三号井充水因素分析及涌水量预测

王龙江，李长虹

(新疆塔城水文水资源勘测局，新疆 塔城834700)

徐矿集团新疆赛尔能源有限公司三号井改扩建工程位于和布克赛尔蒙古自治县和什托洛盖镇西北约8 km处，井田东部12 km处为和布克河，井田地理坐标为:东经85°54'08″～ 85°52'10″，北纬 46°31'36″～ 46°32'31″。

1 井田区地下水补给、径流与排泄

通过区域水文地质条件的分析论证可以看出，论证区地处和布克河出山口以下的低山丘陵区，为一小型河谷平原。除和布克河沿河断裂伸入本区外，区内没有大型断裂构造分布，但褶皱构造发育。因此，气候、地表径流、地质构造和地层岩性是决定论证区地下水补给、径流与排泄的主要因素。

1.1 第四系孔隙潜水的补、径、排条件

论证区地处准格尔盆地的北缘，属低山丘陵区，降水量少、蒸发量大，因此，大气降水对第四系孔隙潜水的补给意义很小，而流入区内的和布克河、布伦河则成为地下水的主要补给来源。虽然目前这2条河流都有水库进行径流调节，但出库后的地表径流需在自然河床径流近10 km才能进入灌溉区，地表径流在此段河床大量下渗补给地下水，对本区地下水的补给起着控制性的作用。根据区域水文地质条件分析，本区还存在山区基岩裂隙水和和布克河沿河断裂的构造导水补给，但限于资料条件，无法对其进行定量分析。

本区第四系孔隙潜水的的径流受构造、地层岩性及地形的影响，其径流的主要方向为沿河向下游运移，其次为向基底的渗透。由于含水层岩性主要为砂砾石，因此地下水的径流通道也比较通畅。据抽水试验成果，渗透系数K最大可达282.7 m/d，一般 10 ～90 m/d，最小为 0.226 m/d。

第四系孔隙潜水的排泄途径，除了向下游的径流外，还有人类的开发利用及向深部地层的渗漏;在本区，受含水层岩性及地下水埋深的影响，地下水的蒸发消耗量较小。

1.2 基岩地层地下水的补给和径流

在论证区，第四纪地层下伏有泥盆纪、石炭纪、侏罗纪和第三纪的地层，除河谷区的山丘区，基岩裸露，风化作用明显。受褶皱构造的影响，各地层间基本为不整合接触，基岩岩层倾角20°～80°，裂隙发育。

据论证区探矿地质工作所凿的7眼勘探孔资料，下伏的砂砾岩、粗砂岩、粉砂岩、泥岩、砂质泥岩和煤层均为透水地层，尤其是砂砾岩、粗砂岩、粉砂岩钻进段，钻孔漏水率为100%。基岩地层地下水的补给来源，一是第四系松散含水层中潜水的垂直入渗，二是在基岩露头地区，大气降水通过裂隙进入地下;而对于深部的基岩地层，其裂隙水则主要来自于上部弱透水层的越流补给。

总体来说，对于论证区基岩，受补给和储水构造的控制，其含水层渗透性较弱、地下水径流速度迟缓，富水性较差。探矿勘探孔的试验数据也说明本区基岩含水层的特性，据矿区7－2号勘探孔的混合抽水试验成果，孔内地下水埋深33.25 m，涌水量 0.135 m3/d，降深 18.51 m，单位涌水量0.000 8 L/s·m，渗透系数 0.002 6 m/d。

2 矿床充水因素分析

2.1 地下水与地表水及各含水层间的水力联系

和布克河常年有水，多年平均年径流量4 088×104m3，平均流量为1.16 m3/s。受中游加音塔拉水库的调节影响，尤其进入枯水季节，水库下游来水减少。地下水的补给来自水库的下泄水量入渗补给，其次受两岸冲沟暴雨洪水的入渗补给及泄水期下泄洪水的补给，另外受少量基岩裂隙水的入渗补给。洪水季节河水补给地下水，非汛期地下水又以 泉水的形式补给河水。

2.2 矿床充水因素分析

大气降水及地表水流:论证区地层地表出露总体较好，第四纪冲积砂卵石层较厚，主要由砂砾碎石、砾石层、含砂质壤土和碎石土、砾砂土组成，透水性好，由河水充足补给后，含有丰富的孔隙潜水。当井下煤层开采后，形成了一口大口井一样，地下水汇集于坑道中。暴雨易通过下渗或汇流通过井口直接进入矿井，形成矿坑涌水。

裂隙水:当井下煤层开采基岩以下层时，打破了岩层原有的稳定性，使上覆岩层失去支撑，而发生弯曲和位移并产生裂隙。大气降水和冰雪消融水易通过地表裂隙向下渗透进入矿井，形成矿坑涌水。

老窑积水:目前论证区中部煤层经多年的开采，已形成部分封闭采空区和废弃巷道，由于废弃时间较长，存在一定量的积水。因此，当煤矿在老窑、封闭采空区和废弃巷道附近开拓时易造成老窑积水突入矿井，故建议煤矿加强对老窑积水的管理和防治，做好采前探水工作。

2.3 矿床充水途径

本区内基岩裂隙水主要补给源为大气降水，冰雪消融水的补给，沿地表风化带下渗补给下伏碎屑岩裂隙孔隙承压弱富水含水层。

煤层顶(底)板细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砂砾岩、砾岩含水层，接受大气降水补给，径流补给为直接充水含水层。

暴雨形成的暂时性地表水流可通过矿井口直接灌入矿井，它们虽是矿坑充水的次要因素，但仍应加强防范措施。

井田内第四系为透水不含水层，含水层主要分布在下侏罗统三工河组下段及侏罗系八道湾组上段，其补给源为大气降水及雨季带状浅沟的短暂流水直接垂直渗入补给或经第四系地层间接渗入补给。由于矿区气候干燥，降水稀少，蒸发量大，且降雨多集中在高温季节，故大部分降水被蒸发，仅有少部分降水下渗，地下水补给条件差，且地下水位较深。

井田内侏罗系含水层组为煤层含水组，从专门水文钻孔抽水试验结果来看，单位涌水量仅为0.000 8 L/s·m。直接充水含水层对煤矿床的开采影响较小。有限的水储存量对矿床充水不构成大的威胁。

3 矿区水文地质参数

本次工作收集了矿区周边6处松散岩类钻孔和2处煤矿勘探孔的抽水试验记录资料，根据资料，计算了矿区第四系潜水含水层和基岩含水层的水文地质参数。

松散岩类钻孔基本分布在和什托洛盖镇的和布克河床一带，松散岩类钻孔为单落程抽水试验，潜水含水层水文地质参数的计算，采用近河潜水含水层完整井稳定流抽水试验计算公式，见下式，计算成果见表1。

基岩勘探孔采用3落程抽水试验，含水层水文地质参数的计算，采用承压含水层完整井稳定流抽水试验计算公式，见下式，计算成果见表1。

从表1可以看出，第四系潜水含水层由于含水层岩性、厚度及所处的位置不同，其给水能力也不同，但从钻孔的上、下游相对位置分析，论证区上游潜水含水层给水能力较好(如赛1、赛2)，但含水层厚度较薄;中、下段潜水含水层厚度较大，但给水能力弱于上游。

勘探孔的抽水试验成果反映，本区基岩含水层的富水性较弱，给水能力较差。

表1 论证区水文地质参数一览表

4 矿坑涌水量预测

依据地质勘察报告，可知井田所在的水文地质单元内的含水层分布不规则。因此，在预测坑道系统涌水量时，理论上可将不规则钻井系统所占的面积，理想为一个圆形的大井，然后应用地下水向井孔运动的公式，预测坑道系统的涌水量，因此又称此法为大井法，在我国属矿坑涌水计算时应用较多的方法之一。本次工作选用《水文地质手册》中的适用于矿坑疏干涌水量的计算方法—“大井法”公式，来预测矿井疏干情况下的涌水量。

依据《新疆维吾尔自治区和布克塞尔蒙古自治县塞尔公司新疆三号井煤炭勘探地质报告》中的地质勘察成果，本井田地处托里～和什托洛盖拗陷中段和丰矿褶皱组中次级铁斯尔卡查干背斜的南翼，井田总体为一单斜构造，地层走向为近东西向，倾向南，倾角10°～16°，但在地层走向上略有起伏，井田内未见较大断层及火成岩。

由于7－2钻孔距3号井井口只有几百米的距离，因此本次矿坑涌水量分析计算，方法一是采用7－2钻孔抽水试验成果，选用“大井法”的承压转无压公式预算涌水量。二是采用该井田东南约8 km处的赛尔五矿地质条件、水文地质条件、开采技术条件与该井田基本相同的“比拟法”预算矿井涌水量。

4.1 “大井法”

选用公式:

式中:K为渗透系数(0.002 6 m/d);M为含水层厚度(44.3 m);R0为引用影响半径(R+r0)，其中R为影响半径;r0为引用半径);H为水头高度(水位标高917.08 m减去井田内最低开采水平550 m，为367.08 m);S为降深(S=H);F为井田面积3.2 km2。

代入公式，求得矿井正常涌水量为466 m3/d。

4.2 “比拟法”

选用公式:

式中:Q0为赛尔公司五矿涌水量60 m3/d;F为预算未来开采面积3 200 000 m2;F0为赛尔公司五矿开采面积1 060 000 m2;S为预算未来开采水位降深367.08 m;S0为赛尔公司五矿开采水位降深83.69 m。

代入公式，求得未来矿井正常涌水量为378 m3/d。

以上二种涌水量预算层为砂岩裂隙含水层。但考虑雨季天气降水形成的洪水与地表沟通的开采裂隙汇入井下及采空区积水沟通等其它因素，矿井涌水量将增大。

4.3 涌水量计算结果评述

本次矿井涌水量的计算一是采用煤矿勘探孔7－2孔抽水试验成果“大井法”，二是采用矿井“比拟法”进行的，但就其预算依据、过程及结果而均较客观，其预算结果“大井法”正常涌水量为466 m3/d，矿井“比拟法”正常涌水量为378 m3/d，二种方法结果比较:“大井法”由于选用的钻孔资料7－2钻孔距离三号矿井口很近，所以各个参数的选取比较准确，计算结果可靠;“比拟法”用周围已开采的井做比较，比较直观。

在这里推荐由“大井法”推算出的结果466 m3/d作为三矿日涌水量的数值。