矿井水文地质条件分析及涌水量估算

2020年第8
期2020年8月
井工开采矿井的水文地质条件总体较复杂，涌水量预测比露天矿井难度大，且更加复杂。

随着矿区浅部煤层可采资源储量逐渐枯竭，转入井工开采深部煤层资源是企业持续发展的有效途径之一，同时这也面临矿坑涌水量增大的问题，需要更加全面、科学地调查研究矿井水文地质条件后，合理预计矿坑涌水量，确保井下生产安全。

1工程概述
A 矿井1600m 水平以上煤层为露天开采，该处资源储量已接近枯竭，现准备1600m 以下煤层的井工开采，开采标高1500~1600m ，生产能力6.0×105t/a 。

在实际工作中，矿井地质条件和所用的采矿方式均发生大变化，矿坑的涌水量也随之发生改变。

为此，需重新调查、分析、研究矿井水文地质条件，并结合矿井开采资料，选用与矿井水文地质条件相匹配的计算参数，科学估算矿坑涌水量。

2
矿井水文地质条件
2.1
地表水系
安峪河为区内仅有的平年性地表河流，自西向东从矿井南缘流过，河流年平均径流深度43.8mm ，年径流量4.994×106m 3，径流系数0.09。

矿井最低点位于安峪河河床，高程1540m 。

安峪河过去未进行过地表水文观测，此次在地形图计算得矿井以上汇水面积23km 2。

此次依据年平均径流深度43.8mm 计算得出，矿井所在区多年平均径流量1.01×106m 3。

矿井最高点为矿区中部的一号山梁，是安峪河和矿井北部木瓜沟的地表水分水岭，矿井南、北两侧发
育2条冲沟，雨季洪水沿沟谷汇集后向东流入安峪河。

由于前期该矿为露采，造成矿井中部原生山梁形成露采坑，采坑两侧为露采遗弃的废弃矿渣和地表剥离岩土体[1]。

2.2含水层
根据矿井所处区域的地质特征和地下水赋存形式，矿井地下水分为松散岩孔隙水和基岩裂隙水两类，具体情况如下。

2.2.1松散岩孔隙水
井内大部分地层发育厚度小，降水入渗后很快沿地表山坡径流至山谷或渗入到下部基岩裂隙中。

但是，在矿井南缘安峪河河谷地带，第四系冲洪积层较发育，含水层厚度2.00~33.58m ，平均厚度19.57m ，接受大气降水补给和河谷两岸基岩裂隙水的侧向排泄补给，水位标高1560~1579m 。

以往河床施工的勘探孔内自流量可达0.263L/s ，富水性较强。

2.2.2基岩裂隙水
含水岩层为矿井内石炭、二叠系砂岩、泥岩地层，该区广泛出露，最大残留厚度230m ，基岩裂隙水含水层是矿坑充水的直接含水层。

现场调查结合矿方反映资料，该含水层裂隙不发育，渗透性弱，富水性弱。

大气降水为主要补给源，矿井南缘安峪河河谷一带可接受安峪河河水的侧向补给。

2.3构造
调查发现，在矿井中部发育有一条高角度断层，沿NE 方向切过太原组地层并被上覆堆积层所覆盖，断距150m ，倾角85°，为压扭性正断层。

断层破碎带胶结程度好，主断裂不含水。

井下巷道揭露沿该断层发育的派生小断层、裂隙时稍有淋水。

2.4地下水的补径排条件
矿区地貌形态属低中山地貌，沟谷呈“V ”字形，地形坡度大，有利于地表水的排泄，不利于地下水的汇
收稿日期：2020-03-27
作者简介：张新，1987年生，男，山西阳泉人，2014年毕业于太原理工大学采矿工程专业，工程师。

矿井水文地质条件分析及涌水量估算
张
新
（阳煤集团地质测量部，山西阳泉045008）
摘要：预测矿井涌水量是一项比较复杂的工作。

在详细调查矿井水文地质条件后，根据矿井实际开采情况，预测矿
井的正常涌水量和最大涌水量，为矿井防排水提供技术依据。

关键词：地质条件；水文地质；涌水量；充水中图分类号：TD742文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2020)08-0022-02
Hydrogeological Condition Analysis and Water Inflow Estimation of Mines
ZHANG Xin
(Geological Survey Department,Yangquan Coal Industry Group,Yangquan 045008,Shanxi,China)
Abstract:It is a complicated work to predict mine water inflow.After a detailed investigation of the hydrogeological conditions of the mine,according to the actual mining situation of the mine,this paper estimated the normal water inflow and maximum water inflow of the mine,which provides technical basis for mine water prevention and drainage.Key words:geological conditions;hydrogeology;water inflow;water
filling
（总第179期）能源研究
22··
2020年第8期2020年8月
（上接21页）
图4“锚杆+钢带+锚索”支护方案下的巷道应力分布图
a)在厚煤层开采中，因为放顶煤工艺的实施以及巷道顶板垮落等原因，巷道必须采取相应的支护措施保证掘进生产的正常进行。

b)巷道围岩与锚杆锚索相互作用理论表明，锚杆锚索在巷道掘进前后期的相互作用有效减少了变形量，
为生产提供了便利。

c)利用FLAC3D 数值模拟软件，对锚杆锚索支护方案以及改进后的“锚杆+钢带+锚索”支护方案进行了数值分析对比。

研究发现，“锚杆+钢带+锚索”支护方案可以有效提高围岩的锚固力，使巷道更加趋于稳定。

参考文献：
［1］周刚，于岩斌，文金浩.深井条带面高压逾裂煤层注水模拟与
卸压应用［J ］.矿业安全与环保，2015，42(2)：6-11.［2］张满华，张正新.深部高应力半煤岩巷失稳机理及支护技术［J ］.
煤矿安全，2018，49(2)：206-210.［3］袁本庆，任启寒，徐遵玉.近距离煤层上行开采围岩应力演化
特征分析［J ］.能源与环保，2018，40(1)：167-171.［4］石必明，俞启香.远距离保护层开采煤岩移动变形特性的试验
研究［J ］.煤炭科学技术，2005(2)：39-41.
（责任编辑：白洁
）
集。

含水层主要补给源是大气降水，绝大部分降水沿
山坡汇集后流入安峪河排泄出矿区，少量降水入渗补给基岩裂隙含水层，由高处向低处运移，在安峪河河谷排泄。

2.5矿井充水因素分析
矿井地处基岩山区，含水层富水性弱，以大气降水入渗补给为主，补给来源少、差，对矿井安全生产影响较小，仅在南缘安峪河河谷第四系孔隙水富水性较好，水位标高1520~1560m ，与地表水水力联系密
切。

邻近安峪河井工开采深部煤层时（最低开采标高1500m ，矿井体上覆地层厚60m ），导水裂隙带将导通安峪河河谷孔隙水，开采深部煤层时将形成侧向充水，会影响矿井生产安全。

3
矿井涌水量估算
3.1
矿井涌水状况
目前，矿井开采标高分别为1580m 和1500m 。

矿井提供的2016年涌水量统计数据详见表1。

时间1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月涌水量
3149.10
3147.70
3254.70
3721.20
3752.00
3630.30
3754.50
3095.40
3221.00
3210.10
3241.80
3143.91
表12016年矿井涌水量统计表
单位：m 3
3.2
计算公式
综合上述情况分析，矿井的充水水源为大气降水，其次为后期开采矿区南缘深部煤层时接受安峪河孔隙水的侧向入渗补给。

在安峪河一带预留防隔水煤柱后，将不再受其影响。

由于矿井所处区域未实施过降水入渗试验，为合理估算矿区的降水入渗数据，选择地下水径流模数法来估算矿区地下水量。

计算公式如下：
Q 涌=Q 入渗=F 汇×M ，(1)
式(1)中，Q 涌为矿井年涌水量，m 3；Q 入渗为年降水入渗量，m 3；F 汇为汇水面积，km 2，地形图上圈定面积为0.57km 2；M 为地下水径流模数，104m 3/(a ·km 2)，依据《山西省水资源二次评价》资料，本区地下水径流模数为6.621×104m 3/(a ·km 2)。

3.3矿井涌水量估算结果
经式(1)估算，矿井降水入渗量为3.7×104m 3/a 。

按365d 计算，估算矿井正常涌水量为100m 3/d ，最大涌水量按照正常涌水量的1.5倍计，估算矿井最大涌水量
为150m 3/d 。

矿井所处区域气候较干旱，降水分布不均，由于矿井涌水量主要受大气降水控制，降水量充沛的年份，矿井涌水量亦会有所增大[2-3]。

4结语
矿井的含水层发育简单，补给来源单一，富水性弱，对矿井充水影响较小；南缘安峪河一带采取治理措施后也不会对矿井充水造成影响。

此次采用地下水径流模数法估算矿井正常涌水量为100m 3/d ，最大涌水量为150m 3/d 。

参考文献：
［1］赵海清，李向国，李学勤.矿坑涌水量分析［J ］.西部探矿工程，2006，117(1)：8-10.
［2］肖广惠.计算矿坑涌水量需考虑的有关影响因素探讨［J ］.四
川建材，2008(6)：286-287.
［3］范堆相.山西省水资源评价［M ］.北京：中国水利水电出版社，
2005：203-215.（责任编辑：白洁）
张新：矿井水文地质条件分析及涌水量估算23··。