大井法在矿坑涌水量预测中的应用（2007-5）

作者：辽宁省有色地质局101队 周凤魁 范晓东 车睿 编辑：苑西军 [ 2007-11-30 ]

在矿区水文地质勘查阶段，未来矿坑涌水量预测是矿区水文地质工作的主要任务之一，也是开采设计部门制订疏干措施、确定排水设备及生产能力的主要依据。大井法是常用方法之一，本文结合具体工程实例阐述大井法在实际中的应用，得到了较为理想的结果，对矿坑涌水量计算及实用具有一定的指导意义。

模型的建立

在矿坑疏干过程中，当矿坑的涌水量，包括其周围的水位降低呈现相对稳定的状态时，即可认为以矿坑为中心形成的地下水辐射流场，基本满足稳定井流的条件。矿坑的形状极不规则，尤其是坑道系统，分布范围大，构成复杂的边界，要求将它理想化，在理论上可将形状复杂的坑道系统看成是一个大井在工作，而把不规则的坑道系统圈定的面积，相当于大井的面积，整个坑道系统的涌水量，就相当于大井的涌水量，从而可以近似应用裘布依的稳定流基本方程。这种方法，在矿坑涌水量预测中称为“大井法”。

工程实例 王家大沟金矿位于辽宁省东部，行政区划隶属于辽宁省抚顺市清原满族自治县苍石乡王家大沟村。矿区位于浑河南岸的低山丘陵地带，矿体赋存于与浑河近平行的破碎带中，围岩为黑云花岗混合岩及片麻岩类等。

矿区水文地质条件

含水层（带）

第四系砂砾石孔隙潜水含水层。分布于区内的王家大沟河及陆家沟河两岸一带，宽50～200米，为第四系冲洪积、坡积砂砾石层，厚2～5米，水位埋深0.45～2.74米，涌水量为0.279升／秒，单位涌水量0.289升／秒·米，渗透系数13.843米/日，主要接受大气降水补给，以渗流形式排泄于王家大沟及陆家沟河，水位变幅1～1.5米，水质类型HCO3—SO42－—K＋—Na＋—Ca2+型水，矿化度230毫克／升，PH值6.4。

风化裂隙含水带。分布于基岩上部，受地形条件控制，厚度不均，分布不连续，由大气降水补给，以泉及地下迳流形式排泄，含水带主要分布于沟溪处，据泉和其它出水点的揭露，涌水量为0.071～0.102升/秒，水质类型为HCO3-—SO42－—K＋—Na＋型水，PH值6.4。

含矿破碎带含水带。分布在含矿破碎带中，由近似平行的39号脉和39－1号脉两个含矿破碎带组成，为矿区内主要含水体，也是矿床开采主要充水来源。破碎带间距4.54～21.43米，平均总厚度2.705米，走向290°～310°，倾向南西，倾角65°～75°，在钻孔水文地质观测中，遇此层时有少量钻孔发生轻微漏水，坑道揭露此层时大部分为滴水、潮湿，局部见有小水流，经ZK40－6号钻孔抽水试验，得出涌水量为0.018升／秒，单位涌水量0.00045升／秒·米，渗透系数0.01147米／日，属弱含水带，水位变幅1.1～3.3米，水质类型SO42－—HCO3—K＋—Na＋型水。该层接受大气降水和上覆风化裂隙水补给。

隔水层

矿围岩为混合岩及片麻岩类等，钻孔及坑道所见岩石完整，裂隙不发育，未见漏水涌水现象，为较好的隔水岩体。

矿坑涌水量预测

根据矿区的水文地质条件，含矿破碎带含水带分布在含矿破碎带中，由近似平行的39号脉和39－1号脉两个含矿破碎带组成，由于这两条矿脉是未来开采的主要矿体，因此是矿坑充水的主要因素，预测涌水量的计算也应根据这两条破碎带的相关数据进行。勘查过程中在矿体的中部进行了单孔抽水试验，大井法使用的基本参数来自于这两个方面。

计算公式的确定

本区为地下开采，根据地质勘查资料矿体分布，向下预算三个中段的涌水量，预算标高分别为40米、0米和-100米，计算公式采用承压转无压完整井裘布依公式： 式中 Q－矿坑涌水量（米3／日）;K－渗透系数（米／日）;M－含水层厚度（米）;H－水头高度（米）;R0－引用影响半径（米）;ro－引用半径（米）。

计算参数的确定

渗透系数（K）。根据ZK40－6号钻孔的抽水试验数据进行计算，采用承压水完整井裘布依公式：

式中 K－渗透系数（米／日）；Q－钻孔涌水量（米3／日），Q＝1.5552； M－含水层厚度（米），M＝3.788；S－水位降深（米）,S＝39.66；r－钻孔半径（米）,r＝0.04；R－影响半径（米）。

将各参数代入公式中，得出

K＝0.01147（米／日）

R＝42.467（米）

含水层厚度（M）。各钻孔、探矿坑道、地表探槽揭露的含矿破碎带含水带厚度进行平均，得出含水层厚度为2.705米。

水头高度（H）。静止水位的确定是根据部分勘查钻孔的水位标高进行平均，平均值为165.569米，水头高度（H）为静止水位标高与各预算中段的差。各预算中段的水头高度（H）为： 40米中段：125.569米；0米中段：165.569米；-100米中段：265.569米。

引用半径（ro）。因开采矿体在地面的垂直投影为矩形，a／b＞10（a、b分别为矩形的长、短边的边长），采用公式ro＝0.2a，各中段引用半径如下： 40米中段：87.588米；0米中段：83.563米；-100米中段：44.325米。 引用影响半径（RO）。根据预算各中段的水位降低分别计算影响半径，与相应的矿坑引用半径相加即为各中段的引用影响半径，分别为： 40米中段：222.070米；0米中段：260.884米；-100米中段：328.744米。

矿坑涌水量计算

将各相应参数代入承压转无压完整井裘布依公式中，得出各预算中段的涌水量见表1：

以上是大井法计算的结果，下面是用水文地质比拟法得出的涌水量数据（即利用现有80米和120米两个中段探矿坑道的单位长度富水系数kL计算得出，详细计算方法略）： 40米中段：38.460（米3／日）；0米中段： 30.324（米3／日）；-100米中段： 20.314（米3／日）。

通过数字对比可以看出，各预算中段的涌水量用两种方法得出的值相差不大。

对于水文地质条件简单或中等的矿区，勘查阶段用大井法预测矿坑涌水量是比较适宜的。大井法作为地下水动力学方法，为理想化的模型，计算公式适于均质、各向同性的含水层，而本区裂隙含水带不可能完全非均质、各向同性，计算时只能视为均质层求得渗透系数等，计算结果与实际会有少量偏差。

含矿破碎带含水带属弱含水带，在勘探坑道揭露时涌水量较大，而后逐渐减小，对矿床充水初期可能以静储量为主，矿坑越向深处采掘，水量不会增大，反面会减少，因此可能会出现预算结果与实际的偏差。

浅谈大井法预测采区涌水量在实际工作中的应用

卢志愿（郑煤集团公司振兴二矿地质测量部 河南郑州 45000）

摘 要:该文通过对滑动构造下理论采区涌水量的计算过程; 预测结果;及验证结果,说明大井法涌水量的预测在三李井田具有很好的指导意义,具有在该地区推广的价值

主题词:滑动构造 三李井田 预测 验证结果 推广价值

1 矿井简介

1.1 矿井地质及水文地质

郑煤集团振兴二矿有限责任公司是一家资源整合矿井,年设计年产45万吨的矿井，主采煤层为二叠系山西组二1煤层，二1煤层顶板为砂质泥岩和砂岩，顶板受滑动构造的影响，极为松软破碎，个别区域滑动构造铲蚀煤层，煤层厚度变化大，煤厚为0—8.98m，平均2.94m，倾角为8°-26°，平均12°。

1.2 11采区是概况

11采区走向长1680米,倾向宽613米,整体呈一不规则长方形,开采标高+34～-160m,面积约842016m2,工业储量319万吨.

1.3主要含水层

⑴ 新近系泥灰岩岩溶裂隙含水层

主要指新近系泥灰岩及砂砾层，厚度为87.55~135.75m，平均110.62m，由西南向东北逐渐变厚。

⑵ 二1煤层顶板砂岩裂隙含水层

根据区域矿井实测资料，当二1煤层厚度大于8.00m时，煤层采动后形成的导水裂隙带高度约100m，因此本采区将二1煤层顶板以上100m范围内的砂岩含水层做为煤层顶板直接充水含水层。

(3) L7-8灰岩岩溶裂隙含水层

为二1煤层底板直接充水含水层，主要由太原组上段灰岩组成,L7-8灰岩厚度5.11~16.12m，平均11.13m，隐晶质结构，含燧石结核，发育方解石脉。

(4) L1-3灰岩岩溶裂隙含水层

L1-3灰岩为一1煤层顶板直接充水含水层，二1煤底板间接充水含水层，一般厚度13.48~18.73m，平均16.66m。

(5) 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层

为一1煤层底板直接充水含水层，最大揭露厚度为39.22m.

3 涌水量计算 （1）大井法预计二1煤层顶板砂岩矿井涌水量

煤层开采时，二1煤层顶板砂岩含水层水位将降至含水层底板以下，因此应采用承压转无压公式进行预计，公式如下：

1.366K（2HM-M2-h2）

b式中：

Q„„„„„„预计矿井涌水量（m3/h）

ro„„„„„„大井引畔径（m），可将本次预计范围视为一不规则的圆形，采用公式ro= （F为预计范围的面积842016㎡）。

Ro„„„„„„大井引用影响半径（m）

Ro=10×H×√K +ro；

r„„„„„„„„渗透 数，采用7-2孔渗透系数0.1119m/l

M„„„„„„含水层平均厚度，10.6m

H„„„„„„含水层底板以上水头值，H=289.0m

H„„„„„„顶板砂岩含水层底板以至水位Om,将以上参数分别代入相应公式进行计算。

r o = = 517.84

R o =10×289×0.3345＋517.84=1484.54

Q =

= 83.0 m3/h

(2)大井法预计L7-8灰岩矿井涌水量

根据我矿实际情况2个下山在二1煤层底板砂岩中开拓不揭露L7-8灰岩含水层，所示应采用水压完整井公式进行预计，公式如下：

Q=

Q„„„„„„预计矿井涌水量（m3/h）

ro„„„„„„大井引用半径（m），可将本次预计范围视为03一不规则的圆形，采用公式ro= （F为预计范围的面积842016㎡）。

Ro„„„„„„大井引用影响半径（m），Ro=10×S× 。

K„„„„„„渗透系数，采用13-1、16-5二孔渗透系数的算术平均值，二孔分别代表较小值和较大值。

KaP=0.0027+9.4=4.701/4m/d=1.084 m/d 。

M„„„„„„L7-8含水层平均厚度，M=6.29+3.55=9.84m，

S„„„„„„疏排降深，245.0 m，将以上参数分别代入相应公式进行计算：

ro=517.84

Ro=10×245.×1.04+517.84=3065.84m

Q =

= 384.0 m3/h