织金矿区矿井充水因素及涌水量预测研究

谢红东

（贵州省煤田地质局一七四队，贵州 贵阳 550000）

矿井位于织金县东部境内，行政区划属马场乡管辖，笔者本次研究旨在详细研究水文地质特征，分析其充水因素，查明井田水文地质条件，预算先期开采地段涌水量，为矿井的可行性研究、初步设计及矿井建设提供地质资料。

目前井田涌水量预算方法较多，比较常用的包括解析法、水文地质比拟法、大井法、数值模拟法、回归分析法等，但不同的计算方法都有对应的适用范围及优缺点[1-3]。针对矿区水文地质条件的特性及预算方法的适用性、广泛性，笔者选用比拟法对研究区涌水量进行预算研究，为其它类似井田涌水量的预算提供一定的借鉴意义。

1 地质背景

1.1 构造特征

本矿区位于扬子准地台（Ⅰ级）、黔北台隆（Ⅱ级）、遵义断拱（Ⅲ级）、贵阳复杂构造变形区（Ⅳ级）东部凹河背斜东翼[4]。区域构造形迹为一系列北东～南西向的背、向斜，区域西部为凹河背斜，东部为马场向斜，南部发育有F34区域正断层。

1.2 水文特征

区内含水层有3层，分别为茅口组、长兴组、大冶组；隔水层有2层，包括峨眉山玄武岩组、龙潭组。矿床主要充水水源为龙潭组自身的裂隙水，其次为地表水（三岔河凹河段），龙潭组水文地质特征如下：

岩性以碎屑岩为主，夹灰岩、泥灰岩、泥质粉砂岩及煤层。厚237.42m～277.90m，平均厚264.08m。15个钻孔揭穿该层位时，有6个钻孔漏水，其中201钻孔在孔深14.65m处漏水，漏水点标高为1116.61m；202孔在孔深78.60m处漏水，漏水点标高为1118.58m；204钻孔在孔深47.16m处漏水，漏水点标高为1155.49m；402钻孔在孔深37.80m处漏水，漏水点标高为988.20m；403钻孔在孔深193.40m处漏水，漏水点标高为824.67m；501钻孔在孔深25.65m处漏水，漏水点标高为996.65m；漏水点多为发育的石灰岩。203号钻孔抽P3l水获得渗透系数K＝0.0038m/d，水样分析资料：水质为HCO3--Ca+2型。104号钻孔抽P3c+l水获得渗透系数K＝0.0018m/d。水样分析资料：水质为SO4--Ca+2·Mg+2型。

根据301、302号钻孔揭露F1的情况及简易水文地质观测分析，F1断层具有一定的阻水性，自然状态下对矿区内断层附近矿层的开采影响不大，但是将来因采动破坏了断层的自然属性，可能会造成断层变得具有导水性[5,6]。

2 矿床充水因素分析

2.1 充水水源

研究区内充水水源主要包括大气降水、地表水及地下水。据矿坑涌水量长期观测资料，地下水的变价率为2.4倍。地表水体主要为流经矿区外围北部的凹河，流量较大，河床标高+940m，将来开采东部及北部矿界附近时，对开采+940m标高以上矿层影响较小，对开采+940m标高以下的因受凹河水侧向补给的区域，矿井涌水量会成倍的增加。地下水主要包括大冶组岩溶水、长兴组岩溶裂隙水、龙潭组碎屑岩基岩裂隙水、断层水及老窑水。断层本身一般富水性弱，导水性差；但当断层将上覆或下伏强含水层与煤层的距离拉近或接触时，则易形成地下水互窜，进而形成水水文地质灾害[7-10]。而区内先期开采地段位于地层深部，没有老窑，老窑水的危害可能性较小。

图1 区域构造纲要图

2.2 充水途径

研究区内断层较发育，断层带将成为井田充水的主要通道；而区内各地层浅部岩石风化裂隙发育，风化裂隙是大气降水补给充水含水层的主要通道，也是地表水或老窑水渗入井田的通道，同时也是充水含水层的基岩裂隙水流入井巷的通道。未来采矿活动产生的冒落裂隙也将成为地下水、地表水和老窑水渗入井田的通道。封闭不良的钻孔亦是地下水和地表水进入井巷的通道。

3 井田涌水量预算

井田水文地质类型是以龙潭组裂隙充水为主的裂隙水充水矿床，结合井田主要充水因素分析，本次采用比拟法进行涌水量的预算。

根据《贵州新浙能矿业有限公司织金县马场乡营脚煤矿（预留）先期开拓方案》，矿井划分为一个水平，水平标高+850m，水平标高+850m以上划分为一个采区，为先期开采地段；水平标高+850m以下划分为一个采区，矿井共分为两个采区。

先期开采地段在平面上的投影可视为一不规则的圆形，面积1304250m2。现在估算先期开采地段（+850m标高以上）矿井的涌水量。

营脚煤矿先期开采地段的矿井涌水量由两部分组成：一部分为龙潭组及上覆地层的涌水量；另一部分为三岔河侧向补给的涌水量[11]。

3.1 龙潭组及上覆地层的涌水量估算

在本次扩能之前在先期开采地段已经形成一定的采空区，采空区面积一共约220000m2；本次收集该矿2017年2月至2017年12月矿井涌水量台账，经统计，在此期间矿井最小涌水量753.60m3/d，最大涌水量3562.56m3/d，平均涌水量1486.08m3/d；该采矿地带目前一直处于正常生产状态，矿井排水工作正常。结合目前矿井水文地质条件及该矿的实际生产情况分析，该矿采用比拟法预算矿井涌水量比较可靠。现用比拟法对该矿涌水量进行预算，采用概化的经验公式如下：

Q=Q1(F/F1)1/2(S/S1)1/2

式中：Q--预测未来矿井先期开采地段涌水量（m3/d）；

Q1—目前矿井实测涌水量，1486.08m3/d；

F1—目前矿井采空区控制总面积，220000（m2）；

F—未来矿井先期开采地段面积，1304250（m2）；

S1—目前矿井地下水位降深，即龙潭组及上覆地层混合近似静止水位平均标高1069m与目前矿井采空区最低水位标高909m之差，160（m）；

S—未来矿井先期开采地段地下水位降，即龙潭组及上覆地层混合近似静止平均水位标高1069m与+850m之差，219（m）。

最大值与平均值之比采用某矿2017年2月至2017年12月矿井涌水量的系数2.40。+850m水平预算矿井涌水量采用参数及结果如表1。

表1 矿井涌水量采用参数及结果表

表2 矿井估算三岔河凹河段侧向补给量采用参数及结果表

3.2 三岔河凹河段入渗补给量的估算

三岔河凹河段位于矿区北部及东部边界外附近，在北部此段河床距矿界较近，与北部矿界近平行，将来开采范围扩至矿区北部边界附近，开采深度低于凹河河水面标高+940m时，凹河的河水入渗补给会成为矿井的充水水源，成为矿区直线定水头补给边界[12-14]。在保证留设足够的防水煤柱的提前下，估算凹河的正常补给量。

现采用以下公式估算凹河的补给量：

式中：Q凹河—预计凹河的补给量（m3/d）；

k—渗透系数，以203钻孔及104钻孔抽水试验获得的渗透系数的平均值，k为0.0028m/d；

H—饱水厚度，采用三岔河凹河段水位标高+940m与矿区范围内龙潭组地层底板最低标高+650m之差，290m；

S2—疏干降深，以+850m为疏干水平，疏干降深为凹河水位标高+940m与先期开采地段最低开采标高+850m之差，90m；

b—先期开采地段中心至凹河的距离，960m；

r—引用半径，644m；

+850m水平估算凹河补给量采用参数及结果如表2。

3.3 整个矿区的涌水量

将来整个矿区正常情况下的涌水量为龙潭组及龙潭组上覆地层的涌水量与三岔河凹河段补给量之和，即Q总=3071m3/d。最大涌水量为正常涌水量的2.4倍，即最大涌水量Q最大=7369m3/h。

本次预算的涌水量结果代表矿区建设中后期的矿井涌水量，为正常情况下含水层的涌水量，不包括老窑突水、地表溪沟、河流水通过采矿裂缝等溃入矿井的情况及因采动破坏造成断层局部突水等情况对矿坑涌水量的影响。

3.4 矿井涌水量估算评价

该矿总体为一单斜构造，南西高北东低，以往形成的采空区位于南西部，矿井水大致由南西往北东汇如井底水仓。本次估算的参数采用合理，并结合生产实际分析，利用矿井实测的涌水量资料，比拟性较好，本次涌水量预测采用“比拟法”结合“解析法”进行估算，估算结果可靠。

矿坑涌水量是一动态变化的过程，其与地形地貌、岩性、构造、降雨、岩石的透水性、富水性、补、径、排等水文地质条件有直接的关系，同时与巷道布置、掘进方法、开采水平、采空区面积、顶板管理等采掘工程也有直接的关系。一般在开采初期，涌水量小，随着开采面积的增大，上覆地层的采矿导水裂隙带范围扩大，水文地质条件将发生变化，涌水量也随着增大，尤其在滑坡体及近地表附近、构造破碎带密集地带。

因此建议在矿井建设生产过程中，根据矿井实际涌水量资料，及时对估算涌水量的计算公式及参数修正完善，使其更符合开采后矿山水文地质条件，确保矿井安全生产。

4 结论

（1）研究区内充水水源以地表水及含水层中地下水为主，大量正断层的发育提供了主要充水途径。

（2）比拟法预算最大涌水量为2.71×103m3/d，三岔河凹河段补给量为3.59×102m3/d，正常涌水量为两者之和3.07×103m3/d，最大涌水量为正常涌水量的2.4倍，即最大涌水量为7.37×103m3/d。比拟法采用矿井实测的涌水量资料计算，结果可靠，可采用7.37×103m3/d作为今后井田选择排水设备的依据。

（3）建议在矿井建设生产过程中，根据矿井实际涌水量资料，及时对估算涌水量的计算公式及参数修正完善，使其更符合开采后矿山水文地质条件，确保矿井安全生产。