袁 婷，鄧英爾，蔣歡歡

(成都理工大學 地質(zhì)災害與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059)

岷江犍為水電站庫區(qū)右岸塘壩煤礦涌水量研究

袁 婷，鄧英爾，蔣歡歡

(成都理工大學 地質(zhì)災害與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059)

在大型礦山開采工程中，涌水量往往會影響生產(chǎn)和工程的進度，而且會威脅礦山開采安全。塘壩煤礦位于岷江犍為水電站庫區(qū)右岸。分析了塘壩煤礦礦區(qū)的水文地質(zhì)條件，分別采用了地下水動力學解析公式與水均衡法，計算了塘壩煤礦目前開采區(qū)的涌水量，并對三種計算方法進行了比較，結(jié)合井田實際水文地質(zhì)條件及相關(guān)分析，得出了塘壩煤礦目前開采區(qū)比較符合實際的涌水量，即水平廊道法結(jié)果比較接近實際情況，為煤礦的安全開采提供了相關(guān)的依據(jù)。

岷江犍為水電站;塘壩煤礦;目前開采區(qū);涌水量;水文地質(zhì)條件;地下水動力學;水均衡法

岷江是長江上游水量最大的一條支流，岷江干流樂山至宜賓段分為六級梯級開發(fā)，以航運為主，利用落差開發(fā)水能資源，同時兼顧防洪、供水、灌溉、旅游環(huán)保等。擬建的犍為水電站是岷江下游規(guī)劃梯級中的第三級，是開發(fā)岷江下游的關(guān)鍵工程。

在江河兩岸，尤其是在河流水位以下進行煤礦開采，煤礦涌水計算與預測尤為重要。例如，位于岷江犍為水電站庫區(qū)右岸塘壩煤礦，位于四川省樂山市犍為縣塘壩鄉(xiāng)境內(nèi)，東部石板溪公路自南東往北西通過，至犍為縣約3.5公里，至樂山約63 km。

煤礦涌水量是確定礦床水文地質(zhì)條件的重要指標之一，關(guān)系到礦山的生產(chǎn)安全與成本，對礦床的經(jīng)濟技術(shù)評價有很大的影響，尤其是在大的煤礦開采工程中。在大型礦山開采工程中，涌水往往會影響生產(chǎn)和工程的進度，威脅礦山開采安全。例如，位于 Selby Coalfield的 Wistow煤礦1號礦井，一次突發(fā)的涌水量高達189L/s，在相當長一段時間內(nèi)嚴重影響了該地區(qū)的生產(chǎn)并且造成了巨大的經(jīng)濟損失［2］。另外，涌水量也是設(shè)計與開采部門選擇開采方案和開采方法，制定防治疏干措施，設(shè)計水倉、排水系統(tǒng)與設(shè)備的主要依據(jù)。正確預測礦井涌水量對于制定礦井防治水規(guī)劃及進行防治水工程設(shè)計起指導作用，在礦區(qū)水資源的合理開發(fā)與礦井水的綜合利用中也具有重要的意義［3］。

通常，有多種方法預測礦井涌水量?？蓪⑵浞譃榇_定性分析方法和不確定性分析方法［4］。確定性分析方法常見的有解析法、水均衡法、數(shù)值模擬法等，通過地下水動力學公式及其演變公式對涌水量進行量的預測分析;不確定性分析方法主要包括水文地質(zhì)比擬法、模糊數(shù)學模型、灰色系統(tǒng)和時間序列分析等。本文采用大島洋志公式、水平廊道法與水均衡法三種方法，對塘壩煤礦目前開采區(qū)涌水量進行計算和分析具有重要意義。

1 地質(zhì)條件概況

1.1 地形地貌

塘壩煤礦礦山位于四川盆地西南低山區(qū)。南西部無名山最高海拔561.8 m，東部小沖溝最低海拔為320 m，相對高差241.8 m，屬低山丘陵地貌，地勢中部高，南北低。礦山一帶為低山坡谷組合地貌。

1.2 地層巖性

礦山區(qū)地層主要從老至新，出露三疊系上統(tǒng)須家河組，侏羅系中統(tǒng)自流井、沙溪廟組及第四系。三疊系主要為須家河組，可分五段，其中一、三、五段主要為砂巖，夾粘土巖等，二、四段主要為粘土巖與砂巖，夾煤層等。侏羅系出露自流井組、沙溪廟組，自流井組下部為砂巖夾粘土巖，上部為粉砂巖、粘土巖夾泥質(zhì)灰?guī)r。沙溪廟組僅出露其底部，巖性為長石石英砂巖夾粘土巖。第四系主要為沖洪積和殘坡積松散堆積層。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

礦山區(qū)域上位于揚子準地臺，四川臺坳、川中臺拱之自貢臺凹之中西部。地層傾向南東130°～145°，傾角3°～9°。礦山范圍內(nèi)無大的斷層破壞，在礦區(qū)的北西部發(fā)育謝石盤逆斷層，為逆斷層，產(chǎn)狀 20°～40°/SE∠10°～12°。另外在 K10煤層井巷中部采空區(qū)內(nèi)見一條呈北北西－南南東走向的正斷層，長約 1.2 km，斷面傾向東，傾角 70°～80°，北部斷距約10 m，向南斷距有所增大，約15～18 m，斷層破碎帶寬 1～4 m。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地下水類型及含水層富水性

據(jù)地下水賦存條件等，將礦區(qū)地下水分為松散巖類孔隙水、裂隙水、巖溶水。

2.1.1 松散巖類孔隙含水層

第四系沖洪積和殘坡積松散堆積層特征如下:

沖洪積分布于礦山之北及北東岷江河兩岸及各次級沖溝與沖溝匯集部，地貌上構(gòu)成洪積扇及Ⅰ級階地、河漫灘，厚0～15 m，為灰色，沙卵石層及褐黃色灰黑色粉質(zhì)粘土，碎石亞粘土，塊石砂土層。

殘坡積分布于陡崖下方及平緩山坡地帶，厚0～5 m，巖性為土黃色、灰色、灰黑色含碎石粘土或砂巖轉(zhuǎn)石，該層受大氣降水補給，弱含水或透水。該堆積層厚度小，含水弱。

2.1.2 裂隙含水層

須家河組第三段、第五段及自流井組砂巖，裂隙較發(fā)育，為裂隙含水層，含水性較強。

2.1.3 巖溶含水層

自流井組泥灰?guī)r巖溶裂隙較發(fā)育，屬巖溶含水層。它離煤層較遠，對充水影響較小。

隔水層:粘土巖巖層為良好的隔水層。

2.2 地下水補徑排條件

地表水主要有位于礦山北西部的塘壩溪，流量約為160 L/s，水質(zhì)清澈，透明。以大氣降水及泉水補給，向北東排泄至岷江。位于礦山南部的深溪溝，流量約為180 L/s，以大氣降水及泉水補給，向東流出礦山。此外僅有小型人工堰塘及季節(jié)性沖溝。研究區(qū)內(nèi)地下水的補給來源主要為大氣降雨，而礦山礦床區(qū)巖性以砂巖為主，孔隙裂隙發(fā)育，因此主要以孔隙裂隙為徑流通道，礦床充水主要含水層為三疊系上統(tǒng)須家河組第三段、第五段及自流井組巖屑砂巖長石石英中的裂隙孔隙水，為地下水補給區(qū)，地下水沿徑流通道向東徑流，排泄至岷江，部分地下水在近溝谷低洼地帶呈泉排泄。

3 涌水量預測

3.1 解析公式計算法

對于各種涌水量，可以根據(jù)滲流力學基本原理，采用解析方法或數(shù)值方法進行計算［4，5］。其中解析計算方法是常用的計算煤礦涌水量的方法之一［6，7］。它可用于預測各類井巷、巷道系統(tǒng)和疏干設(shè)施的涌水量，也可以預測疏干水位、疏干范圍和疏干時間。

解析法有大井法和廊道法等。隨著煤層開采，頂板垮落，影響到頂板含水層，使得頂板含水層中水流向了采空區(qū)，在采空區(qū)會形成降落漏斗，這與鉆孔抽水時在鉆孔周圍形成降落漏斗的情形類似，隨著時間延續(xù)，降落漏斗的范圍不斷的擴大并且縱深發(fā)展，即在降落漏斗的相當范圍內(nèi)，當?shù)V井排水時，頂板含水層的水位會降至底板，因而可以將開采的工作面分布的范圍假設(shè)成為一個理想的大井，即大井法［8］;廊道法的原理跟大井法相似。參數(shù)統(tǒng)計見表1。

6 0.036 6 50.00 500.00 5.87 ×10

3.1.1 水平廊道計算法

采用水平廊道法，計算公式為

式中:Qmax為預測礦區(qū)最大涌水量(m3/d);M為轉(zhuǎn)換系數(shù)，一般取0.86;K為巖體的滲透系數(shù)(m/d);H為原始靜水位至礦井底板的垂直距離(m);L為礦井通過含水層的長度(m);R為礦井洞身橫斷面的等價圓半徑(m);D為礦井洞身橫斷面的等價圓直徑(m)。計算最大涌水量為3 440.9 m3/d。

3.2 水均衡法

水均衡法是通過建立地下水均衡方程即V補 －V排=V儲，從而計算礦井涌水量?？捎媒涤耆霛B系數(shù)法和地下水徑流模數(shù)法兩種方法。本文采用降雨入滲系數(shù)法計算，根據(jù)《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(TB10049—2004)［9］，計算正常涌水量Q，將其轉(zhuǎn)換為

式中:Q為礦井涌水量(m3/d);B為礦井長度(m);K為滲透系數(shù)(m/d);H為水柱高度(m)，取出口處地下水位;R為影響半徑(m)。計算礦井涌水量100.28 m3/d，但由于隨著開采深度增加，地應力升高，含水層水壓增加，在相同隔水層條件下，深部煤層開采涌水量大于淺部，而 K6、K7煤層較K11煤層埋深大，近似三倍為300.8 m3/d。

3.1.2 大島洋志公式計算法

采用大島洋志公式

式中:Q為礦井涌水量(m3/d);F為匯水面積(m2);A為降雨量(mm)，多年平均降雨量1 100 mm，最大年降雨量 1 350 mm;T為時間(d)，取365天;α為入滲系數(shù)，經(jīng)驗值年均0.25。計算正常涌水量4 422.6 m3/d， 最大涌水量 5 427.7 m3/d。

4 結(jié)論

(1)煤礦涌水量預測的方法有多種，大多基于半理論半經(jīng)驗，其限定條件并不能完全符合實際，因此進行煤礦涌水量計算與預測時選用多種計算方法并結(jié)合水文地質(zhì)觀測進行對比分析，得出的結(jié)果符合實際。

(2)根據(jù)水文地質(zhì)觀測，礦區(qū)內(nèi)K11煤層礦井數(shù)年涌水量為80～240 m3/d。因隨開采深度增加，地應力升高，含水層水壓增加，在相同隔水層條件下深部煤層開采涌水量大于淺部，而K6、K7煤層較K11埋深大，因此由廊道法結(jié)果考慮系數(shù)是合理的。

(3)經(jīng)過三種方法計算與預測，水平廊道法結(jié)果較后兩種差異大，結(jié)合井田水文地質(zhì)條件及以上分析，水平廊道法計算結(jié)果比較接近實際。

(4)此外，應當指出:上述計算主要考慮目前開采區(qū)范圍，若考慮煤礦全部范圍進行計算，結(jié)果顯然會大大增加。

［1］http://www.baidu.com/

［2］R. N. Singh，A. S. Arkins. Application of idealised analytical techniques for prediction of mine water inflow.Mining Science and Technology. 1985，2.131 －138.

［3］鄭世書，陳江中，劉漢湖等.專門水文地質(zhì)學［M］.北京:中國礦業(yè)大學出版社，1999.

［4］杜敏銘，鄧英爾，許模.礦井涌水量預測方法綜述［J］.地質(zhì)學報，2009，29(1):70 －73.

［5］鄧英爾，劉慈群，黃潤秋等.高等滲流理論與方法［M］.北京:科學出版社，2004.

［6］煤科院北京開采所.煤礦地表移動與覆巖破壞規(guī)律及其應用［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1984.

［7］張利標.大井法防止煤層頂板水［J］.采礦技術(shù)，2003，9(3):37 －38.V.

［8］左偉，王金安，賈亞會，吳占奎.富含水層下煤礦開采涌水量預測方法對比研究［J］.煤炭工程，2009，11:78－81.

［9］鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范.TB10049－2004［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.

Study on Water Inflow of Tangba Mine in Right Bank of Reservoir Area of Minjiang Qianwei Hydropower Station

YUAN Ting，DENG Ying－er，JIANG Huan －h(huán)uan
(State Key Laboratory of Geological Hazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，Sichuan)

For large mining engineering，the water inflow often affects the production and the progress of the project and threats to mining safety. Tangba mine is in right bank of reservoir area of minjiang Qianwei hydropower station. The article analyzes hydrogeological conditions this area.It respectively takes a method of water balance and theoretical formulas of groundwater dynamics to calculate the water inflow quantity of the present mining area of Tangba mine. Compare to three methods，considering the practical hydro－geological condition and the relative analysis，it obtains the water inflow closer to the actual situation in the Tangba mine，the result provides the relevant basis for the safety of coal mining.

Minjiang Qianwei hydropower station;Tangba mine;present mining area;water inflow;hydrogeological condition;groundwater dynamics and water balance method

P641.4+61

A

1004－1184(2012)01－0012－02

2011－10－10

教育部博士點基金項目(20095122110006)，四川省教育廳重點科技項目(07ZA009)

袁婷(1987—)，女，陜西渭南人，碩士研究生，主攻方向:環(huán)境地質(zhì)工程、水文地質(zhì)。