对露天矿坑水位预测边界处理方法的研究

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摘要：本文以西亚某露天煤矿矿坑疏干降水为例，采用非稳定流解析法对露天煤矿矿坑水位进行了预测。由于露天坑所在的位置为一个三面隔水，一面进水狭长的蓄水构造，利用势叠加映射法原理对边界进行了简化处理，达到了水位预测的目的。

关键词：矿坑涌水量， 隔水边界，映射法

Abstract: this article with the west Asia a open coal mine mine drainage precipitation, for example, using an analytical method to stable.the open coal mine mine water level was predicted. Because open pit position for a lie between water on three sides, a feed water long and narrow water storage structure, use of superposition principle of mapping, border, a simplified treatment to predict water level of purpose.

Keywords: mine yield, lie between water boundary, mapping method

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1水文地质条件

1.1含（隔）水层

该露天煤矿发育有三个含水层，从上至下为第四系沙丘潜水含水层、古近系煤层顶板承压含水层和煤层底板承压含水层，其中对露天煤矿采煤有较大影响的含水层为煤层底板承压含水层。该含水层全区发育，由松散的粗细砂岩组成，含水层平均厚度30m，赋存深度204m，静止水位标高40m，渗透系数12.24m/d,导水系数367.2 m2/d，导压系数724548m2/d。

煤层顶、底板均为泥岩，可视为隔水层。煤层顶板泥岩全区发育，厚度15-20m；煤层底板泥岩发育不稳定，局部缺失，厚度3-20m。煤层顶板泥岩在区域上对上部地下水的垂直渗透起到一定的隔水作用，而煤层底板泥岩由于发育不连续，沉积不稳定，加之煤层底板承压含水层高水压的影响，当露天开拓至煤层底板时该含水层可构成矿坑直接充水含水层。

1.2地下水补、迳、排条件及边界条件的概化

露天区对采煤有影响的主要含水层为古近系煤层底板承压含水层，其地下水的主要补给来源为北部区域的同层侧向补给，主要排泄方式为区域上少量的人工开采。

距露天区南部50km和东部70km分别有走向为东西向和近南北向正断层，断层下盘含水层被剥蚀（q=0）。西部距露天区38km为基岩隆起带，背斜轴部含水层缺失(q=0)。露天区北部约300km以外为地下水的补给区，大气降水通过煤系地层露头垂直渗透补给煤层底板含水层，并以地下迳流的方式向南部露天区补给。由于该含水层在区域上受到西测隆起、东侧和南侧的断层影响，地下水迳流缓慢，水力坡度0.09%。水位预测时将露天区西侧隆起带和东部、南部的断层视为隔水边界（详见图1），并将该含水层视为东、西、南部三面隔水的无越流补给半无限含水层。

2矿坑水位预测边界处理方法

2.1边界处理方法及公示选择

矿坑水位预测采用非稳定流解析法井群干扰理论公式。隔水边界附近的不稳定流问题按势叠加原理，采用映射法将它变为无界问题求解。所谓映射法就是假设在边界的另一侧存在着在与抽水井等距、等强度的虚拟抽水井，通过映射消除边界影响。水位预测时首先沿矿坑首采区边界布置一定数量的降水井，按矿坑采煤设计水位标高，给定设计降水时间及预计总出水量（Q=f(t)），预测矿坑水位降深，采用公式如下：

S=1/4πTiW（ui）

式中：ui― 井函数，ui=ri/4at ；S―各抽水井同时抽水时的水位降深（m）；Qi―各井设计抽水量（ m3/d）；ri―各抽水井距计算点的距离（m）：T―承压含水层的导水系数，取面积加权平均值（m2/d）；a―承压含水层的导压系数，取面积加权（m2/d）；t―设计开采时间（天）。

2.2映射次数对矿坑水位预报的影响

本次水位预测共设计疏干井25眼，总出水量为108000 m3/d,水位降深设计值168m，水位预报期限为3年。分别采用3、5、9、13次映射预测露天坑中心水位降深，预测结果分别为170.16m、174.28m、174.66m、174.66m，其中5次以上映射计算的水位降深结果比较接近， 9次映射水位降深预测结果与13次映射预测结果相等，计算结果详见表1和图1。

水位预测结果及虚拟井映射位置统计表表1

3结论

本文利用非稳定流解析法对西亚某露天煤矿矿坑疏干降水进行了水位预报，采用势叠加映射法原理将边界附近的井流问题进行了简化处理。通过不同次数映射求解，3次影设和9次映射水位预报降深相差0.50m，9次映射和13次映射预测的水位降深相等。计算结果表明，解决三面隔水的边界问题，采用映射法时至少应进行5-9次以上的映射处理，方可达到预测精度要求。此方法可供同类工程借鉴。

参考文献：

【1】薛禹群，朱学愚．地下水动力学【M】．北京：地质出版社，1979．

【2】施普德．井水量计算的理论与实践【M】．北京：地质出版社，1977．

【3】房佩贤，等．专门水文地质学【M】．长春：长春地质学院出版社，1985．

作者：张东岳（1983-），工程师，主要从事水文地质工程地质和岩土工程设计。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。