關(guān)于露天采礦場(chǎng)涌水量的預(yù)測(cè)方法

郭廣成

（中陜核工業(yè)集團(tuán)二一一大隊(duì)有限公司，陜西 西安 710024）

本文以新疆阿克蘇市硝爾布拉克3號(hào)水泥用石灰?guī)r礦為例，對(duì)露天采場(chǎng)涌水量進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

1 礦山概況

新疆阿克蘇市硝爾布拉克3號(hào)水泥用石灰?guī)r礦位于新疆阿克蘇市230°方位，直線距離48km處，面積0.0144 km2。該礦山開(kāi)采標(biāo)高+1330～+1257m，累計(jì)查明資源量為137.72萬(wàn)噸。開(kāi)拓方式為公路開(kāi)拓、汽車運(yùn)輸，開(kāi)采方式為山坡露天開(kāi)采，采礦方法為自上而下臺(tái)階式開(kāi)采。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 地下水賦存特征

通過(guò)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行深部鉆探及地表水文地質(zhì)調(diào)查證實(shí)：第一，礦區(qū)范圍內(nèi)未見(jiàn)泉露頭；第二，+1257（鉆孔最終深度）m標(biāo)高以上，鉆孔揭穿礦層深度范圍內(nèi)巖溶裂隙不發(fā)育；第三，鉆孔終孔后，終孔穩(wěn)定水位觀測(cè)未發(fā)現(xiàn)地下水，故鉆孔揭露礦層深度范圍內(nèi)沒(méi)有地下巖溶裂隙水，對(duì)開(kāi)采幾乎無(wú)影響。

由于礦區(qū)范圍內(nèi)全部為基巖裸露區(qū)，無(wú)第四系分布，巖溶裂隙不發(fā)育，影響控制著該區(qū)地下水賦存特征。總體而言，該礦區(qū)地下水賦存形式為：以巖溶裂隙水的形式賦存于石灰?guī)r的基巖巖溶裂隙中。

2.2 礦區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

通過(guò)對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)和了解，劃定礦區(qū)為區(qū)域水文地質(zhì)單元補(bǔ)給區(qū)。區(qū)內(nèi)無(wú)地表水體，僅在暴雨季節(jié)發(fā)育南北流向的季節(jié)性河流。由于受區(qū)內(nèi)氣候、地形、地層巖性、構(gòu)造等特征的控制，礦區(qū)范圍內(nèi)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件完整，構(gòu)成次一級(jí)小型水文地質(zhì)單元。

礦區(qū)范圍內(nèi)地下水主要接受大氣降水和冰雪融水的補(bǔ)給，風(fēng)化裂隙不發(fā)育，風(fēng)化深度約1.5m，在基巖裸露區(qū)，降水或雪融水緩慢地通過(guò)地表風(fēng)化裂隙、補(bǔ)給地表風(fēng)化裂隙潛水，通過(guò)圍巖破碎帶或裂隙發(fā)育密集帶直接補(bǔ)給礦床地下水，是礦床地下水的一個(gè)主要補(bǔ)給來(lái)源。通過(guò)礦區(qū)地質(zhì)特征可知：礦區(qū)地下水受地形，地層產(chǎn)狀及構(gòu)造等因素的制約，總體由北西向南東徑流。本區(qū)地下水排泄主要受氣候及地形地質(zhì)條件的制約，通過(guò)地質(zhì)及水、工、環(huán)地質(zhì)調(diào)查可知：本區(qū)為一單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)未見(jiàn)地下水露頭（泉）且蒸發(fā)量是降水量的數(shù)倍以上，上述條件決定了：礦山排水為區(qū)內(nèi)地下水的主要排泄方式，蒸發(fā)和地下徑流為次要排泄方式。降雨多以地表徑流、大氣蒸發(fā)及從采礦場(chǎng)排水溝中自然排泄到區(qū)外，滲入量微弱。總體而言，本區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流條件較差，排泄條件較好，地下水動(dòng)、靜儲(chǔ)量補(bǔ)給有限，區(qū)內(nèi)地下水對(duì)礦區(qū)開(kāi)發(fā)不具制約條件。

2.3 礦床充水因素分析

礦區(qū)范圍內(nèi)無(wú)泉水出露，且?guī)r性全為灰色致密塊狀灰?guī)r，在勘查深度內(nèi)（+1257m）鉆孔施工過(guò)程中無(wú)涌水漏水情況且?guī)r心裂隙不發(fā)育，終孔穩(wěn)定水位觀測(cè)未發(fā)現(xiàn)地下水，故鉆孔揭露礦層深度范圍內(nèi)沒(méi)有地下巖溶裂隙水。礦區(qū)充水的自然因素主要為北高南低的地形；地質(zhì)因素為基巖巖溶裂隙水；人為因素為露天開(kāi)采形成的采坑。充水水源主要為大氣降水。

2.4 巖溶特征

礦區(qū)范圍內(nèi)巖溶特征主要表現(xiàn)為三種形式：裸露地表的碳酸鹽巖表面溶蝕凹槽、小孔洞；巖溶裂隙：節(jié)理、裂隙呈條帶狀、網(wǎng)脈狀發(fā)育。經(jīng)地表觀察，節(jié)理、裂隙傾向延伸20m左右，溶蝕輕微，裂隙微張或緊閉，充填粘土質(zhì)及鈣華層。溶洞：地表水文地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)溶洞。

總之，礦區(qū)巖溶的發(fā)育與我國(guó)北方巖溶發(fā)育特征基本一致，程度較弱，巖溶率小于3%，屬弱巖溶發(fā)育區(qū)。因此，巖溶發(fā)育程度對(duì)礦山資源量估算及開(kāi)采影響較小。

3 預(yù)測(cè)原則

（1）露天采礦場(chǎng)涌水量是由地下水流入采礦場(chǎng)的水量和大氣降水沿地面流入采礦場(chǎng)的水量所組成，大氣降水沿地面流入采礦場(chǎng)的水量可按正常降雨量和設(shè)計(jì)頻率暴雨量分別計(jì)算。

（2）由于受礦區(qū)氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌等自然因素的制約，地下水對(duì)露天采坑的補(bǔ)給甚微，計(jì)算時(shí)可不予考慮地下水涌水量。

（3）預(yù)算范圍。本礦區(qū)水文地質(zhì)條件具有以下特點(diǎn)：礦區(qū)處于相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元之補(bǔ)給區(qū)，周邊地區(qū)沒(méi)有大的地表水體存在，大氣降水是地下水的唯一補(bǔ)給來(lái)源。根據(jù)主礦體所在礦區(qū)的位置，結(jié)合地形條件確定露天采場(chǎng)的范圍，其采場(chǎng)地面形狀為正方形，邊長(zhǎng)約120m。由于采場(chǎng)位于補(bǔ)給區(qū)山頂，故匯水面積亦為采場(chǎng)面積。

4 涌水量計(jì)算方法、公式的選擇及計(jì)算參數(shù)的確定

4.1 計(jì)算方法

利用采礦場(chǎng)所處位置及地形確定采礦場(chǎng)匯水面積，并在當(dāng)?shù)貧庀笳静樵冎辽?0年以上的水文氣象資料，包括歷年雨季降水量、歷年雨季天數(shù)、暴雨強(qiáng)度遞減系數(shù)n、降雨歷時(shí)t、地區(qū)暴雨數(shù)m等參數(shù)，然后按正常降雨量和設(shè)計(jì)頻率暴雨量分別計(jì)算露天采礦場(chǎng)涌水量。

4.2 計(jì)算公式的選擇

正常降雨量時(shí)，流入采礦場(chǎng)的水量Q為：

式中：F——采礦場(chǎng)的匯水面積，m2；

A——?dú)v年雨季日平均降雨量，m；

設(shè)計(jì)頻率暴雨時(shí)，流入采礦場(chǎng)的水量（Qp）可按下式確定：

Qp=FA爆′

式中：A爆——設(shè)計(jì)頻率的雨量，m/日；

4.3 計(jì)算參數(shù)的確定

（1）匯水面積，由圖上礦權(quán)邊界范圍線利用MapGis軟件面積量算功能查詢，面積為14400m2。

（2）歷年雨季日平均降雨量，經(jīng)查詢，每年雨季日平均降雨量（見(jiàn)表1）。

經(jīng)計(jì)算，歷年雨季日平均降水量約為0.00077m。

（3）由于未收集到暴雨強(qiáng)度遞減系數(shù)n、降雨歷時(shí)t、地區(qū)暴雨

數(shù)m等參數(shù)，故無(wú)法計(jì)算設(shè)計(jì)頻率暴雨量，參照鄰區(qū)設(shè)計(jì)頻率暴雨量為0.005m/日。

（4）正常降雨時(shí)和設(shè)計(jì)頻率暴雨時(shí)的地表徑流系數(shù)，查詢地表徑流系數(shù)表（見(jiàn)表2），分別為0.7、0.8。

注：①適用于暴雨徑流量計(jì)算，對(duì)正常降雨徑流量應(yīng)將表中數(shù)值減去0.1～0.2。②當(dāng)巖石有少量裂隙時(shí)，表中數(shù)值減去0.1～0.2，中等裂隙時(shí)，減去0.2，裂隙發(fā)育時(shí)，減去0.3～0.4。③當(dāng)腐殖土、粘性土中含砂時(shí)，按其含量將表中地表徑流系數(shù)值減去0.1～0.2。

5 計(jì)算結(jié)果、修約及精度評(píng)價(jià)

5.1 計(jì)算結(jié)果

5.5.1 正常降雨時(shí)

5.1.2 設(shè)計(jì)頻率暴雨量時(shí)

Qp=FA爆′=14400×0.005×0.8=57.6m3/日，根據(jù)《GB8170-2008數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定》，指定修約間隔為10，則設(shè)計(jì)頻率暴雨量時(shí)，每日流入采礦場(chǎng)的水量Q為60m3/日。

5.2 修約及精度評(píng)價(jià)

考慮歷年雨季日平均降雨量的觀測(cè)序列（n）長(zhǎng)達(dá)21年；但暴雨地表徑流系數(shù)值選用0.7、0.8有較大的誤差。參照GB 15218-94《地下水資源分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，報(bào)告計(jì)算的歷年雨季日平均降雨量（Q），其精度相當(dāng)于D級(jí)，最大誤差范圍在60%～80%以內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

硝爾布拉克3號(hào)石灰?guī)r礦水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，充水因素主要為大氣降水，計(jì)算時(shí)未考慮地下水涌水量。本文著重計(jì)算了正常降雨時(shí)和設(shè)計(jì)頻率暴雨量時(shí)的降雨徑流量，計(jì)算方法相對(duì)簡(jiǎn)單、有效，降雨徑流量較小，對(duì)礦山開(kāi)采影響相對(duì)較小。