礦區水文地質的分析與涌水量計算

嚴 強

（山西省潞安集團漳村礦，山西 長治 046032）

在礦區排水工程建設、排水設備選取中，必須要對礦區涌水量進行計算， 計算結果直接決定著礦區能否安全生產和合理開發，所以進行礦區涌水量計算意義重大。當前計算礦區涌水量的方法很多，并且大多較為復雜，應根據不同地質水文條件來選擇，在實際計算過程中結果也會存在很大的差異，因此在實際計算時一定要慎而重之。

1 礦區簡介

某金屬礦區，東西長約2.5km，南北長約4.5km，現該礦已經探明存儲有金屬銅100 萬噸、銻80 萬噸以及其他一些金屬礦床。礦區設計露天開挖，開采場地設計高程為401-636m，開采上口面積為0.95km2， 礦區最低高程設計為304m， 底面積則為1.029 5km2。 為了科學確定礦區開采排水設施，必須要對礦區水文地質情況進行分析，對礦區涌水量進行計算，為工程設計及設備選取提供依據。

2 礦區水文地質情況分析

2.1 礦區地下水

經過工程勘測人員勘測，發現礦區內的巖石主要有凝灰巖類、花崗巖類、閃長巖類及第四系松散堆積層等，前三種巖石主要位于礦區的西部、南部與東北部，而第四系松散堆積層則主要分布在礦區下游斜坡及溝谷等地帶。 整個礦區的地下水主要有松散巖類孔隙水、基巖類裂隙水兩部分。（1）基層類裂隙水。基層巖類裂隙水占礦區地下水的大部分， 大多數賦存于巖石節理裂隙當中，其厚度與基巖風華帶厚度大致相當，大多數為25-40m，而最后處達到了100m。 而整個基巖的發育由于巖性的差異而存在不同，從整個礦區分布來說，花崗巖＜閃長巖＜凝灰巖。（2）松散巖類孔隙水。 松散巖類孔隙水在不同地段分布差異很大，地下水位的埋深大部分處于7-44m，最后處達到了85m。 而對于整個礦區地下水分布來說，上層主要為潛水含水層，但是一些區域因為地質構造因素使得其變為承壓水， 但是因為整個松散巖層具有較多的粘土，富水性差，膠結性好，因此整個松散層水流量通常均不超過1L/S[1]。

2.2 礦區內的徑流、補水及排泄

（1）徑流。 經過勘測發現，該礦區地下水總體上呈現為從上游向下游徑流，從斜坡兩側向溝內徑流。 徑流流動時，因為含泥質較多，同時受到弱透水層及一些完整巖石的影響，局部露出地表形成地表水。（2）補水。經過調查發現，該礦區內地下水大多數依靠大氣降水來補給，主要補給區是上游松散的堆積區、坡積區及基巖出露區。但是因為整個礦區山谷在上游的坡度較大，這些補給區面積有限，因此地下水水量補給并不是很多。（3）排泄。松散層堆積及巖石節理裂隙發育等存在差異， 導致沖溝巖石透水性存在較大差異，最終使得溝水部分區域出現斷流現象[2]。

2.3 礦區水文條件分析

經過以上水文地質情況調查，該礦在前期開挖時，礦坑當中主要水源為松散層潛水，而當將松散層挖透之后，礦坑內的主要水源就主要以基層裂隙水為主了。 基層裂隙水水量受到基層裂隙的影響，而隨著礦坑的不斷開挖，周邊基巖裂隙發育不斷降低，礦坑內必然會被疏干，此時礦區涌水量會明顯降低。 另外，大氣降水會直接進入礦坑內， 并且大氣降水引起的一些地表徑流也可能匯入礦坑。

3 礦區涌水量計算

3.1 公式選取

該礦區露天上口實際為1 402.7m×1 020.8m，這樣其長寬比例則為1.37:1，總體形態呈圓形，因此在計算涌水量時，采用了大井法：

在以上三式中，滲透系數k 是礦井滲透系數，單位為m/d。r0是礦井大井所用半徑，單位為m，使用公式（2）進行計算。 在公式（2）中，F 是整個礦井的開挖面積，R0是影響半徑，單位為m，使用公式（3）計算。 在公式（3）中，H 是礦井含水層的平均厚度，單位為m。 公式中Sw是礦井內水位下降值，單位為m。 整個計算中參數r0、R0、H、Sw等均來自實驗數據或圖面量取[3]。

3.2 礦區涌水量計算水平的劃分

對于礦區涌水量水平劃分，主要考慮因素是基巖風化帶的實際發育情況，在該礦中，主要劃分了兩個計算水平：（1）中等風化帶頂面以上；（2）開挖底界到中等風化帶頂面。 先期勘測資料顯示，整個礦區覆蓋層存在一定差異，總體厚度在0-60.5m。 整個礦區，溝岸較厚，沖溝內薄，江側較厚，礦坑上部則較薄。 經過對比資料及分析最終確定，礦區覆蓋層厚度大約為40m，強風化帶的厚度為25-40m，最厚處可能達到100m。 按照最大值為中等風化帶厚度來計算，中等風化帶至地表約厚140m。 另外整個礦區高程為518m，因此兩個計算水平分別為404m 和374m。

3.3 公式中k 的確定

對于滲透系數k 來說，不同厚度其值是不同的，中等風化帶頂面以上這一計算水平中，有中等風化帶、松散帶、基巖強風化帶，因此滲透系數要取這三個滲透系數進行綜合計算。 表1 為四組抽水試驗的數據及對應的滲透系數，通過計算，最后確定該計算水平滲透系數的平均值為0.33 158。

表1 404 計算水平勘測試驗數據

開挖底界到中等風化帶頂面這一計算水平，因為當開挖至404m 以下之后，基巖滲透系數不斷降低，通過計算定量注水或降水頭等試驗，計算出了滲透系數，如表2 所示。 該數據共分三個區間，第一區間為小于0.001，有兩個，平均值為0.000 639，在整體中占8%；第二區間為0.001-0.01，有15 個，平均值為0.00 453，在整體中占60%；第三區間為0.01-0.04，有8 個，平均值為0.0 227，在整體中占32%。 經計算，這25 組數據區間值為0.00 057-0.0 397， 而平均值則為0.01。 對這些數據進行處理統計，試驗標準值為0.0 063。 并且結合滲透系數在第二區間中占大部分的實際情況，該范圍內的值大多數均是從較深處測得的，其對巖體滲透性的反應更加直接。所以347m 計算水平滲透系數取第二區間平均值，即0.00 453。 就此經過計算如表2 所示即為該礦區的涌水量計算結果。

表2 該礦區涌水量計算結果

4 礦區其他一些涌水量計算

對于該礦區來說，因為礦區坡度大，如果不修建截洪渠等，那么一些地表徑流亦可能流入礦坑。 對于這一部分水量，可通過下式進行計算：

在該式中F 是受水面積，X 則為礦區所在區域日最大降水量，為地表的徑流系數。 有關資料顯示，該礦區年平均徑流系數為0.45，而洪峰徑流系數則為0.787，經過計算就可得出具體水量。

5 結語

對礦區實際水文條件進行研究后，通過科學計算能夠較為準確地算出礦區涌水量。 在具體計算過程中，首先，在礦區開采初期，大氣降水對礦區涌水量影響較大，在進行計算時，應當加以注意；其次，在計算礦區涌水量時，一定要依據實際礦區的水文特點，這樣才能夠使得計算更加準確，以切實保證礦區的安全生產；最后，礦區深部開采中，礦區涌水主要以裂隙為主，針對這一情況，可采用預注漿堵水等方法，以最大可能地節約礦區生產成本，提高經濟效益。

[1]李定歐.露天轉地下開采礦山防洪排水的探討[J].冶金礦山設計與建設，2010（02）.

[2]胡鳳英，李笑峰.采礦塌陷區降雨滲水特點及其防治[J].金屬礦山，2011（23）.

[3]李偉銘.塔源二支線礦坑涌水量預測[J].昆明冶金高等專科學校學報，2011（27）.