新疆某油頁巖礦區的水文地質特征及礦坑涌水量的預測研究

竇祺楓 徐超 余昌輝 鄭翔

（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局七0一隊，新疆昌吉 831100）

1 礦區概況

礦區位于博格達中北部山區低山丘陵地帶，地勢總體南高北低，東高西低，地形起伏變化不大。最高海拔位于礦區西南部為1559.11 米，礦區最低海拔位于白楊河下游河漫灘為1252.67 米，相對高差306.44 米。地下水由西南向東北徑流，最終向河谷谷地排泄。該區域河流侵蝕基準面海拔高為1252.67米。

2 礦區水文地質條件

2.1 含（隔）水層（段）的劃分

根據鉆孔編錄資料、鉆孔簡易水文地質觀測結果以及地層的富水性特征，結合未來地下開采時疏干排水的需求，將礦區地層劃分為三個含水層段。詳見表1。

表1 含（隔）水層（段）劃分一覽表

2.2 礦區地下水的補給、逕流及排泄

礦區南部的中高山區構成了該區域水文地質單元的補給區。該區內發育有白楊河、根葛爾河兩條季節性河流，為地下水進行測向入滲補給提供來源。礦區內地層透水性和富水性較弱，總體上地下水的徑流不暢，交替滯緩。在徑流過程中，隨時接受大氣降水補給，沿山巒斜坡向兩側山谷或低洼地帶運移，在合適地帶又以泉水、溪水的形式排出地表，最終向北部沙漠地帶排泄。

2.3 地下水與地表水間的水力聯系

礦區內常年性地表水體主要有白楊河、根葛爾河地表水和河谷底部第四系砂礫石孔隙潛水可通過構造斷裂帶直接或間接補給礦井地下水，尤其是層間斷裂帶或圍巖裂隙向NW發育。

2.4 含水層之間的水力聯系

通過鉆孔實際控制的情況可知，礦區內基巖裂隙含水層富水性較弱且不均勻，變化較大。礦區地下水由西南向東北徑流補給，潛水水位由高向低徑流補給，含水層之間的水力聯系較密切。

3 礦床充水因素

3.1 地層含水性

根據施工的水文鉆孔抽水試驗成果顯示，該區地下水水量非常小，接近無水，礦區地層的滲透性差，富水性不均勻，整體富水性較弱，該基巖裂隙潛水富水性不均勻，具各向異性的特征，總體上礦區地層巖性不利于礦床充水。

3.2 構造破碎帶對礦床充水的影響

礦區在斷裂構造及褶皺構造的控制和影響下，巖層發育有不同程度的節理、裂隙，能形成一定地下水的賦存空間，為地下水提供了溝通渠道，由于整體地形處于低洼地段，地下水的各個方向匯集于此，裂隙水主要通過礦體（西側）巖石的裂隙直接進入礦坑。在正常排水條件下，構造因素對礦床充水有利。

3.3 大氣降水及暫時性地表水流

礦區中部發育的白楊河、根葛爾河對礦床充水有利，其中白楊河流量為182.33L/s，根葛爾河流量為37.25L/s，白楊河其標高為1307.13～1252.67 米，根葛爾河其標高為1417.50～1320.87 米。礦床充水主要體現為沖毀破壞各類礦山設施，造成人員財產較大損失，并且地下水為直接灌入礦坑內部，地層滲透補給量及補給方式可忽略不計。

4 礦坑涌水量預測

4.1 預測原則

白楊河油頁巖礦主礦體加權平均值標高+1000米以上。根據礦體的分布、埋藏條件及開采難易程度，礦體的開采方式為露天開采。

露天采場涌水量分為兩部分：

①地下水量：大多數礦體位于河水侵蝕基準面以下，當開采深度低于河水水位時對地下水有一定量的補給。根據已施工鉆孔資料顯示，礦區巖石地表風化裂隙發育，深部裂隙逐漸呈閉合狀，因而在一定深度內賦存有風化裂隙潛水，確定巖石為弱含水層，獨立的無壓含水體系。

②大氣降水：以露天采場為獨立的水文地質單元，兩側山脊地段分水嶺為零流量邊界。

③地表水入滲補給：考慮到礦區內白楊河及根葛爾河河流量較大且據礦床露頭較近，對礦坑充水起到有利作用，而后期利用機械排水難度較大，因此在礦床開采前，應先對河床進行改造，使河流以自然排泄的方式經過礦區，遠離礦坑，因此不考慮地表河流的入滲補給量。

4.2 地下水涌水量預測計算方法、計算公式及參數的選擇

本次擬建露天采礦場涌水量預測包括大氣降水和地下水降落漏斗范圍內涌入礦坑的地下水兩個部分，根據《礦區水文地質工程地質勘查規范》（GB∕T 12719-2021）和礦坑涌水量計算規程（DZ/T 0342-2020）相關規范原則，采用公式Q=Q1+Q2計算，再利用大井法預算礦井涌水量（大井法相關參數見表2）。

表2 大井法相關參數計算表

故礦坑地下水涌水量預測采用“大井法”，因ZK0703、ZK1503 均為天頂角為5°的斜孔進行施工，相關計算數據為校正后數據（詳見表3）。

表3 鉆孔潛水水位標高及含水層厚度統計表

（1）計算公式

因基坑緊靠隔水邊界，且d＜0.5R，d 為基坑至隔水邊界距離，R 為影響半徑，采用潛水含水層完整井涌水量計算公式：

（2）參數的選擇

①滲透系數（K）

為了解蘆草溝組含水巖組的含水性，對地質鉆孔ZK0703、ZK1503 進行擴孔，徹底洗井后做不同降深抽水試驗。其巖石平均滲透系數為0.00025m/d。

②含水層厚度（H）

含水層厚度采用第（Ⅱ）含水層真厚度的平均值作為計算參數，詳見表4。

表4 凹陷露天境界降雨量估算

③基坑水位降深（S）

基坑水位降深（S）采用水位標高1393.19 米（鉆孔靜止水位標高的平均值）與第一開采水平標高+1000米之差，即393.19米。

④影響半徑（R）

（3）涌水量預測計算

4.3 露天涌水量估算方法、計算公式及參數選擇

大氣降水沿地面流入采坑的水量按正常降雨量與設計頻率暴雨量分別計算。

正常降雨量時，流入采礦場的水量為：

式中：F—采場的匯水面積，m2；

A—歷年雨季日平均降雨量，m/d；

φ—正常降雨時的地表徑流系數。

設計頻率暴雨量50年一遇的水量為：

φ 值經查表為：正常雨量0.8，暴雨0.7，日降水量最大為34.3毫米。

通過計算（見表4）得出：

礦坑正常涌水量Q=Q1+Q2=733.75m3/d

礦坑最大涌水量Qmax=Q1+Q2max=28341.30 m3/d

5 礦坑涌水量預測結果評價

通過上述大井法對各礦段先期開采地段礦坑涌水量的預算可知：礦區大井法的預算結果地下水降落漏斗范圍內涌入礦坑的地下水的涌水量預測結果為341.30m3/d。

該地區屬于中溫帶大陸性干旱氣候，年平均降水量為168.20mm。在6 月至10 月的暴雨季節，應加強排水，做好油井開采系統周圍的防洪措施，采礦權持有人應特別注意未來的礦山排水方式。根據露天礦存在凹陷露天（降雨和地下涌水）、露天境界涌水量，采取不同的方法進行防治，凹陷露天采用水泵機械排水；露天境界外應挖筑防洪截水溝攔截降雨流入露天采坑內；礦區內河流較多，各露天礦礦區集水范圍內河流引水通道應采取適當措施，防止采礦生產造成河流滲水，導致凹陷露天礦邊界徑流大量增加。

為了提前避免發生相關透水、突水等事故，開采過程中提前作好超前探水等預測工作手段，充分預留保護防水巖柱，防止各類突水事故的產生。進一步做到“有疑必探，先探后掘”的原則做好預測及各類防水工作。