用类比方法来对采矿巷道水文地质异常进行预测，下图为近似方法采矿巷道水文地质异常预测流程图。

首先需要计算出采矿巷道底板导水裂隙带影响范围内的含水层静储存水量，其计算公式如下：

公式（1）中，Qj为采矿巷道底板导水裂隙带影响范围内的含水层静储存水量；μ为采矿巷道底板导水裂隙带影响范围内含水层的平均补水率；H为采矿巷道周围含水层厚度；Si为受采矿巷道工作面第i次周期来压影响的含水层面积；D为采矿巷道宽度；Li+1为第i+1次周期来压时采矿巷道工作面已经回采的长度；i表示来压次数。然后计算出采矿巷道内水资源垂向渗流量。

公式（2）中，QS为采矿巷道内水资源垂向渗流量；Fv表示采矿巷道下端水资源垂向渗透系数；O表示采矿巷道内等效补给区面积；M表示采矿巷道下端含水层厚度；Hs预测的采矿巷道回采期间中段、上段含水层水头；Hx表示预测的采矿巷道回采期间下段含水层水头。

图1 采矿巷道水文地质异常预测流程图

结合计算出来的采矿巷道底板导水裂隙带影响范围内的含水层静储存水量，以及采矿巷道内水资源垂向渗流量，对采矿巷道涌水量进行预测[2]。当采矿巷道内只有一个工作面时，结合预测的采矿巷道内工作面初次和周期来压步距，以及采矿巷道上段、中段以及下段含水层水位降深，运用公式（1）和公式（2），分段计算出采矿巷道上、中、下段水资源静储量释放量和垂向渗流量，将两者相加作为该时段采矿巷道的预测涌水量。然后将采矿巷道各分段水量预测结果根据工作面回采长度由小到大的顺序将其组合起来，即可得到采矿巷道涌水量的预测结果。下表为单个工作面时采矿巷道水文地质异常预测结果。

表1 单个工作面时采矿巷道水文地质异常预测结果

采矿巷道分段富水性分区最大承受涌水量/m³/k m采矿巷道上段中等 0.8 5 5 5 0 1 6 9 0 7 2 0采矿巷道中段弱 1.5 6 5 4 0 6 5 2 0 5 8 0采矿巷道下段弱 2.0 5 5 3 8 0 4 5 0 5 2 0长度/k m单位涌水量/m³/k m正常涌水量/m³/k m

当采矿巷道内含有多个工作面时，多个采矿巷道涌水量预测要结合采矿巷道挖掘规划进行具体分析，运用公式（1）和公式（2）分别计算出采矿巷道各工作面覆岩不同层段下，静储量释放和垂向渗流量，最后给出采矿巷道静态涌水量预测结果。需要注意是，随着采矿巷道内采掘工作的不断推进，各个工作面之间的涌水量可能会出现相互干扰现象，尤其是当两个相邻的工作面在进行开采工作时，一定会出现某段的上覆含水层地下水动态补给量被上一个己经回采工作面截留的现象。所以在采矿巷道含有多个工作面对涌水量预测计算时，一定要分析各个工作面之间的位置关系和采矿巷道内工作面的采掘现状，避免上覆含水层地下水量的重复计算。下表为多个工作面时采矿巷道水文地质异常预测结果。

表2 多个工作面时采矿巷道水文地质异常预测结果

目前对采矿巷道涌水量的预测多是针对具体采矿工程项目进行详细的水文地质异常预测，结合整个采矿巷道进行水文地质异常预测研究相对较少，所以若要取得准确的预测结果，要结合具体的矿区水文地质特征。

2 采矿巷道水文地质异常分析

正常情况下，矿区地下水系统通过自然补给、运动、蓄水、径流、蒸发、排泄等环节，形成自然循环系统。采矿巷道工作面在进行采矿挖掘时，由于开采要求，随着一些开采活动破坏掉原有的巷道周边浅层地下水空间结构，其空间结构性质也会发生一定改变，打破原有的资源水循环系统，其中包括采矿巷道周边浅层地下水空间结构的渗透性、富水性、导水性以及含水厚度等，会发生水文地质异常现象，其重要影响表现为浅层地下水空间结构渗透性增强，富水性减弱，导水性增强，含水厚度相对变小。随着采空区面积逐渐扩大，采矿巷道周边地下水水压逐渐增大，含水层水压大于了采矿巷道内压力，就会产生水文地质异常现象，从表1、表2可以看出，当采矿巷道内涌水量超出最大承受涌水量后就会发生水文地质灾害。