露天轉地下礦山的坑內涌水量預測

普文周

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

長安金礦區位于金平縣城270°方向，平距約10 km，隸屬金平縣銅廠鄉銅廠村委會管轄。礦山2003年建礦，于2015年6月底露采結束，之后轉為坑內開采。礦區水文地質勘探類型屬以裂隙巖溶含水層直接充水為主的中等偏復雜類型。露天開采轉為坑內開采后，預測可靠的礦坑涌水量是礦床開采設計水文地質工作的中心課題。

1 礦區地質概況

礦區位于懂棕河斷裂北側，屬麗江—金平地層分區之金平地層小區，為一套被動陸緣的半深海斜坡扇沉積(O)、陸棚—碳酸鹽巖臺地沉積(S-P)。區褶皺和斷裂構造的復合作用是形成長安金礦的重要構造條件。

礦區出露地層從新到老依次為第四系人工堆積物(Qs)、殘坡積物(Qedl)、志留系上中統康廊組(S2-3k)、奧陶系—志留系大坪子組(OSdp)、奧陶系中統南板河組(O2n)、奧陶系下統向陽組(O1x)。

2 礦區水文地質特征

礦區地處滇南低緯度高原地區，地處北回歸線以南，具有垂直氣候分帶復雜、低緯山原型季風氣候特點，屬熱帶濕風無寒地區。雨量充沛，根據金平縣氣象局1965—2018年觀測資料統計，年降水量達1 937.7～2 839.1 mm，多年平均降水量2 169.15 mm，日最大降水量197.2 mm。每年的5—10月為雨季，降雨集中，多大雨和暴雨，雨季多年平均降水量1 779.98 mm，占全年降水量的82 %；11月至次年4月為旱季，晴天多日照、風速大、雨量稀少，旱季多年平均降水量389.17 mm，占全年降水量的18 %。多年平均氣溫18.0 ℃。

2.1 礦區含、隔水層

礦區出露地層較簡單，可劃分為3個含水層：①第四系(Q)松散孔隙含(透)水層(對礦床充水影響不大)；②志留系中上統康朗組(S2-3k)、奧陶系上統—志留系下統大坪子組(OSdp)、奧陶系中統南板河組三段(O2n3)碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層(對礦床開采有影響，為礦床開采底板間接充水含水層)；③奧陶系中統南板河組一段(O2n1)、二段(O2n2)、下統向陽組二段(O1x2)碎屑巖裂隙含水層(未來開采礦體多分布于該含水層水位之下，構成礦床直接充水含水層)。

2.2 地下水的補給、徑流、排泄條件

礦區為一個較完整的水文地質單元，地下水主要補給來源為大氣降水。各含水層在其露頭區接受大氣降水下滲補給后，徑流方向受巖性、構造、地形控制，一般由地形高處向地形低洼處徑流，未開采前總體流向為由南東流向北西，在地形、巖性、構造有利部位排泄，總體匯入區內主要河流—魚禮河。長安礦段露天采場和坑道排水后，逐漸形成了以采礦系統為中心的地下水降落漏斗，改變了礦區地下水的原始徑流方向，現采坑四周地下水均向采坑中心匯集，以滴水、淋水及涌水的方式集中排泄。

2.3 地下水動力條件

大氣降水為礦區地下水的主要補給來源，大氣降水和礦區西側S2-3k巖溶裂隙水產生的地表徑流通過裂隙轉為地下徑流，水文地質邊界清楚。S2-3k巖溶裂隙含水層分布區，大氣降水除蒸發外，一部分形成地表徑流，順山坡、溝谷匯入魚禮河排泄；另一部分通過巖溶洼地、節理裂隙及第四系松散層與基巖接觸面滲入地下形成潛流，呈水平散流或集中徑流，也流向魚禮河方向排泄。O1x碎屑巖裂隙水垂向上通過層間裂隙、垂直節理、構造裂隙帶，補給到更深的含水層，在坑采階段經生產坑道揭露而流出，現階段部分地下水在采坑坑幫溢出匯入采坑，通過機械排泄。

3 礦坑涌水量預測

3.1 涌水量估算

礦山目前露天開采已經結束，目前正在進行地下開采工程建設。開采范圍為采礦權范圍內10～9#勘探線平面范圍，豎向標高1 542～1 250 m之間。開采順序豎向上由上往下，平面上由回風井向進風井后退式開采。采礦方法為無底柱分段崩落法與淺孔留礦法，1 350 m標高以上采用無底柱分段崩落法為主，淺孔留礦法為輔，1 250～1 350 m標高之間采用淺孔留礦法。1 450 m標高以上的水，利用1 450 m排水平硐自流排出地表；1 250～1 450 m標高之間的水經1 250 m排水系統由電梯井排至1 450 m排水平硐，經自流排出地表，見圖1。

圖1 井下總體的巷道模型與露天坑的示意圖

該次涌水量估算根據排水方式及開采順序，分2個時段來估算。第一時段為開采至1 450 m中段時的涌水量，第二時段為開采至1 250 m中段時的涌水量。根據采礦專業圈定的1 250 m移動范圍、1 250 m冒落帶范圍、1 450 m冒落帶范圍以及1 604 m閉合圈，見圖2。將開采至1 450 m及開采至1 250 m中段的涌水量分為如下幾個部分進行估算，見表1。

圖2 采礦移動范圍、冒落帶范圍及1 604 m封閉圈關系圖

表1 涌水量估算分區表

圖3 開采至1 450 m中段時地表水估算范圍分區圖

圖4 開采至1 250 m中段時地表水估算范圍分區圖

3.2 開采至1 450 m中段時的涌水量估算

(1)Q1(移動范圍降雨滲入量)

采用公式：Q=F·H·ψ

式中：

Q——1 250 m移動范圍并扣除1 604閉合圈及1 450 m冒落帶范圍的降雨入滲量，m3/d；

F——1 250 m移動范圍并扣除1 604閉合圈及1 450 m冒落帶范圍的匯水面積(采用采礦專業提供的圖件，在圖上測得面積)，m2；

H——降雨量(雨季一日最大降雨量取歷史最大日降水量)，m；

ψ——降雨入滲系數(礦體近乎垂直產出，開采順序從上到下，冒落帶直接溝通地表，礦體上部無塑形隔水層，根據采礦設計手冊礦產地質卷1 150頁滲入系數參考值)。

(2)Q2(1 450 m冒落帶及1 604閉合圈滲入量)

采用公式：Q=F·H·ψ

式中：

Q——1 604閉合圈及1 450 m冒落帶范圍的降雨入滲量，m3/d；

F——1 604閉合圈及1 450 m冒落帶范圍的匯水面積(采用采礦專業提供的圖件，取兩者交集，在圖上測得面積)，m2；

H——降雨量(雨季1日最大降雨量取歷史最大日降水量)，m；

ψ——降雨入滲系數(礦體近乎垂直產出，采礦方法為崩落法，且封閉圈區域內的水無條件截流外排，故取值1)。

(3)1 450 m中段地下涌水量

礦體在1 600 m標高以下近乎垂直，故涌水量的計算采用廊道法計算：

式中：

Q——1 450 m礦坑涌水量，m3/d；

B——1 450 m巷道長度，根據采礦提供中段平面圖，測量得出；

K——據水工環地質報告進行取值；

h1——平巷至靜止水位的距離；

h2——平巷中的水頭高度；

開采至1 450 m中段時的涌水量估算結果為：①+②+③。

3.3 開采至1 250 m中段時的涌水量估算

開采至1 250 m中段時的涌水量估算也是采用上述同樣的方法，對Q3、Q4及1 250 m中段地下涌水量進行估算，然后求和得到開采至1 250 m中段時的涌水量。

4 預測結果驗證

目前長安金礦1 450 m以上總的開拓系統已形成，礦山對1 450 m中段涌水量進行了實測，1 450 m中段的實測涌水量與預測涌水量基本相同。

5 結 語

綜上所述，露天轉地下礦山的坑內涌水量的預測除了考慮地表水的下滲以及地下水充水因素的影響，還要充分考慮采礦移動范圍、冒落帶范圍、露天截洪溝的設置等因素的影響。礦坑涌水量預測的可靠程度將會直接影響礦床的合理開發和安全生產。