王龍江，李長(zhǎng)虹

(新疆塔城水文水資源勘測(cè)局，新疆 塔城834700)

徐礦集團(tuán)新疆賽爾能源有限公司三號(hào)井改擴(kuò)建工程位于和布克賽爾蒙古自治縣和什托洛蓋鎮(zhèn)西北約8 km處，井田東部12 km處為和布克河，井田地理坐標(biāo)為:東經(jīng)85°54'08″～ 85°52'10″，北緯 46°31'36″～ 46°32'31″。

1 井田區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流與排泄

通過(guò)區(qū)域水文地質(zhì)條件的分析論證可以看出，論證區(qū)地處和布克河出山口以下的低山丘陵區(qū)，為一小型河谷平原。除和布克河沿河斷裂伸入本區(qū)外，區(qū)內(nèi)沒(méi)有大型斷裂構(gòu)造分布，但褶皺構(gòu)造發(fā)育。因此，氣候、地表徑流、地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性是決定論證區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流與排泄的主要因素。

1.1 第四系孔隙潛水的補(bǔ)、徑、排條件

論證區(qū)地處準(zhǔn)格爾盆地的北緣，屬低山丘陵區(qū)，降水量少、蒸發(fā)量大，因此，大氣降水對(duì)第四系孔隙潛水的補(bǔ)給意義很小，而流入?yún)^(qū)內(nèi)的和布克河、布倫河則成為地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。雖然目前這2條河流都有水庫(kù)進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)，但出庫(kù)后的地表徑流需在自然河床徑流近10 km才能進(jìn)入灌溉區(qū)，地表徑流在此段河床大量下滲補(bǔ)給地下水，對(duì)本區(qū)地下水的補(bǔ)給起著控制性的作用。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件分析，本區(qū)還存在山區(qū)基巖裂隙水和和布克河沿河斷裂的構(gòu)造導(dǎo)水補(bǔ)給，但限于資料條件，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行定量分析。

本區(qū)第四系孔隙潛水的的徑流受構(gòu)造、地層巖性及地形的影響，其徑流的主要方向?yàn)檠睾酉蛳掠芜\(yùn)移，其次為向基底的滲透。由于含水層巖性主要為砂礫石，因此地下水的徑流通道也比較通暢。據(jù)抽水試驗(yàn)成果，滲透系數(shù)K最大可達(dá)282.7 m/d，一般 10 ～90 m/d，最小為 0.226 m/d。

第四系孔隙潛水的排泄途徑，除了向下游的徑流外，還有人類的開(kāi)發(fā)利用及向深部地層的滲漏;在本區(qū)，受含水層巖性及地下水埋深的影響，地下水的蒸發(fā)消耗量較小。

1.2 基巖地層地下水的補(bǔ)給和徑流

在論證區(qū)，第四紀(jì)地層下伏有泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、侏羅紀(jì)和第三紀(jì)的地層，除河谷區(qū)的山丘區(qū)，基巖裸露，風(fēng)化作用明顯。受褶皺構(gòu)造的影響，各地層間基本為不整合接觸，基巖巖層傾角20°～80°，裂隙發(fā)育。

據(jù)論證區(qū)探礦地質(zhì)工作所鑿的7眼勘探孔資料，下伏的砂礫巖、粗砂巖、粉砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖和煤層均為透水地層，尤其是砂礫巖、粗砂巖、粉砂巖鉆進(jìn)段，鉆孔漏水率為100%?；鶐r地層地下水的補(bǔ)給來(lái)源，一是第四系松散含水層中潛水的垂直入滲，二是在基巖露頭地區(qū)，大氣降水通過(guò)裂隙進(jìn)入地下;而對(duì)于深部的基巖地層，其裂隙水則主要來(lái)自于上部弱透水層的越流補(bǔ)給。

總體來(lái)說(shuō)，對(duì)于論證區(qū)基巖，受補(bǔ)給和儲(chǔ)水構(gòu)造的控制，其含水層滲透性較弱、地下水徑流速度遲緩，富水性較差。探礦勘探孔的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也說(shuō)明本區(qū)基巖含水層的特性，據(jù)礦區(qū)7－2號(hào)勘探孔的混合抽水試驗(yàn)成果，孔內(nèi)地下水埋深33.25 m，涌水量 0.135 m3/d，降深 18.51 m，單位涌水量0.000 8 L/s·m，滲透系數(shù) 0.002 6 m/d。

2 礦床充水因素分析

2.1 地下水與地表水及各含水層間的水力聯(lián)系

和布克河常年有水，多年平均年徑流量4 088×104m3，平均流量為1.16 m3/s。受中游加音塔拉水庫(kù)的調(diào)節(jié)影響，尤其進(jìn)入枯水季節(jié)，水庫(kù)下游來(lái)水減少。地下水的補(bǔ)給來(lái)自水庫(kù)的下泄水量入滲補(bǔ)給，其次受兩岸沖溝暴雨洪水的入滲補(bǔ)給及泄水期下泄洪水的補(bǔ)給，另外受少量基巖裂隙水的入滲補(bǔ)給。洪水季節(jié)河水補(bǔ)給地下水，非汛期地下水又以 泉水的形式補(bǔ)給河水。

2.2 礦床充水因素分析

大氣降水及地表水流:論證區(qū)地層地表出露總體較好，第四紀(jì)沖積砂卵石層較厚，主要由砂礫碎石、礫石層、含砂質(zhì)壤土和碎石土、礫砂土組成，透水性好，由河水充足補(bǔ)給后，含有豐富的孔隙潛水。當(dāng)井下煤層開(kāi)采后，形成了一口大口井一樣，地下水匯集于坑道中。暴雨易通過(guò)下滲或匯流通過(guò)井口直接進(jìn)入礦井，形成礦坑涌水。

裂隙水:當(dāng)井下煤層開(kāi)采基巖以下層時(shí)，打破了巖層原有的穩(wěn)定性，使上覆巖層失去支撐，而發(fā)生彎曲和位移并產(chǎn)生裂隙。大氣降水和冰雪消融水易通過(guò)地表裂隙向下滲透進(jìn)入礦井，形成礦坑涌水。

老窯積水:目前論證區(qū)中部煤層經(jīng)多年的開(kāi)采，已形成部分封閉采空區(qū)和廢棄巷道，由于廢棄時(shí)間較長(zhǎng)，存在一定量的積水。因此，當(dāng)煤礦在老窯、封閉采空區(qū)和廢棄巷道附近開(kāi)拓時(shí)易造成老窯積水突入礦井，故建議煤礦加強(qiáng)對(duì)老窯積水的管理和防治，做好采前探水工作。

2.3 礦床充水途徑

本區(qū)內(nèi)基巖裂隙水主要補(bǔ)給源為大氣降水，冰雪消融水的補(bǔ)給，沿地表風(fēng)化帶下滲補(bǔ)給下伏碎屑巖裂隙孔隙承壓弱富水含水層。

煤層頂(底)板細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、砂礫巖、礫巖含水層，接受大氣降水補(bǔ)給，徑流補(bǔ)給為直接充水含水層。

暴雨形成的暫時(shí)性地表水流可通過(guò)礦井口直接灌入礦井，它們雖是礦坑充水的次要因素，但仍應(yīng)加強(qiáng)防范措施。

井田內(nèi)第四系為透水不含水層，含水層主要分布在下侏羅統(tǒng)三工河組下段及侏羅系八道灣組上段，其補(bǔ)給源為大氣降水及雨季帶狀淺溝的短暫流水直接垂直滲入補(bǔ)給或經(jīng)第四系地層間接滲入補(bǔ)給。由于礦區(qū)氣候干燥，降水稀少，蒸發(fā)量大，且降雨多集中在高溫季節(jié)，故大部分降水被蒸發(fā)，僅有少部分降水下滲，地下水補(bǔ)給條件差，且地下水位較深。

井田內(nèi)侏羅系含水層組為煤層含水組，從專門水文鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，單位涌水量?jī)H為0.000 8 L/s·m。直接充水含水層對(duì)煤礦床的開(kāi)采影響較小。有限的水儲(chǔ)存量對(duì)礦床充水不構(gòu)成大的威脅。

3 礦區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)

本次工作收集了礦區(qū)周邊6處松散巖類鉆孔和2處煤礦勘探孔的抽水試驗(yàn)記錄資料，根據(jù)資料，計(jì)算了礦區(qū)第四系潛水含水層和基巖含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。

松散巖類鉆孔基本分布在和什托洛蓋鎮(zhèn)的和布克河床一帶，松散巖類鉆孔為單落程抽水試驗(yàn)，潛水含水層水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算，采用近河潛水含水層完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)計(jì)算公式，見(jiàn)下式，計(jì)算成果見(jiàn)表1。

基巖勘探孔采用3落程抽水試驗(yàn)，含水層水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算，采用承壓含水層完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)計(jì)算公式，見(jiàn)下式，計(jì)算成果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，第四系潛水含水層由于含水層巖性、厚度及所處的位置不同，其給水能力也不同，但從鉆孔的上、下游相對(duì)位置分析，論證區(qū)上游潛水含水層給水能力較好(如賽1、賽2)，但含水層厚度較薄;中、下段潛水含水層厚度較大，但給水能力弱于上游。

勘探孔的抽水試驗(yàn)成果反映，本區(qū)基巖含水層的富水性較弱，給水能力較差。

表1 論證區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)一覽表

4 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，可知井田所在的水文地質(zhì)單元內(nèi)的含水層分布不規(guī)則。因此，在預(yù)測(cè)坑道系統(tǒng)涌水量時(shí)，理論上可將不規(guī)則鉆井系統(tǒng)所占的面積，理想為一個(gè)圓形的大井，然后應(yīng)用地下水向井孔運(yùn)動(dòng)的公式，預(yù)測(cè)坑道系統(tǒng)的涌水量，因此又稱此法為大井法，在我國(guó)屬礦坑涌水計(jì)算時(shí)應(yīng)用較多的方法之一。本次工作選用《水文地質(zhì)手冊(cè)》中的適用于礦坑疏干涌水量的計(jì)算方法—“大井法”公式，來(lái)預(yù)測(cè)礦井疏干情況下的涌水量。

依據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)和布克塞爾蒙古自治縣塞爾公司新疆三號(hào)井煤炭勘探地質(zhì)報(bào)告》中的地質(zhì)勘察成果，本井田地處托里～和什托洛蓋拗陷中段和豐礦褶皺組中次級(jí)鐵斯?fàn)柨ú楦杀承钡哪弦?，井田總體為一單斜構(gòu)造，地層走向?yàn)榻鼥|西向，傾向南，傾角10°～16°，但在地層走向上略有起伏，井田內(nèi)未見(jiàn)較大斷層及火成巖。

由于7－2鉆孔距3號(hào)井井口只有幾百米的距離，因此本次礦坑涌水量分析計(jì)算，方法一是采用7－2鉆孔抽水試驗(yàn)成果，選用“大井法”的承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓公式預(yù)算涌水量。二是采用該井田東南約8 km處的賽爾五礦地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、開(kāi)采技術(shù)條件與該井田基本相同的“比擬法”預(yù)算礦井涌水量。

4.1 “大井法”

選用公式:

式中:K為滲透系數(shù)(0.002 6 m/d);M為含水層厚度(44.3 m);R0為引用影響半徑(R+r0)，其中R為影響半徑;r0為引用半徑);H為水頭高度(水位標(biāo)高917.08 m減去井田內(nèi)最低開(kāi)采水平550 m，為367.08 m);S為降深(S=H);F為井田面積3.2 km2。

代入公式，求得礦井正常涌水量為466 m3/d。

4.2 “比擬法”

選用公式:

式中:Q0為賽爾公司五礦涌水量60 m3/d;F為預(yù)算未來(lái)開(kāi)采面積3 200 000 m2;F0為賽爾公司五礦開(kāi)采面積1 060 000 m2;S為預(yù)算未來(lái)開(kāi)采水位降深367.08 m;S0為賽爾公司五礦開(kāi)采水位降深83.69 m。

代入公式，求得未來(lái)礦井正常涌水量為378 m3/d。

以上二種涌水量預(yù)算層為砂巖裂隙含水層。但考慮雨季天氣降水形成的洪水與地表溝通的開(kāi)采裂隙匯入井下及采空區(qū)積水溝通等其它因素，礦井涌水量將增大。

4.3 涌水量計(jì)算結(jié)果評(píng)述

本次礦井涌水量的計(jì)算一是采用煤礦勘探孔7－2孔抽水試驗(yàn)成果“大井法”，二是采用礦井“比擬法”進(jìn)行的，但就其預(yù)算依據(jù)、過(guò)程及結(jié)果而均較客觀，其預(yù)算結(jié)果“大井法”正常涌水量為466 m3/d，礦井“比擬法”正常涌水量為378 m3/d，二種方法結(jié)果比較:“大井法”由于選用的鉆孔資料7－2鉆孔距離三號(hào)礦井口很近，所以各個(gè)參數(shù)的選取比較準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果可靠;“比擬法”用周圍已開(kāi)采的井做比較，比較直觀。

在這里推薦由“大井法”推算出的結(jié)果466 m3/d作為三礦日涌水量的數(shù)值。