托里县茂源煤矿东三号井充涌水量预测.pdf

第9 期2023年9 月文章编号：16 7 3-9 0 0 0（2 0 2 3)0 9-0 0 5 0-0 2陕西水利Shaanxi WaterResourcesNo.9September,2023托里县茂源煤矿东三号井充涌水量预测陈艺（塔城水文勘测局，新疆塔城8 347 0 0）摘要首先分析矿井区域地貌、地下水的补给、径流和排泄条件，收集矿区水文地质参数进行分析，为清除矿坑涌水量提供较为准确的数据，更好地保障矿井的安全。采用大井法和比拟法两种方法对矿坑涌水量进行计算，并分析计算成果，最终推荐成果比拟法比较合适。【关键词茂源煤矿；涌水量；预测方法中图分类号TD742.1【文献标识码B茂源煤矿（东三号井）地处准噶尔界山中段，和什托洛盖盆地西段南缘，位于托里县城NE方向9 5 km97km、铁厂沟镇东5 km处，行政区划隶属塔城地区托里县铁厂沟镇管辖。该井田东西长2.8 km，南北宽1.0 km，井田面积2.5 7 3km限制开采水平：+7 6 0 m+300m。1区域地貌茂源煤矿（东三号井）处于铁门鲁塔木谷地的莫湖台冲洪积平原上，铁门鲁塔木谷地在构造上处于准噶尔界山褐皱带中的和什托洛盖山间凹陷西部，属中生代的地堑式断陷谷地。在地貌上处于北部乌肯拉卡尔山与南部扎依尔山之间，由山间冲洪积倾斜平原组成。在谷地西部两侧，由于中、新生界的构造隆起，又将其分割成喇嘛昭谷地、铁厂沟谷地和莫湖台冲洪积平原三部分。发源于南北山区的水系较发育，但均系山间式河溪，具有途短、流急、量小的特点。除洪水期外，出山后流人谷地不远大多渗失殆尽。2区域地下水补径排条件由于乌肯拉卡尔山的存在，使得区内干燥少雨，大气降水对区内地下水的补表给意义不大。同时又因第三系地层的隔水作用，北部乌肯拉卡尔山的雪融水及洪水人渗补给区内地下水微弱，区内地下水的补给主要源于铁厂沟河。区内第四系潜水主要通过铁厂沟河水的垂向人渗和侧向渗漏补给，而侏罗系孔隙裂隙水则是在侏罗系地层与第四系潜水含水层的接触部位，通过风化裂隙和构造裂隙接受孔隙潜水的补给，其它补给途径甚微。由于地层渗透性好，第四系潜水径流畅通，总的运移方向由西向东；而侏罗系孔隙裂隙水则由于地层泥质充填较多，孔隙率低，裂隙不发育，岩石渗透性差，径流不畅，交替滞缓，其地下水运动方向与潜水基本一致。潜水由西向东运移排泄于地势较低处的同时，少部分补给侏罗系地层，垂直蒸发及植物蒸腾是潜水的主要排泄途径；而侏罗系孔隙裂隙水由于区内矿井较多，疏干排水为主要排泄方式。3矿区水文地质参数据新疆托里县铁厂沟煤矿东三号井田勘探报告，论证区范围内有3眼地质一水文地质结合孔，分别为ZK501钻孔位于东三号井田北部）ZK503钻孔（位于东三号井田南部）ZK602钻孔（位于东三号井田东北部），这3眼钻孔单孔抽水试验，得出的参数对论证区水文地质进行分析及确定。根据钻孔资料，ZK501钻孔孔深38 9.2 5 m，揭露中侏罗统西山窑组弱含水层真厚度为5 1.2 3m，含水层岩性主要由含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩组成，该孔稳定流抽水试验结果为井半径r=0.0475m,静埋深Z=30.11m,流量Q=0.0239L/s，降深S=15.11m，单位涌水量q=0.0016L/（s m），渗透系数K=0.002109m/d。ZK503钻孔孔深2 0 0.0 5 m，揭露中侏罗统西山窑组弱含水层12 2.36 m，含水层岩性主要由含砾粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩组成，该孔稳定流抽水试验结果为井半径r=0.0475m,静埋深Z=10.45m,流量Q=0.091L/s,降深S=10.99m,单位涌水量q=0.0083L/（s m），渗透系数K=0.05099m/d。ZK602钻孔孔深5 5 0.5 m，揭露中侏罗统西山窑组弱含水层真厚度为40.2 9 m，含水层岩性主要由含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩组成，该孔稳定流抽水试验结果为井半径r=0.0475m，静埋深Z=50.14m，流量Q=0.0365L/s，降深S=17.01m，单位涌水量q=0.0021L/s.m，渗透系数K=0.003949 m/d。收稿日期2 0 2 3-0 4-2 4【作者简介陈艺（19 8 7-），女，山东泗水人，工程师，主要从事水情预报工作。50.第9 期2023年9 月根据ZK503、Z K 5 0 1、Z K 6 0 2 钻孔静止水位标高分别为749.45m、7 34.45 m 和7 0 9.42 m,判断东三号井田内地下水的流向与区域地下水的流向基本一致，为SW-NE流向。由ZK503、Z K 5 0 1、Z K 6 0 2 钻孔抽水试验成果，推算得到东三号井田区域内地下水含水层单位涌水量为0.0 0 16 L/（s m）0.0083L/（s m），渗透系数为0.0 0 2 10 9 m/d0.05099m/d。含水层富水性较弱，为侏罗系孔隙裂隙弱含水层。4矿坑涌水量预测4.1计算原则（1）根据规范要求矿井涌水量预算范围为首采区第一开拓水平（+35 0 m水平）以上范围。本区计算范围为+35 0 m水平以上的东三号井田开采范围。东西平均长17 9 9 m,南北宽425m。（2）含水层为承压含水层，在巷道疏通过程中，承压水转为无压水，在计算时按承压转无压对待。（3）受区域地质构造、气象、地形地貌等影响，大气降水对地下水补给量甚微，因此计算时降水量不予考虑。4.2计算方法由于东三号井田开采范围内的可采煤层属急倾斜煤层，矿井开拓系统为主、副斜井开拓，主、副斜井穿越侏罗系含水层产生矿坑涌水。因此不能简单的套用管井经验公式计算矿坑涌水量。本次计算根据矿道特性及矿坑产水特点，以大井法和比拟法进行计算。4.2.1大井法(1)计算方法利用坑道系统的长度（a）与宽度（b）的比值大小，确定引用半径ro之后，再利用大井法预算矿坑涌水量。首采区矿井涌水量预算范围东西长17 9 9 m，南北宽42 5 m。6 与a的比值为0.2 4，以大井法进行计算。（2）计算公式的选择选用承压转无压水的计算公式：Q=1.366 K（3）计算参数的选用1)渗透系数(K)ZK501、Z K 5 0 3、Z K 6 0 2 孔抽水试验的渗透系数分别为0.002109m/d、0.0 5 0 9 9 m/d、0.0 0 39 49 m/d，采用其平均值0.01902m/d作为矿井涌水量计算的含水层渗透系数。2）承压水从井底算起的水头高度水位标高值采用ZK501、Z K 5 0 3、Z K 6 0 2 孔的水位标高的平均值，三孔水位标高分别为7 34.45 m、7 49.45 m、709.42m，平均7 31.11m。承压水从井底算起的水头高度（H),采用平均水位标高7 31.11m与开采水平标高35 0 m之差，即38 1.11 m。3）承压含水层厚度（M）含水层厚度采用含水层剔除泥岩后的粗砂岩、含砾砂岩、中粗砂岩的其厚度之和。含水层厚度计算值采用ZK201、Z K 30 1、Z K 5 0 1、Z K 6 0 1、Z K 6 0 2 孔揭露含水层真厚度的平均值作为计算参数，上述各孔含水层真厚度分别为陕西水利Shaanxi WaterResources60.34m、31.8 4m、5 1.2 3m、36.0 8 m、40.2 9 m,平均43.9 6 mo4)引用半径(ro)ro=n-4坑道系统 a=1799 m；b=42 5 m6:=0.24:m=1.13a1799+425ro=1.13=628.28 m45）引用影响半径（Ro）Ro=ro+R R=2S/HK:疏干后 S=H=381.11 m:R=2 381.11/381.11 0.01902=2052.16mRo=ro+R=628.28+2052.16=2680.44 m(4)计算结果已知：K=0.01902m/d;H=381.11m;M=43.96m;ro=628.28 m;Ro=2680.44m。代人公式：Q=1.366 K4.2.2比拟法矿井涌水量的计算除上述计算至35 0 m水平之外，以下对40 0 m、45 0 m、5 0 0 m 等水平亦进行了计算，其计算结果见表1。表1分水平矿井涌水量预算值表开采水平HR=2S./HK(m)(m)400331.11450281.11500231.11进一步验证分析大井法井田矿井涌水量的数值，根据水(2H-M)M文地质手册中公式Q=Q11gRo-1gro6矿生产井的井下实测，从各处汇人的矿井水正常流量的平均值（Q1）为18 0 m/d最大涌水量为6 0 0 m/d,生产井采掘巷道形成的引用半径ri为2 2 0.35 m，水位降落值S，采用大井法中的水位标高7 31.11m与现水平6 0 5 m水平的差，为126.11m。将上述各值代人到公式Q=Q1一。中，则正常涌水量为15 5 1.0 1m/d，最大涌水量为5 17 0.0 2 m/d。4.3计算结果评述通过计算可知：大井法涌水量值130 2.14m/d；比拟法正常涌水量15 5 1.0 1m/d,最大涌水量为5 17 0.0 2 m/d。大井法是利用试验得到附近地层的参数预算的结果；比拟法则是对大井法的进一步补充说明，它充分利用矿井的实测涌水量数据计算未来矿井涌水量而推求的结果。在充分考虑上述因素的情况下，推荐用比拟法计算的涌水量结果，作为东三号井矿坑涌水量计算值，涌水量为15 5 1.0 1m/d，换算到每（下转第5 4页）51No.9September,2023a+b(2H-M)M=1302.14m/d1gRo-1groRo=ro+R(m)(m)1661.862290.141300.021928.30969.091597.67Ts进行验证，通过对二分公司TS1rsTiS1涌水量预算值(m/d)1257.131215.401178.80第9 期2023年9 月10m15m。该层结构松散，层理明显，颗粒分选性好，孔隙度大，透水性能良好，补给源充足，且水质好，易开采，是该区的主要替水含水层。该含水层的补给源为黄河径流渗漏水，佳县城区处的多年平均径流量为2 7 7.9 亿m，5 0%的径流量为17 7 亿m。黄河该河段最高洪水位为7 18.5 m，最低水位705.0m，枯水期9 5%保证率的流量16 7 m/s,99%保证率流量为9 0 m/s。由以上可以看出黄河佳县地段河道径流很丰富，上述实例的最小年径流量15 7.4亿m。故该段含水层补给源充足，补给量大，远大于佳县城区设计年需水量，水量是不存在问题的。该段含水层分布厚度10 m15m,沿河呈带状展布，水位埋藏浅，水量丰富，属地下水富集地段。其排泄方式为自然条件下向下游渗漏，加之经过自然渗透和过滤作用，地下水清澈，水质完全符合饮用水标准。综上所述，佳县县城附近黄河河谷地段的地下水较为丰富，且水质较好，满足饮用水水源地水量水质要求，可作为佳县县城饮用水水源。4.3供水水源选择现状已在黄河漫滩建成3口水源井。各水源井的情况如下：（1）1#水源井位于县城东侧的黄河岸边，海拔高程为716m,取水方式采用大口井和渗渠的复合井取水，成井于1979年，经多次改造升级，现安装2 台110 kW水泵，一用一备，出水量约为130 m/h，日供水量约为2 5 0 0 m/d，由于水源井浊度较高，在3#井建成后仅作为备用水源。1#水源井至自来水水厂输水管线为DN200钢管，长5 8 0 m。陕西水利Shaanxi WaterResources（2）2#水源井位于1#井水源井南侧约40 m处,2#井水源井由于水量过小，现已基本处于废弃状态。（3）3#水源井位于1#井水源井南侧约15 0 m处，现状3#水源井安装两台110 kW水泵，出水量为约为140 m/h，日供水量约为30 0 0 m/d。通过现场实际调查与进一步深人了解，3#水源井为辐射渗流井，渗流井由竖井、平巷、碉室、渗流孔群组成。3#水源井竖井井底高程6 7 2 m，最小水深约40 m，2018年3#水源建成后抽水试验最大稳定出水量为2 30 m/h。自今3#水源井供水流量为140 m/h，由于水源井位于黄河漫滩，补给水源为黄河渗水，经多年运行观察，漫滩水源井内水位基本保持不变，水源井出水量基本稳定，水质满足生活饮用水水质要求。4.4水资源供需平衡分析现状水源井的出水量（2 30 2 4=5 5 2 0 m/d）可以满足设计水平年需水量（45 0 0 1.1=49 5 0 m/d），本次设计水源仍采用现状水源井，水源水量水质均满足饮用水要求，只需加强供水设施管理和管网改造，提高水源地至自水厂的供水输水能力，确保用水需求。5结语通过分析探讨，佳县2 0 30 年人口规模不会达到佳县县城总体规划（2 0 14-2 0 30）人口预测，经过定额预测计算，2 0 30 年县城供水需水量为49 5 0 m/d。目前供水设施出水量为5 5 2 0 md，完全满足未来县城发展用水需求，为县城供水管理提供了科学依据。No.9September,2023（上接第49 页）源供给水平。1尤立，张锡峰，龚静静，等.农村供水安全保障长效管理机制研究 .中国水利,2 0 2 3（0 4）：5 8-6 2.2刘洋，土比木呷，能锋田.新形势下?山彝族自治州农村供水安全保障的思考 J.水利发展研究,2 0 2 2,2 2（0 8）：37-41.3张海涛.关于新时代加强农村供水安全工作的思考以陕西省彬县为例 J.水利发展研究,2 0 18,18（0 8）：11-13,16.4蔡振国.菏泽市牡丹区农村饮水安全工程建设实践 J.山东水利,2 0 2 3(0 1):7 7-7 8.参考文献5】张加飞.滇东地区农村饮水安全工程运行管护探讨以云南省富源县为例 J.水利发展研究，2 0 2 3,2 3（0 1）：7 4-7 9.6黄震.新宾县农村饮水安全工程可持续综合效益定量评估 J.黑龙江水利科技,2 0 2 2,5 0（10）：16 7-17 0.7】杜明.烟台市巩固提升农村饮水安全工程的经验做法 J.山东水利,2 0 2 2 (0 9):11-12.（上接第5 1页）年为5 6.6 110 m/a。得出的结论为东三号井矿坑涌水量为1551.01 m/d。5结语本文对茂源煤矿东三号区域地貌进行了简单介绍，并对矿井周边地下水的补给、径流、排泄条件进行简单论述。根据井田勘探报告，利用三眼钻孔的抽水试验成果，得出区域内地下水含水层单位涌水量为0.0 0 16 L/（s m）0.0 0 8 3L/（s m），渗54透系数为0.0 0 2 10 9 m/d0.05099m/d。含水层富水性较弱，为侏罗系孔隙裂隙弱含水层。采用大井法和比拟法进两种方法对矿坑涌水量进行计算，并分析计算成果，推荐比拟法计算成果。矿井涌水量计算成果系观矿井的安全生产和运行成本，也是设计和开采部门选择开采方案、开采方法，制定防止疏干措施，设计水仓、排水系统与设备的主要依据，对矿井预防水文地质灾害起到关键作用。