粵北湖子鈾礦床鉆孔抽水試驗(yàn)及礦坑涌水量預(yù)測(cè)

高君健

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊(duì)， 廣東 廣州 510800）

湖子礦床位于粵北山區(qū)，經(jīng)過前期多年勘查工作，基本查明了礦床的水文地質(zhì)條件，礦床北北東向斷裂構(gòu)造是區(qū)內(nèi)控礦構(gòu)造也是含水導(dǎo)水構(gòu)造，構(gòu)造裂隙脈狀承壓水是礦床的主要充水水源和直接充水水源。為獲得準(zhǔn)確水文地質(zhì)參數(shù)和預(yù)測(cè)礦坑涌水量，在礦床詳查期間，對(duì)水文地質(zhì)條件最為復(fù)雜的礦床南部的主要含水構(gòu)造帶上施工了一個(gè)專門水文地質(zhì)鉆孔并進(jìn)行了抽水試驗(yàn)工作[1]。

1 試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)

礦床南部施工了專門水文地質(zhì)鉆孔ZK104－5，鉆孔為垂直孔，開孔孔徑為150 mm，終孔孔徑為91 mm，終孔孔深301.09 m。利用地質(zhì)鉆孔ZK104－1－2、ZK103－2作為觀測(cè)孔（見圖1），開展了抽水試驗(yàn)工作：抽水類型為承壓水完整井多孔抽水試驗(yàn)，抽水設(shè)備為深井泵，泵放置處鉆孔孔徑為130 mm，抽水量的調(diào)節(jié)利用變頻器，水位觀測(cè)工具為測(cè)繩，流量測(cè)量工具為直角三角堰，抽水試驗(yàn)歷時(shí)50多小時(shí)，共進(jìn)行了3次水位降深，S1=23.52 m、S2=16.22 m、S3=11.25 m，恢復(fù)水位觀測(cè)歷時(shí)18.5 h（見表1、下頁表2），其中ZK103-2孔在抽水試驗(yàn)期間沒有觀測(cè)到水位變化。

2 水文地質(zhì)參數(shù)確定與計(jì)算

鉆孔抽水類型為承壓水完整井多孔抽水試驗(yàn)，故選取以下公式計(jì)算滲透系數(shù)。

圖1 抽水試驗(yàn)孔與觀測(cè)孔平面位置示意圖

表1 鉆孔ZX104-5抽水試驗(yàn)記錄表（部分摘取）

式中：K 為滲透系數(shù)，m/d；Q 為鉆孔涌水量，m3/d；S為抽水試驗(yàn)降深，m；M為含水層厚度，m；R為抽水影響半徑，m；r為鉆孔半徑，m。

本次計(jì)算中，鉆孔含水層厚度M由水文工程地質(zhì)編錄確定，M=41.86 m；鉆孔半徑r由抽水泵放置部位鉆孔孔徑確定，r=0.065 m；抽水試驗(yàn)鉆孔ZK104-5與觀測(cè)孔ZK104-1-2在相鄰勘探線上，鉆孔均揭露同一含水含礦構(gòu)造6009號(hào)帶（見圖1），ZK104-5抽水試驗(yàn)3次降深過程中，觀測(cè)孔ZK104-1-2水位變化均非常小，可利用作圖法確定鉆孔抽水影響半徑（見圖2），R=14 m。由此可以取得本次試驗(yàn)滲透系數(shù)K=5.904×10-2m/d。

表2 觀測(cè)孔ZK104-1-2水位記錄表（部分摘取）

圖2 ZK104-5抽水試驗(yàn)降深曲線示意圖

3 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

根據(jù)礦床水文地質(zhì)條件和抽水試驗(yàn)實(shí)際情況，本次選用大井法預(yù)測(cè)最低開采標(biāo)高礦坑最大涌水量。

“大井”法公式

“大井”影響半徑式中：Q為預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)開采標(biāo)高礦坑涌水量，m3/d；S為設(shè)計(jì)坑道水位降深，m；K為滲透系數(shù)，m/d；M為含水層平均厚度，m；R0為“大井”影響半徑，m；r0為“大井”引用半徑，m。

本次計(jì)算過程中，滲透系數(shù)K=5.904×10-2m/d（前文計(jì)算所得）；結(jié)合前期勘查地質(zhì)鉆孔水文地質(zhì)編錄和本次抽水孔水文地質(zhì)編錄確定M=27.73 m；礦床南段鉆孔靜止水位標(biāo)高平均值為280.076 m；礦床南部主要礦體最低標(biāo)高為100.80 m。則最大降深值S=179.276 m，對(duì)應(yīng)礦坑影響半徑

根據(jù)南部礦體賦存規(guī)律和礦床地形地質(zhì)條件，最低開采標(biāo)高的擬設(shè)計(jì)礦窿面積F2=200×50=10000 m2，礦窿周長 P=2×(200+50)=500 m，則大井引用半徑r0=P/2π=79.577 m。根據(jù)“大井”法公式可計(jì)算出6009號(hào)帶南部最低開采標(biāo)高礦坑涌水量Q=987.097 m3/d，最低開采標(biāo)高水位降深影響半徑為435.607 m。

4 存在的問題

“大井法”作為地下水動(dòng)力學(xué)方法，為理想化模型，計(jì)算公式適用于各項(xiàng)均質(zhì)含水層。但湖子鈾礦床地下水為非均質(zhì)的脈狀裂隙含水層，影響了計(jì)算的精度。

礦床斷裂構(gòu)造既是含礦構(gòu)造也是含水構(gòu)造，礦體與構(gòu)造帶內(nèi)地下水聯(lián)系密切。斷裂構(gòu)造帶內(nèi)承壓裂隙水呈大脈狀分布，脈與脈之間水力聯(lián)系較差。當(dāng)?shù)V體開采時(shí)，大規(guī)模抽排水會(huì)加強(qiáng)各脈體之間的水力聯(lián)系，因此實(shí)際涌礦坑涌水量會(huì)超過上述理論值。

[1]鈾礦水文地質(zhì)勘探規(guī)范：EJ/T299—1998[S].北京：中國核工業(yè)總公司，1998.