一种关于底板岩溶含水层矿坑涌水量预测的近似方法

杨 云，樊洪江

（贵州省地矿局102地质大队，贵州遵义563003）

一种关于底板岩溶含水层矿坑涌水量预测的近似方法

杨 云*，樊洪江

（贵州省地矿局102地质大队，贵州遵义563003）

底板矿坑涌水量预测是一项比较困难和复杂的工作。在分析矿区矿床水文地质特征的基础上，采用平底进水的非完整井经验公式对底板矿坑涌水量进行概算，为矿山设计与施工提供参考。

茅口组；底板矿坑涌水量；非完整井

在矿区水文地质勘查阶段，未来矿坑涌水量预测是矿区水文地质工作的主要任务之一，也是开采设计部门制订疏干措施、确定排水设备及生产能力的主要依据。本文结合具体工程实例阐述大井法在实际中的应用，得到了较为理想的结果，对矿坑涌水量计算及实用具有一定的指导意义。

1 模型的建立

在矿坑疏干过程中，当矿坑的涌水量，包括其周围的水位降低呈现相对稳定的状态时，即可认为以矿坑为中心形成的地下水辐射流场，基本满足稳定井流的条件。矿坑的形状极不规则，尤其是坑道系统，分布范围大，构成复杂的边界，要求将它理想化，在理论上可将形状复杂的坑道系统看成是一个大井在工作，而把不规则的坑道系统圈定的面积，相当于大井的面积，整个坑道系统的涌水量，就相当于大井的涌水量，从而可以近似应用裘布依的稳定流基本方程。这种方法，在矿坑涌水量预测中称为“大井法”。

2 问题的提出

贵州龙潭组的矿产有煤矿及锰矿等，其底部均为茅口组（P2m）岩溶含水层。通过多个矿区分析茅口组（P2m）岩溶含水层已经构成矿产的直接或间接突水因素。在勘查中，我们通常要求对P2m层加深30～50m，通过加深或做抽水试验，以查明底板P2m层的含水性情况，但是通过多个矿区的实际施工情况，其效果均不是很理想，P2m层抽水结果显示单位涌水量一般为0.0006～0.110L/（s·m）（见表1）。一般将钻孔单位涌水量小于0.001L/（s·m）的岩层视为隔水层（矿区水文地质工程地质勘探规范）。而根据区域资料，通常该层岩溶极其发育，补给条件好，以集中补给为主，富水性强，以暗河管道型为主。随着矿层的加深勘探与开采，底板突水的可能性越来越大，因此要求对底板涌水量的预测也越发显示得重要和迫切。

表1 矿层底板茅口组（P2m）单位涌水量及突水性一览表

3 公式的选用

把龙潭组（P3l）看作相对隔水层，即可以看出，对底板P2m层的抽水试验明显是非完整井抽水，因此可采用大口径井井壁进水不完整井公式：

承压井：

适用于井只揭露至承压含水层顶界，M大于井半径8～10倍及以上。

潜水井：

Q=4KSr0

适用于井底至含水层底板的深度为井半径8～10倍及以上。

式中：Q——涌水量，m3/d；

K——渗透系数，m/d；

r0——井半径，m；

S——降深，m。

在计算抽水试验的K值时相应采用承压非完整井计算：

式中：Q——涌水量，m3/d；

L——钻孔揭露承压含水层的厚度，m；

rw——井半径，m；

S——降深，m。

4 工程实例

（1）据《贵州省遵义市红花岗区小金沟锰矿勘探报告》，该井田锰矿层位于二叠系龙潭组下部含锰岩系下部，与其下茅口组“白泥塘层”硅质灰岩假整合接触。当地最低侵蚀标高780m，矿区P2m平均水位810.26m，矿体平均埋深在500m标高以下。矿区水文地质类型属岩溶水充水为主的底板进水矿床。未来矿坑+400m中段S=410.26m，大井半径r0=127m，由抽水试验得到渗透系数K=0.017m/d。利用公式Q正=2πK r0×S计算，得矿区未来矿坑+400m中段矿坑底板正常涌水量为5565m3/d。

（2）据《贵州省大方县普底乡金象煤矿资源储量核实及勘探报告》，该井田煤矿层位于二叠系龙潭组，与其下茅口组灰岩假整合接触。底煤层M73底部硫铁矿粘土岩层厚为1.97～8.03m，平均厚度4.55m。在开采底煤层M73时，由于底板相对隔水层薄，间接底板P2m岩溶含水层富水性强。矿床水文地质勘查类型为第三类第二亚类第三型，即以岩溶含水层充水为主、底板岩溶水直接充水为主、水文地质条件复杂的岩溶充水矿床。矿区最低开采标高为+1200m，水位降深S为309.47m，大井半径r0=939m，由抽水试验得到渗透系数K=0.0018m/d。利用公式Q正=4K r0×S计算，得矿区未来矿坑最低开采标高为+1200m矿坑底板正常涌水量为2092m3/d。

5 结论

根据区域资料，P2m层厚度一般大于100m，通常厚400～720m，在勘察任务中我们不可能将该层全部揭露才抽水，因此多做非完整井抽水试验。将未来开采最底一层煤的井巷视为沿煤层（沿茅口组顶板）掘进开采，这样，就将茅口组岩溶水向矿井的进水概化为地下水向平底底板集水构筑物做承压运动。在对底板茅口组涌水量的计算中，采用井壁进水不完整井公式进行对P2m层涌水量概算，该类公式有效地避开了不掌握含水层厚度的问题。但该公式要求m值大于10R，因此，在用于矿井涌水量计算中，可能偏大或存在一定的不合理之处，但是作为概算，提供给设计部门参考还是有价值的。

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TD742

A

1004-5716(2015)03-0119-02

2014-03-28

杨云（1978-），男（苗族），贵州黄平人，工程师，现从事矿区水文地质、工程地质及环境地质工作。