大井法及水文地質比擬法在某礦山礦坑涌水量預測中的應用對比

傅大慶

（華北地質勘查局五一四地質大隊，河北承德067000）

大井法及水文地質比擬法在某礦山礦坑涌水量預測中的應用對比

傅大慶*

（華北地質勘查局五一四地質大隊，河北承德067000）

預測礦坑涌水量是礦山開發的關鍵問題之一。在卡拉蓋雷金銅礦礦區水文地質調查、抽水試驗的基礎上，利用大井法和水文地質比擬法分別對礦坑涌水量進行了預測。

預測礦坑涌水量；大井法；水文地質比擬法

1　概述

預測礦坑涌水量是礦山開發的關鍵問題之一，如何根據礦山所處不同地層、構造、水文地質條件，正確預測礦坑涌水量顯得尤為重要。目前預測計算礦坑涌水量的方法很多，如大井法、水文地質比擬法、解析法、水均衡法等等，其中大井法和水文地質比擬法由于其原理易懂，方法易行，而在礦坑涌水量預測中被普遍使用。

大井法是通過將礦坑復雜巷道的水文地質條件概化成均值、等厚的含水層，再利用裘布依計算公式進行求解預測礦坑涌水量。由于大井法概化的條件較多，概化誤差會降低參數和涌水量求解的可信度，因此，對場地水文地質條件的正確認識，概化條件處理得當，是運用大井法進行基坑涌水量計算的關鍵。

水文地質比擬法則是根據已生產礦坑的排水資料預測水文地質條件與其相似的新的或擴建礦坑的涌水量。該法的前提是新建或擴建礦坑的地質、水文地質條件與已開采的礦坑基本相似，一般說來水文地質比擬法主要適用于條件比較簡單、充水巖層的透水性比較均一的孔隙或裂隙充水礦床，同時該方法是一種近似的計算方法。

本文以卡拉蓋雷金銅礦礦山水工環詳查報告中礦坑涌水量的預測計算為例，探討大井法和水文地質比擬法在礦坑涌水量計算中的應用。

2　礦區自然地理概況

卡拉蓋雷金銅礦位于新疆天山深處昭蘇盆地的最西端，礦區地形南高北低，高差900m左右，屬中山區，區內溝谷縱橫，第四系覆蓋面積較大。根據地貌形態和成因可分為構造剝蝕地貌、侵蝕堆積地貌2種類型。礦區范圍內溝谷主要為水磨溝，溝谷走向近南北向。礦區范圍內及附近河流發育，分布有多條伊犁河水系河流。

礦區屬于高寒偏干半濕潤冷涼氣候類型，最高氣溫30.5℃，最低氣溫-32.8℃，一月平均氣溫-16.5℃～-22.1℃，七月平均氣溫18.5℃～19.2℃，年均氣溫9℃。由于勘查區四周高山遮擋，造成區內雨量較多，氣候較濕潤，經常出現一天下數場雨的天氣，雨季主要集中在每年7～8月份，年均降水量約500mm。

礦區內地表水為布魯希布拉克河，布魯希布拉克河為常年性河流，屬伊犁河水系的特克斯河支流木扎爾特河的一級支流。礦區匯水面積13.12km2，最低侵蝕基準面標高2320m。礦區內各礦化體基本平行產出，呈近東西向展布。地表分布范圍東西長約240m，南北寬約250m，礦體主要位于地表以下100～400m處，位于礦區侵蝕基準面以下。

3　礦區水文地質條件

礦區地下水含水層劃分為第四系松散巖類孔隙潛水、基巖風化裂隙潛水和基巖構造裂隙潛水3大類型。

（1）第四系松散巖類孔隙潛水含水層為第四系全新統坡洪積孔隙潛水含水巖組。主要分布于水磨溝內布魯希布拉克河河道兩側及兩側的斜坡，呈狹長條帶狀或片狀展布，巖性為砂、砂礫石，厚度1～10m。屬富水性強的地層。

（2）基巖風化裂隙潛水含水層分為巖漿巖風化裂隙潛水含水巖組、沉積巖風化裂隙潛水含水巖組及變質巖風化裂隙潛水含水巖組3大類。

①巖漿巖風化裂隙潛水含水巖組。主要在礦區內水磨溝兩側基巖山地呈零星分布，巖性主要為閃長巖、花崗閃長巖、流紋斑巖。該層富水性弱。

②沉積巖風化裂隙潛水含水巖組。主要分布在礦區內水磨溝兩側基巖山地，巖性為石炭系大哈拉軍山組礫巖、凝灰巖、火山角礫巖、玄武巖、安山巖等。該層富水性弱。

③變質巖風化裂隙潛水含水巖組。主要在礦體附近分布，巖性為淺變質巖，其原巖多為凝灰巖、角礫巖。根據坑道及鉆孔編錄發現，淺變質巖多為片理化凝灰巖、構造角礫巖等，因分布在礦體周圍淺變質巖為礦體主要圍巖。該層富水性弱。

4　基巖構造裂隙潛水含水巖層

主要分布在勘查區內的斷層破碎帶內，礦區礦體附近構造斷裂影響最大的斷層為F7、F92條斷層。

F7斷層破碎帶內基巖構造裂隙潛水含水層，位于勘查區中部近東西向展布，傾向近北東，地表被松散物覆蓋。通過對礦山坑道進行水文地質調查及坑道編錄，推測該斷層長約400m，寬度30～70m不等，巖性主要為構造角礫巖、片理化糜棱巖化凝灰巖、霏細巖等。該斷層與地表的布魯希布拉克河水有較為密切的水力聯系，礦山坑道內存在多處較大的涌水點及滴水區，屬中等富水性含水構造。

F9斷層破碎帶內基巖構造裂隙潛水含水層，位于勘查區中部，呈北東40°～50°走向，傾向近南西，地表被第四系覆蓋。該層長約400～600m，寬約5～10m，巖性主要為構造角礫巖、片理化糜棱巖化凝灰巖、霏細巖等，富水性弱。

5　礦區涌水量計算

根據礦區的水文地質條件實際分析認為礦床充水的主要含水系統是F7斷層和礦體頂板之間的破碎裂隙帶，該含水系統可歸屬基巖風化裂隙含水巖組及基巖構造裂隙含水巖組，其儲水和透水性較弱。礦床開采須將靜水位面以下至礦體底板中的裂隙水疏干，因此將靜水位面至礦體底板間的基巖概化為含水層，礦體中心東側為布魯希布拉克河，產生對坑道的定水頭補給，礦體中心距布魯希布拉克河距離為150m。采用水文地質比擬法中的長度比擬法及大井法中的直線供水理想化邊界公式分別進行礦坑涌水量預測。

（1）計算公式。

①長度比擬法計算公式：

Q=KP·L

式中：KP——富水系數，礦山一定時期內從礦井排出的總水量Q0與同期礦井采掘長度L0之比；

L——預測采掘長度，m。

②大井法計算公式：

式中：K——滲透系數，m/d；

H——含水層厚度，m；

S——地下水疏干水位降深值，m；

F——礦體面積，m2；

b——礦體中心至補給邊界的距離，m。

（2）計算參數的確定。

①長度比擬法。一定時期采掘長度L0，目前坑道采掘長度，L0=1753m。

一定時期礦井總排水量Q0，目前坑道總排水量Q0=15.482L/s=1337.64m3/d。

富水系數KP=Q0/L0=1337.64/1753=0.763。

根據礦區的初步規劃礦區內垂直方向上間隔40m設置一個中段，由于礦體在垂直方向向下逐漸尖滅，假設每個中段的長度依次遞減10%，第一個中段坑道長度為2000m。不同疏干深度時預測采掘長度L參數值見表1。

表1　不同疏干深度時采掘長度L預測表

根據對鉆孔巖芯RQD值的統計計算，隨著開采深度的增加F7斷層以下的礦體圍巖完整性趨于完整，因此礦體下部圍巖滲透系數要小于上部圍巖的滲透系數，因此對疏干降深100～400m時的預測涌水量進行折減，疏干降深100～200m時折減系數采用0.9，疏干降深200～300m時折減系數采用0.8，疏干降深300～400m時折減系數采用0.7。礦山坑道預測涌水量見表2。

②大井法。滲透系數K，礦區抽水試驗的平均滲透系數K平均=0.0183m/d。考慮疏干降深100～400m范圍時，因礦體埋藏位置基本位于F7斷層以下，根據相關鉆孔該段巖芯的RQD值統計，普遍大于65%，此段區間內巖石較完整，同時根據抽水試驗繪制的Q-s及q-s曲線圖分析認為礦體開采時的涌水量隨水位降深增大，其涌水量增量逐漸減少，因此疏干降深100～400m范圍內的滲透系數應小于抽水試驗計算出的滲透系數，疏干降深100～400m范圍時滲透系數取K= 0.009m/d。

礦體面積F，根據礦體群分布范圍在地形圖上的投影圈定，F=84000m2。

礦體中心至補給邊界的距離b，礦體中心至布魯希布拉克河距離b=150m。

不同疏干深度時含水層厚度H，水位降深S參數值見表2。

表2　不同疏干深度時含水層厚度H，水位降深S參數表

6　礦坑涌水量預測計算結果

根據具體水文參數計算，預測不同疏干深度時礦山坑道預測涌水量見表3。

7　結論

表3　不同疏干深度時礦山坑道預測涌水量計算表

（1）考慮長度比擬法中使用預測的巷道采掘長度數據是基于礦區的初步規劃基礎上進行的預測可能與礦山實際的巷道采掘長度存在存在差異，因此對長度比擬法預測的礦坑涌水量建議作為對比參考數據使用。

（2）礦山涌水量受地表的布魯希布拉克河及礦體周邊的基巖風化裂隙含水層、基巖構造裂隙含水層的影響較大，這些水文地質條件的概化條件處理是否得當，對運用大井法進行基坑涌水量計算結果存在很大的影響。本次大井法采用直線供水理想化邊界公式計算公式預測礦坑涌水量，同時考慮了概化含水層時在垂直方向滲透系數遞減的影響，計算結果與水文地質比擬法計算結果相比更貼近礦山實際情況，建議礦山坑道涌水量采用大井法分析預測值。

［1］蔣輝，等.專門水文地質學［M］.北京：地質出版社,2007：242-254.

［2］傅大慶，等.新疆昭蘇縣卡拉蓋雷金銅礦水工環地質工程詳查報告［R］.華北地質勘查局五一四地質大隊,2011.

TD742

B

1004-5716（2016）01-0139-03

2015-09-12

傅大慶（1982-），男（漢族），遼寧丹東人，工程師，現從事水文工程地質勘察、地質災害評估勘查相關工作。