岷江犍为水电站库区右岸塘坝煤矿涌水量研究

袁 婷，邓英尔，蒋欢欢

(成都理工大学 地质灾害与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)

岷江犍为水电站库区右岸塘坝煤矿涌水量研究

袁 婷，邓英尔，蒋欢欢

(成都理工大学 地质灾害与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)

在大型矿山开采工程中，涌水量往往会影响生产和工程的进度，而且会威胁矿山开采安全。塘坝煤矿位于岷江犍为水电站库区右岸。分析了塘坝煤矿矿区的水文地质条件，分别采用了地下水动力学解析公式与水均衡法，计算了塘坝煤矿目前开采区的涌水量，并对三种计算方法进行了比较，结合井田实际水文地质条件及相关分析，得出了塘坝煤矿目前开采区比较符合实际的涌水量，即水平廊道法结果比较接近实际情况，为煤矿的安全开采提供了相关的依据。

岷江犍为水电站;塘坝煤矿;目前开采区;涌水量;水文地质条件;地下水动力学;水均衡法

岷江是长江上游水量最大的一条支流，岷江干流乐山至宜宾段分为六级梯级开发，以航运为主，利用落差开发水能资源，同时兼顾防洪、供水、灌溉、旅游环保等。拟建的犍为水电站是岷江下游规划梯级中的第三级，是开发岷江下游的关键工程。

在江河两岸，尤其是在河流水位以下进行煤矿开采，煤矿涌水计算与预测尤为重要。例如，位于岷江犍为水电站库区右岸塘坝煤矿，位于四川省乐山市犍为县塘坝乡境内，东部石板溪公路自南东往北西通过，至犍为县约3.5公里，至乐山约63 km。

煤矿涌水量是确定矿床水文地质条件的重要指标之一，关系到矿山的生产安全与成本，对矿床的经济技术评价有很大的影响，尤其是在大的煤矿开采工程中。在大型矿山开采工程中，涌水往往会影响生产和工程的进度，威胁矿山开采安全。例如，位于 Selby Coalfield的 Wistow煤矿1号矿井，一次突发的涌水量高达189L/s，在相当长一段时间内严重影响了该地区的生产并且造成了巨大的经济损失［2］。另外，涌水量也是设计与开采部门选择开采方案和开采方法，制定防治疏干措施，设计水仓、排水系统与设备的主要依据。正确预测矿井涌水量对于制定矿井防治水规划及进行防治水工程设计起指导作用，在矿区水资源的合理开发与矿井水的综合利用中也具有重要的意义［3］。

通常，有多种方法预测矿井涌水量。可将其分为确定性分析方法和不确定性分析方法［4］。确定性分析方法常见的有解析法、水均衡法、数值模拟法等，通过地下水动力学公式及其演变公式对涌水量进行量的预测分析;不确定性分析方法主要包括水文地质比拟法、模糊数学模型、灰色系统和时间序列分析等。本文采用大岛洋志公式、水平廊道法与水均衡法三种方法，对塘坝煤矿目前开采区涌水量进行计算和分析具有重要意义。

1 地质条件概况

1.1 地形地貌

塘坝煤矿矿山位于四川盆地西南低山区。南西部无名山最高海拔561.8 m，东部小冲沟最低海拔为320 m，相对高差241.8 m，属低山丘陵地貌，地势中部高，南北低。矿山一带为低山坡谷组合地貌。

1.2 地层岩性

矿山区地层主要从老至新，出露三叠系上统须家河组，侏罗系中统自流井、沙溪庙组及第四系。三叠系主要为须家河组，可分五段，其中一、三、五段主要为砂岩，夹粘土岩等，二、四段主要为粘土岩与砂岩，夹煤层等。侏罗系出露自流井组、沙溪庙组，自流井组下部为砂岩夹粘土岩，上部为粉砂岩、粘土岩夹泥质灰岩。沙溪庙组仅出露其底部，岩性为长石石英砂岩夹粘土岩。第四系主要为冲洪积和残坡积松散堆积层。

1.3 地质构造

矿山区域上位于扬子准地台，四川台坳、川中台拱之自贡台凹之中西部。地层倾向南东130°～145°，倾角3°～9°。矿山范围内无大的断层破坏，在矿区的北西部发育谢石盘逆断层，为逆断层，产状 20°～40°/SE∠10°～12°。另外在 K10煤层井巷中部采空区内见一条呈北北西－南南东走向的正断层，长约 1.2 km，断面倾向东，倾角 70°～80°，北部断距约10 m，向南断距有所增大，约15～18 m，断层破碎带宽 1～4 m。

2 水文地质条件

2.1 地下水类型及含水层富水性

据地下水赋存条件等，将矿区地下水分为松散岩类孔隙水、裂隙水、岩溶水。

2.1.1 松散岩类孔隙含水层

第四系冲洪积和残坡积松散堆积层特征如下:

冲洪积分布于矿山之北及北东岷江河两岸及各次级冲沟与冲沟汇集部，地貌上构成洪积扇及Ⅰ级阶地、河漫滩，厚0～15 m，为灰色，沙卵石层及褐黄色灰黑色粉质粘土，碎石亚粘土，块石砂土层。

残坡积分布于陡崖下方及平缓山坡地带，厚0～5 m，岩性为土黄色、灰色、灰黑色含碎石粘土或砂岩转石，该层受大气降水补给，弱含水或透水。该堆积层厚度小，含水弱。

2.1.2 裂隙含水层

须家河组第三段、第五段及自流井组砂岩，裂隙较发育，为裂隙含水层，含水性较强。

2.1.3 岩溶含水层

自流井组泥灰岩岩溶裂隙较发育，属岩溶含水层。它离煤层较远，对充水影响较小。

隔水层:粘土岩岩层为良好的隔水层。

2.2 地下水补径排条件

地表水主要有位于矿山北西部的塘坝溪，流量约为160 L/s，水质清澈，透明。以大气降水及泉水补给，向北东排泄至岷江。位于矿山南部的深溪沟，流量约为180 L/s，以大气降水及泉水补给，向东流出矿山。此外仅有小型人工堰塘及季节性冲沟。研究区内地下水的补给来源主要为大气降雨，而矿山矿床区岩性以砂岩为主，孔隙裂隙发育，因此主要以孔隙裂隙为径流通道，矿床充水主要含水层为三叠系上统须家河组第三段、第五段及自流井组岩屑砂岩长石石英中的裂隙孔隙水，为地下水补给区，地下水沿径流通道向东径流，排泄至岷江，部分地下水在近沟谷低洼地带呈泉排泄。

3 涌水量预测

3.1 解析公式计算法

对于各种涌水量，可以根据渗流力学基本原理，采用解析方法或数值方法进行计算［4，5］。其中解析计算方法是常用的计算煤矿涌水量的方法之一［6，7］。它可用于预测各类井巷、巷道系统和疏干设施的涌水量，也可以预测疏干水位、疏干范围和疏干时间。

解析法有大井法和廊道法等。随着煤层开采，顶板垮落，影响到顶板含水层，使得顶板含水层中水流向了采空区，在采空区会形成降落漏斗，这与钻孔抽水时在钻孔周围形成降落漏斗的情形类似，随着时间延续，降落漏斗的范围不断的扩大并且纵深发展，即在降落漏斗的相当范围内，当矿井排水时，顶板含水层的水位会降至底板，因而可以将开采的工作面分布的范围假设成为一个理想的大井，即大井法［8］;廊道法的原理跟大井法相似。参数统计见表1。

6 0.036 6 50.00 500.00 5.87 ×10

3.1.1 水平廊道计算法

采用水平廊道法，计算公式为

式中:Qmax为预测矿区最大涌水量(m3/d);M为转换系数，一般取0.86;K为岩体的渗透系数(m/d);H为原始静水位至矿井底板的垂直距离(m);L为矿井通过含水层的长度(m);R为矿井洞身横断面的等价圆半径(m);D为矿井洞身横断面的等价圆直径(m)。计算最大涌水量为3 440.9 m3/d。

3.2 水均衡法

水均衡法是通过建立地下水均衡方程即V补 －V排=V储，从而计算矿井涌水量。可用降雨入渗系数法和地下水径流模数法两种方法。本文采用降雨入渗系数法计算，根据《铁路工程水文地质勘察规范》(TB10049—2004)［9］，计算正常涌水量Q，将其转换为

式中:Q为矿井涌水量(m3/d);B为矿井长度(m);K为渗透系数(m/d);H为水柱高度(m)，取出口处地下水位;R为影响半径(m)。计算矿井涌水量100.28 m3/d，但由于随着开采深度增加，地应力升高，含水层水压增加，在相同隔水层条件下，深部煤层开采涌水量大于浅部，而 K6、K7煤层较K11煤层埋深大，近似三倍为300.8 m3/d。

3.1.2 大岛洋志公式计算法

采用大岛洋志公式

式中:Q为矿井涌水量(m3/d);F为汇水面积(m2);A为降雨量(mm)，多年平均降雨量1 100 mm，最大年降雨量 1 350 mm;T为时间(d)，取365天;α为入渗系数，经验值年均0.25。计算正常涌水量4 422.6 m3/d， 最大涌水量 5 427.7 m3/d。

4 结论

(1)煤矿涌水量预测的方法有多种，大多基于半理论半经验，其限定条件并不能完全符合实际，因此进行煤矿涌水量计算与预测时选用多种计算方法并结合水文地质观测进行对比分析，得出的结果符合实际。

(2)根据水文地质观测，矿区内K11煤层矿井数年涌水量为80～240 m3/d。因随开采深度增加，地应力升高，含水层水压增加，在相同隔水层条件下深部煤层开采涌水量大于浅部，而K6、K7煤层较K11埋深大，因此由廊道法结果考虑系数是合理的。

(3)经过三种方法计算与预测，水平廊道法结果较后两种差异大，结合井田水文地质条件及以上分析，水平廊道法计算结果比较接近实际。

(4)此外，应当指出:上述计算主要考虑目前开采区范围，若考虑煤矿全部范围进行计算，结果显然会大大增加。

［1］http://www.baidu.com/

［2］R. N. Singh，A. S. Arkins. Application of idealised analytical techniques for prediction of mine water inflow.Mining Science and Technology. 1985，2.131 －138.

［3］郑世书，陈江中，刘汉湖等.专门水文地质学［M］.北京:中国矿业大学出版社，1999.

［4］杜敏铭，邓英尔，许模.矿井涌水量预测方法综述［J］.地质学报，2009，29(1):70 －73.

［5］邓英尔，刘慈群，黄润秋等.高等渗流理论与方法［M］.北京:科学出版社，2004.

［6］煤科院北京开采所.煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用［M］.北京:煤炭工业出版社，1984.

［7］张利标.大井法防止煤层顶板水［J］.采矿技术，2003，9(3):37 －38.V.

［8］左伟，王金安，贾亚会，吴占奎.富含水层下煤矿开采涌水量预测方法对比研究［J］.煤炭工程，2009，11:78－81.

［9］铁路工程水文地质勘察规范.TB10049－2004［S］.北京:中国铁道出版社，2004.

Study on Water Inflow of Tangba Mine in Right Bank of Reservoir Area of Minjiang Qianwei Hydropower Station

YUAN Ting，DENG Ying－er，JIANG Huan －huan
(State Key Laboratory of Geological Hazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，Sichuan)

For large mining engineering，the water inflow often affects the production and the progress of the project and threats to mining safety. Tangba mine is in right bank of reservoir area of minjiang Qianwei hydropower station. The article analyzes hydrogeological conditions this area.It respectively takes a method of water balance and theoretical formulas of groundwater dynamics to calculate the water inflow quantity of the present mining area of Tangba mine. Compare to three methods，considering the practical hydro－geological condition and the relative analysis，it obtains the water inflow closer to the actual situation in the Tangba mine，the result provides the relevant basis for the safety of coal mining.

Minjiang Qianwei hydropower station;Tangba mine;present mining area;water inflow;hydrogeological condition;groundwater dynamics and water balance method

P641.4+61

A

1004－1184(2012)01－0012－02

2011－10－10

教育部博士点基金项目(20095122110006)，四川省教育厅重点科技项目(07ZA009)

袁婷(1987—)，女，陕西渭南人，硕士研究生，主攻方向:环境地质工程、水文地质。