攀枝花宝鼎矿区涌水量季节变化系数的应用

1攀枝花宝鼎矿区涌水量季节变化系数在多年矿井正常涌水量中的应用何广明（四川省煤田地质局141队）择要：根据降雨量、矿井正常涌水量与季节变化系数分析矿井涌水量变化与入渗条件的变化，预测在丰水年、平水量、枯水年可能出现的情况，对矿井涌水量的利用和预防。关键词:降雨量、矿井正常涌水量、季节变化系数，利用和预防1、矿区简介1.1位置与开采标高矿区位于四川省攀枝花市金沙江南岸仁和区、西区。北起金沙江，南至野猪塘；东起攀枝花断裂带F6、F5，西至F22断层。东西宽11.5Km，南北长14Km，面积约120Km2，矿区及周围有太平煤矿（开采标高900~1100m）、花山煤矿（开采标高900~1200m）、大宝顶煤矿（开采标高1400~1600m）、小宝鼎煤矿（开采标高1100~1400m）、沿江五对矿井（开采标高1050~1400m）。（见插图1）1.2矿区地貌及水系分布矿区位于金沙江以南，地形总趋势南高北低，山势陡峻，沟谷发育，地表坡降较大，属沟谷侵蚀强烈的高中山地貌。由南往北近似呈两山夹一谷的地形。最高点为西南边界分水岭马鹿塘尖山，标高2518m，最低点为北东部金沙江，标高1002m；沟谷切割深度，相对高差一般为400～600m。分水岭沿东西南北周边分布。金沙江为最大的地表水体，自西向东（标高1009～1002m），流经矿区北部边缘，流程长约10km，多年平均流量为1775.8m3/s，矿区段最高洪水位标高1021.25m。摩梭河为金沙江支流由南向北横贯矿区中西部（标高1192～1007m），流量0.001～50.38m3/s。由北西部汇于金沙江。龙潭河，灰老河、灰家所河为其支流，均属季节性流水溪沟，构成矿区地表水系。2、矿区地质2.1地层区域地层出露以元古界、古生界和中生界最发育，新生界分布少而零星。区内及本区外围出露地层有第四系、第三系、二叠系以及晚二叠系的花岗闪长岩、基性岩和元古代的石英闪长岩。矿区含煤地层为三叠系上统大荞地组，出露四～十一段（T3d4～T3d11）,地层厚度1185m，含煤115层，煤层总厚65.04m，其中含可采煤层61层，可采总厚57.89m。(见插图2)22.2矿区构造基本特征矿区构造特征受区域构造三叠纪末期的印支运动和白垩纪末期的四川运动的控制和影响，构造形态为一北端封闭，向南西倾没的向斜，边缘地段局部伴有一定数量的次级褶曲和断裂。地层走向与主体构造线基本一致，局部地段地层走向变化大。矿区西部，褶曲、断裂少，地层走向北北东，倾角一般30～80度，由北往南逐渐变大，北北东或北东向构造为主。A40线以南达60度；矿区东部边缘，构造较复杂，地层走向N5～15°E、局部变化大，倾角30～40度，局部达70～90度；矿区北部及西北角，应力比较集中，褶曲频繁，断层较发育，地层走向变化大，由北北东至北东东，倾角25～45度，局部地层倾角达60度。大箐向斜轴部地层倾角变小，小于25度。矿区深部构造相对较简单。2.3褶曲、断层区内褶曲除大箐向斜（S4）沿北东方向贯穿全矿区，控制着矿区的基本构造形态外，其它次级褶曲均呈北北东或北东方向并局部展布在大荞地组的中、下部，均向南倾伏。向斜一般较背斜宽缓。轴面一般倾向东，局部地段倾向西。两翼地层倾角35～45度，局部达60～80度。矿区内大小断层（包括隐伏断层）共计101条。多分布在矿区边缘，常发生在煤系的中、下部。以高角度的走向或斜交逆断层为主，走向均为北北东或北东向。F1、F22逆断层：为矿区东、西部边界。北起金沙江以北，贯穿南北，走向NNE，倾角一般64～80度左右。为高角度的逆断层。落差由南往北逐渐减小，断层破碎带较窄，一般1.00m左右，最大6.62m。3、矿井涌水量情况3.1各矿涌水量宝鼎矿区是较为典型的以大气降雨为主的充水矿床，各生产矿井涌水量（见表3-1）。该矿区只有雨季和旱季之分，涌水量季节变化系数直接反应了矿区在丰水年、平水量、枯水年正常涌水量和降雨量的关系。本文初次应用于各矿1986年以来实测矿井涌水量和降雨量资料分析，矿井在在开采延深、扩大时其涌水量的变化，以找寻矿井正常涌水量的规律，对矿井涌水量的利用和预防起着重要作用。3.2、季节变化系数公式：该公式是用于每年中随季节变化计算矿井涌水量的变化，预测在丰水年、平水年、枯水年可能出现的情况。3公式：η=正常QQmax式中：η——季节变化系数；Qmax——年最大涌水量；Q正常——年正常涌水量（采用枯水期平均值）。一般规律：年最大涌水量随年降雨量的变化丰水年：多年平均降雨量﹤年降雨量，η大；平水年η交替出现；枯水年：多年平均降雨量﹥年降雨量，η小。4、在多年矿井正常涌水量中的分析应用本次选择了各矿监测较为全面的、连续的有代表性的小宝鼎+1220水平、大宝顶+1400水平、花山+1030水平、太平+1100、+900水平进行分析。采用数据中应注意以下几点：①采区内大气降水的入渗条件有无变化，有无地表沟谷沟通，老窑水沟通现象。②矿井涌水量数据的筛选时应尽量采用正常值。③正常涌水量应是矿床中含水岩组自身出水量，也就是地下水静储量的释放量。4.1、小宝鼎1220水平小宝鼎+1200水平正常涌水量随开采面积的增大逐渐增大，年季节变化系数1997年以前与降雨变化影响较大，以后影响变小，波动值趋于稳定。表3-1生产矿井各水平涌水量值矿井名称开采水平涌水量（m3/h）最大值最小值平均值小宝鼎矿+1220平硐592.9525.4999.58大宝顶矿+1600平硐198.0011.5253.00+1400平硐96.062.5818.88+1400排矸平硐151.2012.1044.05+1220排施工平硐39.0019.2026.97花山矿+1030水平主平硐804.083.00105.48+1030水平付平硐263.0020.0061.67+900水平平硐133.0037.5057.60太平矿+1100水平平硐812.9912.40147.79+900水平主斜井557.5513.41113.84注：花山矿+1030、太平+1100、+900最大涌水量均为暴雨时，沟谷洪水沿冒落裂隙带溃入所至。小宝鼎1220水平正常涌水量、季节变化系数图147.39m3/h47.856.171.98121.416597.8102402468101214161819861987198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005涌水量m3/h变化系数η旱季年降雨mm雨季年降雨mm线性(变化系数η)44.2、大宝顶+1400排矸平硐水平正常涌水量逐渐增大又减小，这是受大气将雨的影响，丰水年正常涌水量加大，枯水年减少，2001年旱季降雨量较低为3.7mm,2002年旱季降雨量为165mm,但对正常涌水量影响不大，年季节变化系数变小，波动值趋于稳定。4.3、花山矿+1030水平正常涌水量变化较大，总趋势仍然是从小到大再变小，年季节变化系数跳动大，趋势线变化微弱。特别在1996年以后较反常，1997年正常涌水量降到23.91m3/h，而旱季、雨季降雨量却都属正常；2002～2004年雨季降雨量减少638～432mm，旱季降雨量达165mm,正常涌水量却逐渐增加，这是一种不正常现象，通过相关资料的分析，其原因是几年来上部小煤矿逐年增多，使上部采空塌陷裂隙趋于稳定的状态发生变化，增加了正常涌水量的补给量。大宝顶1400水平排正常涌水量、季节变化系数图42.147.381.7116593591302468101214161819951996199719981999200020012002200320042005涌水量m3/h变化系数η旱季年降雨mm雨季年降雨mm线性(变化系数η)花山矿1030水平正常涌水量、季节变化系数图23.9192.029.7603.7165121.4978102402468101214161819861987198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005涌水量m3/h变化系数η旱季年降雨mm雨季年降雨mm线性(变化系数η)54.4、太平矿+1100水平正常涌水量随着开采面积、体积的增加地下水静储量的越来越少。通过地表调查该矿区地表小煤矿对大矿所留保安煤柱，破坏相当严重，塌坑、地裂现象多、范围广，使得大气降水入渗条件发生变化，1998年8月矿井曾发生过入渗通道呈灌入式，2001、2002年虽然旱季降雨量变化大3.7-165mm,正常涌水量变化却不大，降雨量对该水平影响减弱。该水平季节变化系数起伏较大，而且呈上升趋势。所以加强对大气降水的地形入渗条件变化的掌握是极为重要的。4.5、太平矿+900水平正常涌水量从小到大再逐渐变小，与花山矿相似，但波动弧度相对较小，1997年开始，矿井正常涌水量从99.79m3/h增至163.61m3/h，上部1100水平保安煤柱遭破坏，使矿坑水矿坑水下渗，1998年8月降雨入渗通道呈灌入式进入矿井，167.54m3/h，以后与1100水平情况相似，2005年恢复到102.05m3/h季节变化系数逐渐变小。由此可以看出在采区向下延深时，除特殊情况外矿井涌水量受外界干扰较小，变化系数较稳定。太平矿900水平正常涌水量、季节变化系数图102.0599.79163.61167.544.855.161653.74929359130246810121416181990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005Q变化系数η旱季年降雨mm雨季年降雨mm线性(变化系数η)太平矿1100水平正常涌水量、季节变化系数图52.8134.43.7165121.49359134320.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.0018.0019861987198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005涌水量m3/h变化系数η旱季年降雨mm雨季年降雨mm线性(变化系数η)6综上所述，资料证明当上部小煤矿对大矿所留保安煤柱，破坏相当严重，使得大气降水入渗条件发生变化时，如入渗通道、地表汇水地形等因素（地表塌陷），各矿各水平正常涌水量、年季节变化系数均发生变化。小宝鼎矿和花山矿、太平矿+1100水平正常涌水量变化较大，说明上部入渗条件每年在发生变化；大宝顶矿较为正常，太平矿除在一段时间变化较大外，基本合符正常规律，如太平矿+900水平一个较完整的区域,由于上部分级排水处理较好，随着开采体积的增大而增大，而在开采后期，含水岩组静储量的释放却越来越少，降雨量也对正常涌水量影响不大，季节变化系数起伏也不大，体现了随开采深度的增加大气降水的影响减弱，高峰值的出现依次后延的规律。延深勘探表明随着采区深度的增加，地温越来越高，地下水静储量的补给也随之减少，采掘过程中工作面、巷道的降温，粉尘的降低，以及施工用水，都牵涉到地下水的应用，矿井涌水量在丰水期的防治，所以对矿区正常涌水量、降雨量和季节变化系数的了解起作相当重要的参考作用。住址：四川省德阳市汉江路141队邮编：618000电话：[phone]作者简介：何广明，男，出生于1958年，毕业于郑州煤田职工地质学院水文地质及工程地质系，水、工、环高级工程师，四川省煤田地质局141地质队，从事矿井地质及煤田水文地质36年。