某矿井水资源论证项目涌水量预测分析

翟京召

（河南天龙检测有限公司，河南 南阳 473000）

1 引言

某地煤矿项目位于新郑市辛店镇赵家寨村，矿区东西长13.50 km，南北宽3.70 km，面积48.96 km2。工程占地面积32.87 hm2，建筑面积19.49 hm2，绿化面积3.05 hm2。矿井设计生产能力300 万t/a 的大型矿井，设计服务年限53.30 a。全矿井共划分7 个采区，其中5 个上山采区，2 个下山采区，矿井目前有2个生产采区，1个准备采区，1个开拓采区。

2 涌水量预测计算分析

2.1 矿井涌水量的构成

煤矿目前主要开采二1 煤层，其充水水源主要为底板L1-4灰岩水、O2灰岩水，其次底板L7-8灰岩水，少量顶板砂岩水。根据2009-2017年矿井涌水量观测成果台账，矿井多年平均涌水量为1 353.20 m3/h，最大涌水量为2 045 m3/h（2014年11月），最小涌水量1 000.60 m3/h（2014年8月）。

2.2 涌水量预测计算分析

2.2.1 比拟法

采用矿井单位涌水量比拟法预算矿井涌水量用式（1），其中比拟法矿井涌水量预测参数见表（1）。

式中：Q—预算矿井总涌水量；Q0—生产矿井总涌水量；F0—生产矿井开采面积，矿井目前已开采面积1.11 km2；S0—生产矿井水位降低；F—预算矿井开采面积，取15.58 km2；S—预算矿井水位降低。

经计算，预算范围内矿井涌水量为1 074 m3/h，加上目前矿井疏放水量650 m3/h，首采区和14 采区矿井正常涌水量为1 724 m3/h。根据2008-2017年矿井涌水量统计结果，矿井最大涌水量是正常涌水量的1.02～1.57 倍，为了安全起见，采用最大值1.57倍，推算矿井最大涌水量为2 706 m3/h。

2.2.2 大井法

2.2.2.1 二1煤层顶板矿井涌水量

对二1煤层顶板山西组砂岩裂隙含水层矿井涌水量预算采用地下水动力学法中承压转无压公式（2）（3）：

式中：Q—预算涌水量（m3/d）；S—预计水位降深（m）；R—大井引用影响半径（m）；K—含水层渗透系数，取708孔、-0 852孔和1 153孔渗透系数的平均值0.03 m/d；M—含水层厚度，取含水层平均厚度16.97 m；H—水柱高度，为含水层静止水位标高（矿井内无山西组砂岩含水层长管孔，据2002年12月-0 852孔抽水试验资料，静止水位标高为+97.68 m）至预算范围内二1煤层最低标高（-325 m）的距离，取422.68 m；h—水柱高度（H）与水位降深的差值（S），其值为0；r0—大井引用半径，预算范围面积（F）15.58 km2，预算范围可视为不规则的圆形，引用半径r0为2 228 m。

经计算：预算首采区和14 采区山西组砂岩含水层矿井涌水量为204 m3/h。根据矿井最大涌水量是正常涌水量的1.57倍，推算山西组砂岩含水层矿井最大涌水量为320 m3/h。

2.2.2.2 二1煤层底板C2tL7-8灰岩矿井涌水量

对二1煤层底板C2tL7-8灰岩矿井涌水量预算采用地下水动力学法中稳定流和非稳定流承压完整井公式：

式中：Q—预算涌水量（m3/d）；S—预计水位降深（m）；K—含水层渗透系数（m/d）；M—含水层厚度（m）；R—大井引用影响半径（m）；r0—大井引用半径（m）。

非稳定流计算公式：

式中：Q—预算涌水量（m3/d）；S—预计水位降深（m）；T—导水系数（m2/d），T=KM；μ*—含水层贮水系数；r0—大井引用半径（m）；t—抽水延续时间（d）。

计算参数：K—含水层渗透系数，取大1孔、1 109 孔、1 218孔和西风井检查孔渗透系数的平均值5.58 m/d；T—导水系数，取大1孔、1 109孔、1 218孔和西风井检查孔导水系数的平均值73.49 m2/d；M—含水层厚度，取C2tL7-8灰岩含水层平均厚度13.27 m；μ*—含水层贮水系数，据勘探报告C2tL7-8灰岩贮水系数可取8.27×10-5；S—预计水位降深，为含水层静止水位标高至预算范围内二1煤层最低标高的距离，取268.53 m；r0—大井引用半径（m），预算范围面积（F）15.58 km2，预算范围可视为不规则的圆形，引用半径r0为2 228 m。

将计算参数分别代入公式（3）、（5），预算二1煤层底板C2tL7-8灰岩矿井涌水量结果见表2。

表2 二1煤层底板矿井涌水量预算结果表

从表2可以看出，稳定流计算的结果基本与非稳定流计算的结果吻合。稳定流计算的底板涌水量3 869 m3/h，等同于非稳定流疏排初期的水量。从涌水量与时间变化曲线看（图1），稳定流量应在540 d以后，因此推荐预计底板矿井涌水量值为1 922 m3/h。根据矿井最大涌水量是正常涌水量的1.57 倍，推算底板矿井最大涌水量为2 017 m3/h。

图1 涌水量与时间变化曲线看图

2.2.3 实际涌水量分析法

煤矿建立了矿井涌水量台账，为今后预计全矿井及新采区涌水量提供了可靠依据。根据2009-2018 年矿井涌水量观测成果台账，矿井多年平均涌水量为1 353.20 m3/h，最大涌水量为2 045 m3/h，最小涌水量1 000.60 m3/h。

由于在开采过程中采取底板注浆加固措施，减少了灰岩水的影响，自2011年起，矿井涌水量呈逐年下降趋势，2014年10月，由于井下12 201巷道机头段出水，造成涌水量突然增加，并逐渐减小并趋于稳定，在2016-2018年基本维持稳定在约1 450 m3/h。

根据《建设项目水资源论证导则》“对于有监测资料矿区，可选择排水量变化稳定且能代表未来矿山开采水平相应时段排水量平均值作为评价矿坑排水量”，根据矿井实际涌水量资料，可选用能代表现状涌水量且涌水较为稳定的2016 年到2017 年涌水量平均值作为矿井涌水量预测值，即1 477 m3/h。矿井最大涌水量为正常涌水量的1.02～1.57 倍，则矿井最大涌水量2 319 m3/h。

2.3 矿井涌水量预测结果评价

用以上三种方法对矿井涌水量进行计算，计算结果相差较大。使用大井法计算矿井涌水量对水文地质条件要求较为理想化，与实际边界条件有一定的差距。因此，涌水量预测采用实际涌水量平均值分析结果，预计矿井正常涌水量1 477 m3/h，最大涌水量2 319 m3/h。

3 结语

经预测分析计算，用平均值分析的涌水量与矿井实际涌水量较吻合，全矿井正常涌水量为1 477 m3/h，最大涌水量为2 319 m3/h。参照《污水再生利用工程设计规范》，矿井水输送和处理损失按10%计算，分别消耗147.70 m3/h，3 544.80 m3/d，则矿井涌水可利用量31 903 m3/d，项目最大日用水量6 025 m3/d，外供水量4 200 m3/d，项目矿井涌水可以满足生产用水量的需求。