陳秀艷+劉啟蒙+李鵬飛

摘 要：礦井涌水量是礦井排水系統(tǒng)設計和防治水重要依據(jù)。以朝克烏拉煤礦為例，采用解析法和數(shù)值法對研究區(qū)K1b2含水層涌水量進行預測，并進行對比分析。對比結(jié)果表明，數(shù)值法更能體現(xiàn)開采過程中涌水量的動態(tài)變化過程，較解析法更能反映實際情況。

關(guān)鍵詞：涌水量預測；解析法；數(shù)值法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.091

0 引言

礦井涌水量預測是煤礦水文地質(zhì)工作的重要內(nèi)容，其貫穿了礦床勘探、礦井建設和生產(chǎn)全過程。目前礦井涌水量預測方法較多，由于各種計算方法適用范圍存在差異，因此計算時應充分考慮礦區(qū)的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。本文以朝克烏拉煤礦為例，在充分考慮礦井水文地質(zhì)條件的基礎上，分別采用解析法和數(shù)值法對朝克烏拉煤礦各工作面K1b2含水層涌水量進行預測，并對預測結(jié)果對比分析。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，礦區(qū)從下至上概化為4個含水巖組，即2煤上部（K1b2）含水巖組、白堊系下統(tǒng)上部砂礫巖（K1b3）含水組、第三系孔隙承壓含水巖組和第四系孔隙潛水含水巖組。礦井主要的充水含水層為K1b2含水層，也是本次涌水量預測研究的目的含水層。據(jù)含水層混合抽水試驗資料顯示，其單位涌水量為0.0161～0.0119 L/s·m，滲透系數(shù)為0.0597～0.0814 m/d，屬弱富水含水層。

2 解析法預測礦井涌水量

2.1 涌水量預測公式

根據(jù)開采設計和實際水文地質(zhì)特征分析可知，水壓會降到隔水層頂板以下，水力性質(zhì)會轉(zhuǎn)為承壓—潛水水流，故擬選擇承壓—潛水完整井水平坑道計算公式計算各工作面的涌水量。其公式如下

（1）

（2）

式中Q——工作面礦井涌水量（m3/d）；

B——水平坑道長度，此處指各工作面長度（m）；

S——水位降深（m）；

M——承壓含水層厚度（m）；

R——水平坑道的影響深度（m）；

H——承壓水從最低開拓水平算起的水頭高度（m）；

K——含水層滲透系數(shù)（m/d）。

2.2 參數(shù)選取

（1）滲透系數(shù)參數(shù)。根據(jù)研究區(qū)在K1b2含水層的鉆孔抽水試驗資料，結(jié)合研究區(qū)實際情況，且考慮到利用解析法預測礦井涌水量的局限性和適用條件，取K=0.05 m/d。

（2）水位降深。水位降深S采用各工作面靜止水位與K1b2含水層底板高程的差值，各開采工作面降深數(shù)據(jù)見表1。

2.3 涌水量預測結(jié)果

利用公式（1）、（2）計算K1b2含水層涌水量結(jié)果見表2。

從表2可知：K1b2含水層對首采區(qū)各工作面的涌水量為40.960～74.223 m3/h，平均60.993 m3/h。

3 數(shù)值法預測礦井涌水量

3.1 水文地質(zhì)概念模型

白堊系下統(tǒng)上部砂礫巖（K1b3）含水組和2煤頂板之間有較穩(wěn)定的隔水巖組，2煤頂板第一隔水巖組和2煤頂板第二隔水巖組。降水入滲補給是第四系孔隙潛水含水巖組的補給水源。建立數(shù)值模型時，結(jié)合不同含水巖組的空間分布情況，并綜合考慮巖性及裂隙發(fā)育程度，將研究區(qū)垂向概化為8層。

3.2 初始條件和模擬期

考慮到抽水試驗前地下水流場相對穩(wěn)定，視為統(tǒng)一的地下水徑流系統(tǒng)，7個含水層有統(tǒng)一的地下水初始流場，本研究采用已有抽水孔抽水前的靜止水位，結(jié)合地表高程數(shù)據(jù)通過插值方式獲得各層的初始水位。

3.3 模型識別

經(jīng)過試錯法調(diào)參，最終得到了較為理想的模型識別驗證結(jié)果，擬合結(jié)果見圖2。

由圖2可知，由于模擬區(qū)域范圍廣，邊界條件類型不確定并且區(qū)域水文地質(zhì)參數(shù)不均一，調(diào)參難度大，致使個別觀測孔的水位值擬合產(chǎn)生一定誤差，水位變化曲線較為一致，多數(shù)擬合點相對誤差較小，表明抽水孔水位擬合良好，對整體地下水流暢影響不大，所建立的數(shù)

值模擬模型基本正確。

3.4 涌水量預測

在工作面連續(xù)開采含水層持續(xù)疏干情況下，按照工作面接替順序計算每個工作面涌水量，無上覆K1b3含水層補給、邊界和斷層均隔水，此情況下涌水量對煤礦供水來說是最不利的情況。涌水量預測結(jié)果見表3。

由表3可知：采用數(shù)值模擬方法，在不考慮側(cè)向補給和斷層導水條件情況下，K1b2含水層礦井涌水量為44.771～155.623 m3/h，平均涌水量為86.452 m3/h。

3.5 礦井涌水量預測結(jié)果分析

從表3、表4可以看出，解析法預測涌水量結(jié)果較穩(wěn)定，波動性較小，這是因為解析法預計的結(jié)果是地下水經(jīng)過一定時間的非穩(wěn)定運動后會出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)時的水量，與實際情況存在差距；數(shù)值法預測礦井涌水量結(jié)果波動性較大，其反映了地下水在非穩(wěn)定運動過程中的水量，較解析法預測結(jié)果更符合實際情況?；谝陨显?，故建議采用數(shù)值法預測礦井涌水量的結(jié)果。

4 結(jié)論

（1）解析法在預測礦井涌水量時存在諸多局限性，實際條件難以滿足，難以進行簡化處理，預測結(jié)果難以滿足精度要求，無法預測工作面連續(xù)開采、地下水位持續(xù)下降及復雜邊界非穩(wěn)定情況下的涌水量。（2）數(shù)值模擬較解析法而言，其處理實際問題時的嚴格理想化要求，使其更符合實際條件，其結(jié)果可信度高。在本實例中，通過兩種方法的對比可知，數(shù)值法預測礦井涌水量結(jié)果波動性較大，其反映了地下水在非穩(wěn)定運動過程中的水量，較解析法預測結(jié)果更符合實際情況。

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作者簡介：陳秀艷（1990-），女，山東菏澤人，在讀碩士，研究方向：水文地質(zhì)。