采矿工程对矿井水文的影响

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摘要：通过建立水文地质概念模型，进行相关的计算分析采矿工程对矿井水文产生的不利和有利的影响，将对矿井水文的影响控制在可接受范围内，并针对有害影响提出有效的防治水对策，为采矿工程安全、高效的工作提供保障。

关键词：采矿工程；矿井；水文；防治水

1探究采矿工程对矿井水文的影响

为了将这些后果控制在可接受范围内，有必要对矿井水文受到的影响在理论层面论证分析，以便指导决策。

1．1建立水文地质数学模型

采矿工程的实施主要会影响十灰水和十四灰水的运动情况，其中十灰水是含水层中与下组煤相连接的顶板，而十四灰水是含水层下组煤的底部，两者距离相对较近，且两者间存在着水力联系。为了能够找出采矿工程与矿井水文之间的具体关联，同时为了保证含水层完整的情况下，对含水层系统进行了建模。首先含水层系统的内部结构包括十灰和十四灰部分，含水层中的介质是以溶蚀裂隙为主，同时伴有少量的溶孔和溶洞形成。在研究区域的矿山中含水层大部分分布于石炭、二叠系地层以下属于承压含水层［2］。虽然受到了矿山构造产生了细微的变化，但由于其自身的水文发育相对良好，在这里可以将其看作是统一的单层结构进行模拟。通过研究发现，模拟区的分布面积变大，地形、地貌等也发生了很大的改变，导致水文的发育变得极为不均匀，同时各种向异性的特征产生，矿区内的含水层为非均质且各向异性的含水层，计算公式见式（1）。μht＝QT（x，y，t）＋Qμ（x，y，t）＋Qt（x，y，t）（x，y）∈Ωt＞0（1）矿区边界条件的建模：矿井的东边边界属于断层结构，呈现出东高西低的趋势，落差最大达400m，而矿井的一侧存在着落向相对较大的支断层。由于含水层与区域外的多种砂岩相接触，因此形成了隔水边界。通过探究发现在含水层的东部、南部存在隔水边界，北部、西部存在补给边界。矿区输入、输出条件建模：在水文系统中输入和输出的主要条件是由于该地区接受到的大气降水补给，且补给水会顺着倾斜的方向由北向南形成强富水区。第四系将石灰岩的大面积覆盖上，石灰岩同时受到了第四系孔隙中下渗的水补给，计算公式见式（2）h（x，y，t）t＝0＝h0（x，y）（x，y）∈Ω1（2）水文的运动状态建模：自然界中的所有现象都是在三维空间中发生的，因此也包括了水文的运动。以模型的实用性和经济性为基础，将补给区的水流概化为二维的平面结构，利用三维流模拟出水文的水流运动。同时假设矿区的水文运动满足达西定律，采用连续的渗流方程即可对水文的运动进行描述、分析，计算公式见式（3）、式（4）。h（x，y，t）｜F1＝h1（x，y，t）（x，y）∈Ft≥0（3）Ω1＝Ω＋F1＋F2（4）公式（1）（2）（3）（4）中h为地下水位；μ为含水层给水度；t为时间；QT为侧向补排量；Qμ为垂向补排量；h0为初始水位；h1为第一类边界水位；Ω为计算区域；F1为第一类边界；F2为第二类边界。

1．2矿井涌水量的解析法计算

通过建立水文地质数学模型，为分析影响效果提供了平台基础，还需要根据现场勘查的实际情况计算涌水量。常用的计算方法有大井法和曲线法。大井法算法计算涌水量：在矿区中十灰是下组煤的顶板直接充水给含水层，经过测量其厚度为6．24m，钻孔发现岩石的破碎情况相对较多，且岩裂缝处有溶蚀的现象产生。含裂缝水文承压，其富水性也极不平均［3］。通过探究发现，该矿井的内部有120多个钻孔揭露十灰，有30个钻孔存在漏水的情况，漏水率为25％，其中漏水钻孔大部分在浅部以及断层区分布。十灰含水层是补给条件良好且富水性强的含水层，运用大井法计算，可以计算出十灰水层的涌水量。计算公式进式（5）。Q＝3．17TLlgRr（5）公式中Q为大井的流量，T为计算导水系数，L为降深，R为影响半径，r为模拟的大井井径。通过探究已经知道十灰的初始水位为23．52m，十灰的底板标高为－513．21m，因此，十灰疏降的降深为23．5＋513．21＝536．73m。通过计算后得出Q＝3124．8m3／h。同理通过计算算出十四灰中Q＝524．24m3／h。曲线法计算涌水量：曲线法计算也可以看做是用水量曲线方程法计算方式，通过矿区放水口稳定的流量值以及中心观测孔观测到的稳定降深通过计算得到的数据记录并绘制成图。

1．3对矿井水文的影响分析

根据真实有效的数据，分析出有利和不利的影响因素。有利影响：在采矿工程中顶板的砂岩部分在工程中一直处于疏干的状态，因此对于开采过程中水害方面的问题是几乎不会出现的；采矿工程的实施推进了第四系下组的下段水位的大幅度降低，能够将矿产资源的开采上限提高，对于开采防水柱也会带来很大的帮助；工程还会使十灰水位大幅度的降低，从而降低了采掘工作面中水量的水压，影响承压含水层的水压，减少一些突水事故发生的可能。不利影响：在进行采矿工程时，若采矿活动的面积很大，在采矿区里会出现大量的积水沉积，严重影响工程的生产，导致危险事故的发生［3］；采矿工程的活动会造成第三系含水层受到影响，导致水位明显下降，产生很强的垂向压力，这种压力会施加到矿井壁上，压力增加到一定程度会使矿井壁无法承受而产生破裂；随着采矿工程实施，使得原本不导水的矿区断层变成了导水的断层，为突水提供条件，增加突水事故的发生概率。

2防治水对策

为防止采矿工程对水文地质的影响应尽快完成对矿山整体的进行防治水研究，对于矿区防治水对策应该进行系统性的设计，对于矿山防治水对策可以从以下几方面进行：首先防治水的总体对策方案选用以疏通为主，疏堵相结合的方式，据情况而定，必要时可以控制疏干排水以降低防治水的成本，也可以提前对矿体进行疏干排水，用油排的形式进行静储量的排出，这样可以有效的降低采矿工程中生产阶段的危险性［4］。在矿山中的永久排水系统还没完全形成时，巷道的开拓过程中排水的能力还十分有限，为了避免造成淹井的现象产生，应当使用探水的方法前进。当遇到超过排水能力的大水点时，需要进行局部的封堵措施同时进行有效的控制疏放，合理的结合使用遇水会发生凝结变得巨大、膨胀的材料以及特殊的注浆工艺。再通过进一步的验证分析地质及水文地质特征，获取开拓阶段地质水文的基本资料并进行综合的分析。防治水在施工过程中应该研制出更安全的装置并配置高压和防喷的功能。最后还需更进一步的建立地面以及井下的重要部位中的水点的监测设备，同时加强矿山地表及地下坑道的水位观测工作，并重点观察矿区以及周围的地下水位动态变化情况，建立地下水位自动报警系统，制定相关的处理预设方法，保证采矿工程的安全稳定［5］。同时在进行注浆堵水时可能会遇到水裂纹很细但水流量特别大、注浆压力高，但吸浆量又小、浆液在高压的状态下极易凝结的情况发生，这时应对适合该矿山的新型注浆工艺进行更加深入的研究。

3结语

由于条件受限，在研究时对于一些问题的看法还不是很透彻，在本文中可能会存在着不足的地方。在进行涌水量的计算时和建立水文地质概念模型时，将复杂的水文地质条件进行了简化处理，这些处理很可能会导致模型的预测精度不够准确，因此对于这一部分的研究还需要进行完善处理。通过计算获得的涌水量是根据连续几年的地下水动态的变化情况通过详细的研究得出的，因此还加强了对基础地质和水文地质的数据收集，进行不断的修改和完善能够过得更适合采矿工程防治水的需求，为后续的采井工作提供水质和水量的详细资料。

参考文献：

［1］崔晋武．采矿工程对矿井水文的影响与防治水对策［J］．能源与节能，2017，21（2）：112－115．

［2］吴建家，喻国华．浅谈采矿工程对矿井水文的影响与防治水对策［J］．经营管理者，2017，54（26）：463－465．

［3］杨学峰．采矿工程对矿井水文的影响与防治水对策研究［J］．科学与财富，2017，53（13）：111－112．

作者：崔晓伟 单位：山西三元煤业股份有限公司