矿山涌水量预测方法对比分析

是个变量 ，当形成相对稳定井流时， Ｑ与 ｓ的关系相对应，单
位涌水量 ｑ才是确定的，故单位涌水量法只能用于稳定井流 。
５２ 选 用 公式 分 析 ．
拜城县铁列克河、卡普沙 郎河、舒善河、克拉苏河流两
侧分布较 多煤矿 ，且都属于改扩 建井 ，利用原报告抽水资料 及老井 资料 ，一概而论用 比拟法进行预测矿坑涌水量 ，未考 虑旁河 因素 ，往往 出现较大误差 ，近年来 ，我们在勘探过程 中 已发现此类 问题 。 旁河井流往往是稳定井流最常见的条件 ， 上述公式中却 没有考虑河流这一 因素 ， 在矿 区的水文地质工作往往忽视 了 这一点，实际上考 虑河流 因素并不难 ，例如 ，对该矿 区的旁 河承压完整稳定井流 ， 单位涌水量法可用于该公式预测矿坑
开采水平的延伸及开采面积的增大 ，预测的涌水量 ４ Ｏ ７ ～
１７ｍ ／ 间。 ８２ ｄ之
法” ，前者不仅要求水文地质条件相似 ，同时要求开采方式、 范围、 开采 强度等方面也应大体相 同， 这种近乎苛刻的条件 ， 很难达到 。满足公式的适用条件 ，强行引用 固然对涌水量计
算产生很大影响，甚至导致误差 。根据 比拟法的原理，同时
缘 山前凹陷地带 中，为边缘 凹陷 的北部单斜带 ，其构造 自北
向南依次是哈雷克套复背斜 、库车盆地北部单斜带 、库姆格
热褶皱带、南部缓斜带 。含煤系地层主要为中生代侏罗系下 统塔里奇克组 ，其中分为上下段 。
４ １ 沉 积 特 征 ．
源 丰富 ，煤类齐全 ，多为老矿 井，根据 国家对煤矿井型的要
４ 地质概况
拜城矿区为 中生代盆地天 山南麓一侧分布 ，属于库车． 拜城煤 田中西部 ，地处天 山纬 向褶皱带南缘，塔里木盆地北
１ Ｏ
开 发 应 用
还可用单位开采面积和巷道系统长度 比拟法 。 单位 涌水 量预测矿坑涌水量是较常用方法，在各种手册 和地质报告中都在应用 ，归纳起来 ，大致有 以下公式：
［ ７ 】新疆 １１队新 疆 轮 台县阳 霞煤矿 区地质 勘 查总结 报 告［］ ０ ９ ６ Ｒ． ０． ２ ［］新疆 １ １ ８ ６ 队新 疆 库． 拜煤 田库车 县 明矾 沟勘 探报 告［ ］ ０９ Ｒ． ０ ． ２
分析 。
３ 矿 山开 发概 况
拜城县煤矿开发 已有 多年 ，煤炭资源分布在库． 拜煤 田 中西部 ，东起 黑英山矿 区，西至铁列克矿区 ，煤层呈东西走 向，沿天 山南麓一侧 山前地带分布 ，沟谷发育，常年及季节 性水流广泛分布 ，对煤矿 开拓建设 、煤层开采条件，均有一 定影响 ，由于煤层赋存区地质构造较复杂 ，拜城县西部矿区 煤层产状多直立或倒转 ，中东部逐缓 ，常年河流和季节水体 多垂直或斜交于煤层走 向，矿 山多为斜井或立井开拓 ，基本 已改造为 ４ ￣６ ５ ０万 ｔ 井型 ，开采水平标高 为 １ ０ ￣２ ０ ｍ ６ ０ １０ 水平 ，矿坑涌水量 ２ ０ ７ ｍ３ ３ ￣６ ０ ／ 间，井 型扩 大后 ，随着 ｄ之
库． 拜煤 田地形为中． 山丘陵区地貌及河谷地貌 ，总趋 低
势为南、北高 中部低、东西高 中部低 的槽状地形，海拔高度
１４ ￣２ ５ｍ，以侵蚀 构造 作用 为主 。 ８０ ３０
发育 有喀拉苏河、舒善河、库尔阿肯沟 。喀拉 苏河 、舒
善河都发源于天山现代冰 川和 附近雪 山，均垂直 山脉走 向， 自北 向南流入拜城盆地 ，河水受冰雪融水和泉水补给，其水 文特 征受季节控制 ，在 融雪季节受气温控制 。喀拉苏河属常 年性河流 ， 总长度约 ｌＯ ｍ， Ｏ ｋ 河流近南北向， 时水深 ０３ 平 －～ ０７ ． ｍ，其 年平 均流量 ５７ｍ ，年平均总径流量 １ ．２ ／ ｓ ． ｍ３ ８亿 ， 以大气 降水和北部 山区雪融水 、泉水为主要补给源 ，受季 节 影响动态显著， 通常在 ４ 月流量最大， ～８ 最大可达 ３ ． ｍ３ ， ６０ ／ ６ ｓ 水位标高 １４ ｍ，为该 区域 的最低侵蚀基准面 。舒善河为季 ７５ 节性河流 ，河流 自北 向南充水期为每年 ３ ０月，其 年平均 ～１ 流量 ２Ｏ ｍ ／，年平均总径流量 ０ ８亿 ｌ３ 以大气降水 和 ．ｌ ｓ ． ３ ｎ， 北部 山区雪融水、 水为主要补给源 ， 泉 受季节影响动态显著。
中国西部科技
２１ ０ ２年 ０ ４月第 １ １卷第 ０ 总第 ２ ３期 ４期 ７
９
矿 山涌 水 量 预 测 方 法 对 比分 析
罗颖锋
（ 新疆煤 田地质 局 １ １队，新疆 鸟鲁木 齐 ８ ０ ０ ） ６ ３ ０ ９
摘
要： 矿坑 涌水量对矿井设计 、 生产 方案 至关重要 ，除考虑本身矿床 水文地质 条件的变化，同时兼顾旁河影响 因素，建立
水 平 的 涌水 量 来 预 测 下 一 水 平 的 涌 水量 ，若 和 相 似 ，
或 引用 半径 ｒ和 ｒ也相 似 ，则 公 式 为 ： Ｑ ＝ １２ １ ２ ２ｑＳ。 ５ ３ 实例 分析 ．
例 ：拜城县舒善河旁某矿 ，为生产井 ，原 ２ 万 ｔ １ 井型 ，
【】新疆 ｌ１ ５ ６ 队新 疆库－ 田拜城县库尔阿肯井 田勘探报告 ． １（ 拜煤 ２ ０部审） ０ ． ［ ６ ］新疆 １１队． 库一 ６ 新疆 拜煤 田拜城 县润 华煤矿 勘探 报告 ［１ ００部审 ） Ｒ ． １（ ２ ．
一
［ １ ］编委 会． 地质 手册 ［］ 国建 筑 工业 出版社 ， ０ ． 工程 Ｋ冲 ２ ７ ０
［】地矿 部冰 文 地质 手册 ［］ ２ Ｋ ． 出版 社，９０ 地质 １９ ． 【】杨成 田． 门水文 地质 学［ ． 质 出版社 ， ８． ３ 专 Ｍ】 地 １ １ ９ ［】陈崇 希． 地质 工程地 质口 地质 出版 社， ７ ． ４ 水文 ． １ ８ ９
文 地质 工作 者 的主 要 目的 。
参考 文献 ：
式中：ｑ为生产矿坑单位涌水量 （ ／） １ ｍ３ ；九 和 为生产矿 ｄ 坑和 设计矿坑至河流的距离 （ ； １ ｒ为 生产矿坑和设计 ｍ） ｒ和 ２ 矿坑 开采面积 的引用半径 （ 。 ｍ） 如果 同一井 田上一水平 已采尽，需向下延伸 ，可根据上
求 ，大部改造为 ６ ０万 ｔ 井型 ，由于各矿区所处的水文地质 条件的差异性，造成矿坑涌水量预测上的局部较大误差，煤 田地质局 １ １ 多年相继在 多个矿 区进行勘探 阶段 的工作 ， ６ 队， 同时对矿区涌水量、水文地质及以往工作进行了分析和探讨 。
下侏罗统塔里奇克组 （ｌ Ｊ ）为本 区主 要含煤地层 ，其沉 ｔ
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满足达西渗透 定律 的承压完整井流 ：ｑ Ｑ１ １】 ＝ ／ Ｓ， Ｆ
Ｑ ＝ ＦＳ＝ ＦＳ／Ｉ１ ２ｑ ２２ Ｑ１２２ Ｓ。 Ｆ
满足达西渗透定律 的潜水完整井流 ：Ｑ ＝ ２Ｑ１（ Ｈ２ ２ ２ 一 ） Ｓ
Ｓ ／ （ Ｈｔ ） Ｓｌ ２ ２ － Ｓ１ 。
紊 条 下 完 井 ： ＝１Ｉ ， ２Ｆ√ ２ 流 件 的 整 流 ＱＱＦ√ Ｑ＝ ２ ／ ｑ
用 地 下 水 动 力 法 或 比拟法 预 测 矿 坑 涌 水 量 。
从单位涌水量法的名称实际理解 ， 清楚 的表 明其适用条 件 ，因为不稳 定井流是无单位涌水量 可言 的。 当实验井进行定量抽水 ，若处于不稳定状态 ，随着抽水 时间的延续 ， 流量 Ｑ与降深 Ｓ呈现相对应的关系， 那么 ｑ Ｑ ｓ ＝ ／
积旋回结构 以湖泊型旋回组成，为一套 由湖泊 、湖滨相 、泥
炭沼泽相为主的沉积组合 ， 底部浅水湖相 以较 细腻 的粉砂质 泥岩，粉砂岩为主 的构成 ，向上逐渐 为湖滨相细砂岩、粉砂 岩 ，而后在湖相沉积物的基础上，发育泥岩 沼泽相从而构成
２ 预算 生产 井矿 坑涌 水 量存在 问题
由 于 不 同 水 文地 质 条 件 的矿 坑 涌 水 量 预 测 变 化较 大 ，有
。＿ 。。。。。 。。。。。 。一
＝
ＱＦ／】 ， 】 Ｆ √ １。 ２
式 中：ｑ为生产矿坑单位开采面积 、单位降深的涌水量 （ ／） ｍ３ ；Ｑｌ Ｑ 为生产矿坑和设计矿坑的涌水量 （ ／） ｄ 和 ２ ｍ ； ｄ
Ｆ 和 Ｆ 为生产矿坑和设计矿坑的开采面积 （ ） １ Ｓ ｌ ２ ｍ２；Ｓ 和 ２ 为生产矿坑和设计矿坑的水位 降深 （ 。 ｍ） 但是 ，近年来 ，勘探阶段报告及手册在利用这些公式预
涌 水 量 （ 图 １ ： ＝ １ １ Ｑ２ｑＳ （ ｇ Ｌ／ ） （ ｇ ￣／ ） 见 ） ｑ Ｑ ／ ， ＝ ｌ２ １ １ １ ／ １ ｖｒ ， ￥ ０２ ｒ ｏ２２２
６ 结 论
通 过 以上 的 论 述 ，认 为 比拟 法 预 测 涌 水 量 是 有 限 制 的 ，
只 能适用于稳定井流 。在同一矿 区改扩建煤矿 ，多沿用 原勘
地质条件未 查清 ；（ ）预测矿坑 涌水 量的数学模型建立 的不 ２ 正确 ，其重要 的水文地质条件未调 查清 楚，预测涌水量 结果 出入较 大， 即使条件 已查 明的矿 区， 计算模型建立的不正确， 其预测效果 同样不好 ，特别是生产井 ，利用 比拟法根据本 区 不 同的水文地质条件变化进行预测矿坑涌水量 ， 对矿井 的设 计及建设有重要 的意义 。 本文这就数学模型 问题做些讨论和
图１
测矿 坑涌水 量，是否 稳定井流或 不稳定井流 并无系统 的说
明，势必在预测中产生混乱，似乎对是 否稳定井流或不稳定
井流 不加 限制 。
根据矿井上下水平贯通 时， 邻近河流的巷道最 大涌水量 达 到 １３ｍａ ，按照 以往采用 富水系数法预算涌水量值 为 １０ ／ ｄ １Ｏ ｍ ／，而旁河单位 涌水量法预测值较实际反映了矿床水 ｌ ｌ ｄ 文地质条件 ，该计算方式 是可行 的。 同时， 生产矿井矿 坑涌水量往往依据勘探阶段的地质报 告 ，由于地形条件复杂， 沟谷发育、浅部地层风化裂隙强烈 ， 地层 的富水性常呈垂 向变化，随着深度 的递增 ，富水性 由强 至弱，抽水试验 中，渗透系数在垂 向上呈现变化 ，如果未考 虑岩性 因素 ，常 常也呈现 由大至小的规律 ，这 时，应选 择矿 井 的抽排水及突水资料，得 出现 生产矿井 的渗透系数，并利
５ 矿坑 涌 水量
拜城煤矿区矿床水文地质条件基本呈现 ３ 个较 为突 出的
特点 ，矿坑系统旁邻河流或季节性水道；老矿井 改扩建规模 扩大化；生产开采水平延伸 ；这就要求矿坑 的涌 水量预测充 分考虑 以上特征 。 ５ １ 比拟法分析 ． 水文地质 比拟法主要包括“ 富水系数法” 单位涌水量 和“
炭沉积形成煤层， 交替 反复， 构成 了盆地特有的多煤层沉积。
４ ２ 水 文 ．
的矿坑 排放 水实际涌水量超过勘探报告几十倍之多，使得 己 建成的开拓系统搁置起来 、有 的原本开采的矿井 ，却 由于计 算 的涌水量过大而选 择不匹配的设备， 成矿 山设计及 建设 造 的浪费。
造 成上 述 情 况 的 原 因 ，归 纳 起 来 有 两 个 方 面 ：（ ）水文 １
探地质报告 中钻孔抽水试验数据 ，进行矿坑涌水量预算，对 生产矿井所获水文参数未加充分考虑利用 ，同时，对旁河这
一
重要影响因素考虑不够 ，往往 出现较大误差 。利用“ 旁河
单位 涌水量法” 进行预测新井矿坑涌水量 ，实践证 明，其误 差越来越小 。为矿山的改建 设计提供切实可靠的依据，是水
正确的数学模型 ，减 小预测误差 ，使 涌水量预测结果趋 于实际 关键词 ：矿 坑涌水量；旁河；预测误差；数 学模型
Ｄ ： １ ．９ ９ ｊ ｓ ｎ １ ７ — ３ ６ ２ １ ． ４ ０ ４ ＯＩ ０ ３ ６ ／ ．ｉｓ ． ６ １ ６ ９ ． ０ ２ ０ ． ０
１ 前 言
根据矿 山所处不 同地层、构造 、水文地 质条件 ，正确预 测矿坑涌水量是矿区建设 的核心 问题 ，它是设计 、建井及制 定疏干措施的主要依据 。近年来 ，特别是新疆拜城县煤炭资