基于地下水动力学公式及水文地质比拟法估算采区涌水量工 程实践研究

发表时间:2020/4/28   来源:《科学与技术》2019年20期   作者:张珍
[导读] 本文以华北某煤矿主采煤层一采区为工程研究背景,采用基于地下水动力学公式和水文地质比拟法对采区涌水量进行估算
        摘要:本文以华北某煤矿主采煤层一采区为工程研究背景,采用基于地下水动力学公式和水文地质比拟法对采区涌水量进行估算,通过对比分析后得出两种方法估算的采区涌水量结果相差不大,采区涌水量估算公式和参数选择合理,基本符合本矿水文地质条件反映的规律。
        关键字:动力学 比拟 估算 地质 涌水量
0引言
        采区涌水量估算范围与采区资源储量相同,资源储量水平为-650~-1000m、-650~-1200m。据本采区水文地质条件和矿井充水因素分析,主采煤层砂岩裂隙水为其主要充水水源,太灰水因远离主采煤层,正常情况下对开采影响不大。因此本文只对32主采煤层顶底板砂岩裂隙水这部分水量进行估算。
1估算方法
        估算方法采用地下水动力学公式法及水文地质比拟法,以便于相互验证涌水量估算结果,选择较合适涌水量,作为采区排水设计的依据。
1.1地下水动力学估算公式
      
        (5) “大井”引用影响半径估算公式:
        R0=R+r0                          
1.2水文地质比拟法公式
        (6)Q=Q0
        公式中各字母的含义及单位:
        Q—估算采区涌水量(m3/h);H—承压含水层水柱高度,在数值上H=S     (m);S—水位降低值(m);K—渗透参数(m/d);M—含水层厚度(m);B—进水廊道长度(m);h0—含水层底板以上动水位高度,煤系砂岩水降至各煤层底板时,h0=0  (m);F—主采煤层面积汇水面积(m2);F0—实测采空区面积(井巷围圈面积)           (m2);Q0—生产采区实测涌水量(m3/h);S0—已回采区水位降低值。
2采区涌水量估算
2.1利用地下水动力学公式法估算
        由采区水文地质条件分析,井巷开拓时32煤上、下砂岩裂隙水将直接进入矿坑,是采区的直接充水水源。当承压水头H值降至含水层底板时,h0=0,地下水处于承压转无压水流状态,故估算涌水量时采用承压~无压完整井公式。
        含水层厚度数据的确定,考虑了主采煤层开采时顶板裂隙带高度和底板破坏深度两个因素。按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中缓倾角、煤层覆岩内中硬岩,导水裂隙带高度计算公式:
        
        估算本采区主采煤层32煤开采时导水裂隙带高度为29.70~54.68m。根据淮北各矿实际开采资料,煤层底板开采破坏深度在12m左右。故采集含水层厚度数据时一般考虑到煤层顶板30m左右,将粗、中、细粒砂岩厚度累加;若该水平上仍为砂岩或隔水层较薄(小于5m)时,应上推到大于5m的隔水层为止。采集底板含水层厚度时,一般考虑到底板20m左右,将粗、中、细粒砂岩厚度累加,特殊情况处理方法与顶板相同。
        根据生产实际资料,矿井涌水量多数稳定在一水平开拓面积1/3~1/2左右,其后采区接替或开拓范围的增大,而相应的涌水量无明显的增加;因此本次报告,采区涌水量的汇水面积采用32煤储量计算面积的1/3。
        本采区-650~-1000m水平32煤层储量估算面积为5174173m2,故F值采用32煤层储量估算面积的1/3,即F=5174173m2÷3=1724724m2。
        本采区-650~-1200m水平32煤层储量估算面积为7595497m2,即F=7595497m2÷3=2531832m2。
        水头高度H值采用抽水试验静水位标高-5.921m与本采区32煤层开采平均标高-825、-925m的差值,
        即
       
        含水层厚度M=15.07m。
        渗透系数采用32煤层顶底砂岩裂隙含水层(段)抽水试验取得渗透系数的加权平均值:KCP= 0.03489m/d
        利用上述参数,采用公式(2)、(4)、(5)、(6)进行估算,估算结果见表1
表1 32煤层顶、底板砂岩裂隙含水层(段)涌水量估算结果表
   117
2.2比拟法估算
        (1)比拟条件
        在本采区(-650~-1000m)、 (-650~-1200m)与一水平(-650m)已开采水平开采时,地质构造、水文地质条件和开采技术条件等属于同一个类型,矿床充水方式、边界条件基本相似.故可以用一水平(-650m)已获得的水文地质资料进行比拟。
        (2)比拟参数选择
        最近几年(2015年1月~2018年8月)矿井实测涌水量为89.2~169m3/h,平均129.73m3/h。
        矿井目前采空区面积约6.968343km2,从矿井涌水量变化影响因素来分析,近年来采空区面积增加对矿井涌水影响较小,故本次采空区面积取总面积1/2,即F0=6.968343/2=3.48km2。
        前已叙述,本采区F值采用32煤层储量估算面积的1/3,即F=2.53km2。
        一水平32煤层开采水平为-650m,32煤层顶底砂岩裂隙含水层(段)抽水试验取得静止水位标高平均3.80m,故S0=653.80m;
        前已叙述,本采区水位降深S=819.08、919.08m。
        利用上述参数及公式分别估算本采区(-650~-1000m)、(-650~-1200m)矿井正常涌水量和最大涌水量,估算结果见表2。

表2 二水平(-650~-1000m)、(-650~-1200m)比拟法估算矿井涌水量结果表                                                

3采区涌水量估算结果评述
        采用地下水动力学法估算本采区(-650~-1000m)正常涌水量为100m3/h,(-650~-1200m)正常涌水量为117m3/h;采用水文地质比拟法估算本采区(-650~-1000m)正常涌水量为94m3/h,最大涌水量为123m3/h,(-650~-1200m)正常涌水量为117m3/h,最大涌水量为152m3/h。
        两种方法估算的采区涌水量结果相差不大。采区涌水量估算公式和参数选择合理,基本符合本矿水文地质条件反映的规律。特别是水文地质比拟法充分考虑了采区生产中反映的开采方法、开采强度、开采面积等诸多因素及涌水量变化的规律等。
作者简介:张珍(1989-),女,本科,2010年毕业于安徽理工大学地质工程专业,现任职于安徽省煤田地质局第三勘探队,主要从事煤田地质勘探等方面的工作。
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