托里县茂源煤矿东三号井充涌水量预测

陈 艺

（塔城水文勘测局,新疆 塔城 834700）

茂源煤矿（东三号井）地处准噶尔界山中段,和什托洛盖盆地西段南缘,位于托里县城NE方向95 km～97 km、铁厂沟镇东5 km处,行政区划隶属塔城地区托里县铁厂沟镇管辖。该井田东西长2.8 km,南北宽1.0 km,井田面积2.573 km2,限制开采水平：+760 m～+300 m。

1 区域地貌

茂源煤矿（东三号井）处于铁门鲁塔木谷地的莫湖台冲洪积平原上,铁门鲁塔木谷地在构造上处于准噶尔界山褐皱带中的和什托洛盖山间凹陷西部,属中生代的地堑式断陷谷地。在地貌上处于北部乌肯拉卡尔山与南部扎依尔山之间,由山间冲洪积倾斜平原组成。在谷地西部两侧,由于中、新生界的构造隆起,又将其分割成喇嘛昭谷地、铁厂沟谷地和莫湖台冲洪积平原三部分。发源于南北山区的水系较发育,但均系山间式河溪,具有途短、流急、量小的特点。除洪水期外,出山后流入谷地不远大多渗失殆尽。

2 区域地下水补径排条件

由于乌肯拉卡尔山的存在,使得区内干燥少雨,大气降水对区内地下水的补表给意义不大。同时又因第三系地层的隔水作用,北部乌肯拉卡尔山的雪融水及洪水入渗补给区内地下水微弱,区内地下水的补给主要源于铁厂沟河。

区内第四系潜水主要通过铁厂沟河水的垂向入渗和侧向渗漏补给,而侏罗系孔隙裂隙水则是在侏罗系地层与第四系潜水含水层的接触部位,通过风化裂隙和构造裂隙接受孔隙潜水的补给,其它补给途径甚微。

由于地层渗透性好,第四系潜水径流畅通,总的运移方向由西向东;而侏罗系孔隙裂隙水则由于地层泥质充填较多,孔隙率低,裂隙不发育,岩石渗透性差,径流不畅,交替滞缓,其地下水运动方向与潜水基本一致。

潜水由西向东运移排泄于地势较低处的同时,少部分补给侏罗系地层,垂直蒸发及植物蒸腾是潜水的主要排泄途径；而侏罗系孔隙裂隙水由于区内矿井较多,疏干排水为主要排泄方式。

3 矿区水文地质参数

据《新疆托里县铁厂沟煤矿东三号井田勘探报告》,论证区范围内有3眼地质—水文地质结合孔,分别为ZK501钻孔（位于东三号井田北部）、ZK503钻孔（位于东三号井田南部）、ZK602钻孔（位于东三号井田东北部）,这3眼钻孔单孔抽水试验,得出的参数对论证区水文地质进行分析及确定。

根据钻孔资料,ZK501钻孔孔深389.25 m,揭露中侏罗统西山窑组弱含水层真厚度为51.23 m,含水层岩性主要由含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩组成,该孔稳定流抽水试验结果为井半径r=0.0475 m,静埋深Z=30.11 m,流量Q=0.0239 L/s,降深S=15.11 m,单位涌水量q=0.0016 L/（s·m）,渗透系数K=0.002109 m/d。

ZK503钻孔孔深200.05 m,揭露中侏罗统西山窑组弱含水层122.36 m,含水层岩性主要由含砾粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩组成,该孔稳定流抽水试验结果为井半径r=0.0475 m,静埋深Z= 10.45 m,流量Q= 0.091 L/s,降深S=10.99 m,单位涌水量q=0.0083 L/（s·m）,渗透系数K=0.05099 m/d。

ZK602钻孔孔深550.5 m,揭露中侏罗统西山窑组弱含水层真厚度为40.29 m,含水层岩性主要由含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩组成,该孔稳定流抽水试验结果为井半径r= 0.0475 m,静埋深Z= 50.14 m,流量Q= 0.0365 L/s,降深S=17.01 m,单位涌水量q=0.0021 L/s.m,渗透系数K=0.003949 m/d。

根据ZK503、ZK501、ZK602钻孔静止水位标高分别为749.45 m、734.45 m和709.42 m,判断东三号井田内地下水的流向与区域地下水的流向基本一致,为SW-NE流向。

由ZK503、ZK501、ZK602钻孔抽水试验成果,推算得到东三号井田区域内地下水含水层单位涌水量为0.0016 L/（s·m）～0.0083 L/（s·m）,渗透系数为0.002109 m/d～0.05099 m/d。含水层富水性较弱,为侏罗系孔隙裂隙弱含水层。

4 矿坑涌水量预测

4.1 计算原则

（1）根据规范要求矿井涌水量预算范围为首采区第一开拓水平（+350 m水平）以上范围。本区计算范围为+350 m水平以上的东三号井田开采范围。东西平均长1799 m,南北宽425 m。

（2）Ⅲ含水层为承压含水层,在巷道疏通过程中,承压水转为无压水,在计算时按承压转无压对待。

（3）受区域地质构造、气象、地形地貌等影响,大气降水对地下水补给量甚微,因此计算时降水量不予考虑。

4.2 计算方法

由于东三号井田开采范围内的可采煤层属急倾斜煤层,矿井开拓系统为主、副斜井开拓,主、副斜井穿越侏罗系含水层产生矿坑涌水。因此不能简单的套用管井经验公式计算矿坑涌水量。本次计算根据矿道特性及矿坑产水特点,以大井法和比拟法进行计算。

4.2.1 大井法

（1）计算方法

利用坑道系统的长度（a）与宽度（b）的比值大小,确定引用半径r0之后,再利用大井法预算矿坑涌水量。首采区矿井涌水量预算范围东西长1799 m,南北宽425 m。b与a的比值为0.24,以大井法进行计算。

（2）计算公式的选择

选用承压转无压水的计算公式：

（3）计算参数的选用

1）渗透系数（K）

ZK501、ZK503、ZK602孔抽水试验的渗透系数分别为0.002109 m/d、0.05099 m/d、0.003949 m/d,采用其平均值0.01902 m/d作为矿井涌水量计算的含水层渗透系数。

2）承压水从井底算起的水头高度

①水位标高值采用ZK501、ZK503、ZK602孔的水位标高的平均值,三孔水位标高分别为734.45 m、749.45 m、709.42 m,平均731.11 m。②承压水从井底算起的水头高度（H）,采用平均水位标高731.11 m与开采水平标高350 m之差,即381.11 m。

3）承压含水层厚度（M）

①含水层厚度采用Ⅲ含水层剔除泥岩后的粗砂岩、含砾砂岩、中-粗砂岩的其厚度之和。②含水层厚度计算值采用ZK201、ZK301、ZK501、ZK601、ZK602孔揭露Ⅲ含水层真厚度的平均值作为计算参数,上述各孔含水层真厚度分别为60.34 m、31.84 m、51.23 m、36.08 m、40.29 m,平均43.96 m。

4）引用半径（r0）

坑道系统 a=1799 m；b=425 m

5）引用影响半径（R0）

（4）计算结果

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 比拟法

矿井涌水量的计算除上述计算至350 m水平之外,以下对400 m、450 m、500 m等水平亦进行了计算,其计算结果见表1。

表1 分水平矿井涌水量预算值表

进一步验证分析大井法井田矿井涌水量的数值,根据《水文地质手册》中公式进行验证,通过对二分公司6矿生产井的井下实测,从各处汇入的矿井水正常流量的平均值（Q1）为180 m3/d,最大涌水量为600 m3/d,生产井采掘巷道形成的引用半径r1为220.35 m,水位降落值S1采用大井法中的水位标高731.11 m与现水平605 m水平的差,为126.11 m。将上述各值代入到公式中,则正常涌水量为1551.01 m3/d,最大涌水量为5170.02 m3/d。

4.3 计算结果评述

通过计算可知:大井法涌水量值1302.14 m3/d；比拟法正常涌水量1551.01 m3/d,最大涌水量为5170.02 m3/d。大井法是利用试验得到附近地层的参数预算的结果；比拟法则是对大井法的进一步补充说明,它充分利用矿井的实测涌水量数据计算未来矿井涌水量而推求的结果。在充分考虑上述因素的情况下,推荐用比拟法计算的涌水量结果,作为东三号井矿坑涌水量计算值,涌水量为1551.01 m3/d,换算到每年为56.61×104m3/a。得出的结论为东三号井矿坑涌水量为1551.01 m3/d。

5 结语

本文对茂源煤矿东三号区域地貌进行了简单介绍,并对矿井周边地下水的补给、径流、排泄条件进行简单论述。根据井田勘探报告,利用三眼钻孔的抽水试验成果,得出区域内地下水含水层单位涌水量为0.0016 L/（s·m）～0.0083 L/（s·m）,渗透系数为0.002109 m/d～0.05099 m/d。含水层富水性较弱,为侏罗系孔隙裂隙弱含水层。采用大井法和比拟法进两种方法对矿坑涌水量进行计算,并分析计算成果,推荐比拟法计算成果。矿井涌水量计算成果系观矿井的安全生产和运行成本,也是设计和开采部门选择开采方案、开采方法,制定防止疏干措施,设计水仓、排水系统与设备的主要依据,对矿井预防水文地质灾害起到关键作用。