陜西省鎮(zhèn)安縣東溝金礦生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量預(yù)測(cè)方法對(duì)比

郭昂青

（黑龍江省齊齊哈爾礦產(chǎn)勘查開發(fā)總院，黑龍江齊齊哈爾161006）

1 礦區(qū)概況

礦區(qū)位于陜西省鎮(zhèn)安縣張家鄉(xiāng)，面積1.08 km2.礦區(qū)地處秦嶺南麓低中山區(qū)，山脈多呈東西向展布，地勢(shì)北西高，東南低，地形切割強(qiáng)烈［1］.由灰?guī)r組成的山系多形成陡峭的山坡或懸崖峭壁，由頁巖組成的山坡則比較平緩，地形有利于降水的自然排泄.勘查區(qū)范圍內(nèi)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為900 m.礦體主要賦存于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上.礦體附近無地表水體.

本區(qū)1970～2008年歷年最大降雨量1244.1 mm（1983年），最小降水量 506.7 mm（1997年），相差737.4 mm.多年平均降水量760.2 mm，一般600～1000 mm，每年6～8月份為雨季，降水量359.8 mm，占年降水量的47.3%.

礦區(qū)現(xiàn)有3個(gè)中段坑道系統(tǒng)，分別為1150 m中段長度3274 m、1110 m中段長度3959 m和1050 m中段長度3437 m.

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 主要充水含水層分布及特征

2.1.1 碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層

主要分布于礦區(qū)北西及南西部，走向北西，主要由石炭系中統(tǒng)四峽口組（C2s）和石炭系下統(tǒng)袁家溝組（C1y）薄—中厚層狀灰?guī)r組成.在裂隙發(fā)育、碳酸鹽純度較高巖溶發(fā)育的地帶，地下水流量大小隨季節(jié)和降雨量變化顯著，泉流量大于0.80 L/s.礦區(qū)巖溶主要分布于 1290～1270 m、1214～1197 m、951.20～950.71 m 三個(gè)標(biāo)高段，且從上至下巖溶發(fā)育程度逐漸減弱，規(guī)模逐漸變?。?］.本層富水性弱—中等，為礦區(qū)主要充水含水層.

2.1.2 碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶含水層

主要分布于礦區(qū)中部丘嶺背斜的兩翼，東溝四周的陡坡上和礦區(qū)北部.由泥盆系上統(tǒng)南羊山組上段（D3n3）、中段（D3n2）、中統(tǒng)楊嶺溝組上段（D2y3）、中段（D2y2）礫狀生物碎屑—粒屑灰?guī)r、中薄層狀泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖、粉砂巖等細(xì)碎屑巖組成.巖溶發(fā)育較弱.在斷裂構(gòu)造發(fā)育和裂隙密集地帶，巖溶較發(fā)育，但規(guī)模較小.當(dāng)鉆孔揭露到該層灰?guī)r地段時(shí)，普遍漏水.該巖組巖溶、含水性、導(dǎo)水性不均，地下水位一般埋深均在100 m以下.地下水主要在地勢(shì)低洼和斷裂帶附近以泉的形式排泄，泉水流量0.11～1.15 L/s.本層富水性弱—中等，為礦區(qū)主要充水含水層.礦體賦存于南羊山組地層內(nèi)，賦礦圍巖為泥灰?guī)r、粉砂巖夾粉砂質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)砂巖.

2.1.3 斷裂構(gòu)造含水帶

礦區(qū)地下水主要受斷裂構(gòu)造控制，雖然圍巖富水性中等—弱，甚至不含水，賦礦斷裂帶含水微弱，但在橫向和斜交斷裂的應(yīng)力作用下，形成了脈狀承壓含水帶.由于斷裂構(gòu)造的力學(xué)性質(zhì)、方向和規(guī)模不同，對(duì)礦床的充水程度也不同.如北東向斷裂含水帶富水性中等，局部較強(qiáng)，坑道最大涌水量3.43 L/s，為礦區(qū)主要充水含水帶.

2.2 隔水層

礦區(qū)內(nèi)分布的頁巖、粉砂巖、灰?guī)r在節(jié)理裂隙不發(fā)育巖石完整地帶，其含水性、透水性極弱，基本不透水，可視為隔水層.此外，壓扭性斷裂帶也可視為相對(duì)隔水層.

2.3 礦區(qū)地下水補(bǔ)給徑流排泄條件

大氣降水是礦區(qū)地下水最主要的補(bǔ)給來源，也是礦床主要充水水源，降水通過地表風(fēng)化帶、巖溶發(fā)育帶及構(gòu)造裂隙發(fā)育帶滲入而補(bǔ)給地下水.天然狀態(tài)下地下水通過斷裂破碎帶、裂隙密集帶和灰?guī)r溶隙徑流，在地勢(shì)低洼處以泉的形式排泄于地表溝溪.地下水由北、東、西三面向礦區(qū)匯集，總體流向與地形坡向基本一致，水力坡度小于地形坡度.在礦坑排水的強(qiáng)烈干擾下，礦區(qū)地下水環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，致使地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件急劇改變.

2.4 水文地質(zhì)邊界條件

坑道系統(tǒng)的上部邊界為大氣降水補(bǔ)給邊界；北、東、西側(cè)向邊界為地下水側(cè)向補(bǔ)給邊界，南側(cè)邊界為地下水側(cè)向排泄邊界.

3 生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量預(yù)測(cè)

生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量預(yù)測(cè)是為礦山排水設(shè)計(jì)提供重要的基礎(chǔ)依據(jù)，對(duì)礦山安全生產(chǎn)具有重要的意義.目前主要的預(yù)測(cè)方法有：解析法、數(shù)值法、Q-S曲線外推法、相關(guān)外推法、水均衡法及比擬法.根據(jù)礦區(qū)的水文地質(zhì)條件、勘探坑道系統(tǒng)長期排水量動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料和鉆孔抽水試驗(yàn)資料，分別采用水文地質(zhì)比擬預(yù)測(cè)法和Q-S曲線外推預(yù)測(cè)法，對(duì)礦區(qū)將來生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè).

由于最上部的1150 m中段坑道系統(tǒng)地下水已處于疏干狀態(tài)，故本次只進(jìn)行1110 m和1050 m中段坑道系統(tǒng)的涌水量預(yù)測(cè).

3.1 坑道系統(tǒng)充水條件

3.1.1 充水水源

根據(jù)區(qū)域和礦區(qū)的水文地質(zhì)條件，礦區(qū)坑道系統(tǒng)的充水水源以大氣降水為主，地下水儲(chǔ)存量為輔.

3.1.2 充水通道

上部（1150 m中段以上）充水通道主要為巖溶通道、構(gòu)造風(fēng)化裂隙通道.中部充水通道（1150～1110 m中段）以風(fēng)化構(gòu)造裂隙通道為主.下部（1110～1050 m中段）充水通道主要為構(gòu)造裂隙通道.此外，還存在人為充水通道（鉆孔、風(fēng)鉆炮眼、放炮震開裂隙等充水通道）.

3.1.3 充水強(qiáng)度

根據(jù)各中段坑道系統(tǒng)排水量長期觀測(cè)資料，1110 m中段坑道系統(tǒng)充水強(qiáng)度，枯水期平均為2.46 L/s，豐水期平均為4.41 L/s.1050 m中段坑道系統(tǒng)充水強(qiáng)度，枯水期平均為1.41 L/s，豐水期平均為13.84 L/s.根據(jù)本次坑道系統(tǒng)排水量長期觀測(cè)資料，最大排水量為3124.48 m3/d，屬中水礦山.

3.2 坑道系統(tǒng)涌水量預(yù)測(cè)方法

3.2.1 水文地質(zhì)比擬預(yù)測(cè)法

該方法是以相似比擬理論為基礎(chǔ)建立起來的.要求比擬地段的水文地質(zhì)條件與預(yù)測(cè)地段的水文地質(zhì)條件相似.此方法最適用于已勘探礦區(qū)深部水平（中段）和外圍礦段的涌水量預(yù)測(cè)，也可用于具相似條件的新礦區(qū).該方法一般是在整理坑道系統(tǒng)排水量和掘進(jìn)資料的基礎(chǔ)上，求得某些真實(shí)的坑道系統(tǒng)水文地質(zhì)指標(biāo)，并做為比擬因子進(jìn)行預(yù)測(cè)的.

本次采用了富水系數(shù)比擬法和單位涌水量比擬法.其預(yù)測(cè)的1110 m中段和1050 m中段生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量見表1.

3.2.2 Q-S曲線外推預(yù)測(cè)法

利用礦區(qū)抽水試驗(yàn)孔三次降深的抽水試驗(yàn)資料，建立Q-S曲線方程，進(jìn)行外推降深和井徑換算來預(yù)測(cè)坑道系統(tǒng)的涌水量.降深允許外推范圍，一般不超過抽放水試驗(yàn)最大降深的2～3倍.此法的優(yōu)點(diǎn)在于避開了求取各種水文地質(zhì)參數(shù)，計(jì)算簡(jiǎn)便［3］.因此，它適用于水文地質(zhì)條件復(fù)雜，且難于取得有關(guān)參數(shù)的礦區(qū).

本次利用Q-S曲線外推法，對(duì)1110 m中段和1050 m中段坑道系統(tǒng)進(jìn)行了涌水量預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)的坑道系統(tǒng)涌水量見表1.

4 生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量預(yù)測(cè)方法對(duì)比

4.1 水文地質(zhì)比擬預(yù)測(cè)法

水文地質(zhì)比擬法中的富水系數(shù)比擬法和單位涌水量比擬法所采用的計(jì)算參數(shù)Q0（勘探坑道系統(tǒng)實(shí)際排水量），分別由1110 m中段和1050 m中段勘探坑道系統(tǒng)實(shí)際排水量長期觀測(cè)得來；S0（勘探坑道系統(tǒng)實(shí)際降深）由長期觀測(cè)孔地下水水位平均值確定；F0（勘探坑道系統(tǒng)實(shí)際疏干面積）分別根據(jù)1110 m中段和1050 m中段坑道系統(tǒng)分布范圍，在1∶1000水文地質(zhì)圖上確定.由此可見，預(yù)測(cè)計(jì)算所采用的參數(shù)精度較高.預(yù)測(cè)的生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量接近勘探坑道系統(tǒng)實(shí)測(cè)排水量（1110 m中段生產(chǎn)和勘探坑道系統(tǒng)最大涌水量相差0.07～0.30倍，1050 m中段生產(chǎn)和勘探坑道系統(tǒng)最大涌水量相差 0.12～0.65倍，見表 1）.

表1 礦區(qū)生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量預(yù)測(cè)方法對(duì)比表Table 1 Forecasting methods for inflow in the production tunnel system of mine

4.2 Q-S曲線外推預(yù)測(cè)法

Q-S曲線外推法所采用的計(jì)算參數(shù)Q孔（鉆孔外推涌水量）為水文地質(zhì)孔抽水試驗(yàn)外推的鉆孔涌水量.F（大井影響面積）根據(jù)1110 m中段和1050 m中段坑道系統(tǒng)分布范圍，從1∶1000水文地質(zhì)圖上確定.S（鉆孔外推降深）根據(jù)長期觀測(cè)孔地下水水位資料確定.r井（大井引用半徑）與r孔（鉆孔半徑）相差3710倍，.由此可見，預(yù)測(cè)計(jì)算所采用的參數(shù)精度不高.預(yù)測(cè)的生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量與勘探坑道系統(tǒng)實(shí)測(cè)排水量相差較大（1110 m中段生產(chǎn)和勘探坑道系統(tǒng)最大涌水量相差9.69倍，1050 m中段生產(chǎn)和勘探坑道系統(tǒng)最大涌水量相差0.98倍，見表1）.

5 結(jié)語

由水文地質(zhì)比擬法和Q-S曲線外推法預(yù)測(cè)的1110 m中段和1050 m中段生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量，與1110 m中段和1050 m中段勘探坑道系統(tǒng)的實(shí)際排水量對(duì)比可以看出，利用水文地質(zhì)比擬法預(yù)測(cè)的生產(chǎn)坑道系統(tǒng)涌水量，比較接近勘探坑道系統(tǒng)的實(shí)際排水量.以此方法預(yù)測(cè)的生產(chǎn)坑道系統(tǒng)最大涌水量，可以作為生產(chǎn)坑道系統(tǒng)設(shè)計(jì)排水量的依據(jù).對(duì)條件類似的礦山可采用水文地質(zhì)比擬法預(yù)測(cè)坑道系統(tǒng)的涌水量.

［1］地質(zhì)部水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究隊(duì).水文地質(zhì)手冊(cè)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1978.

［2］西安地質(zhì)學(xué)院，等.水文地質(zhì)學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1979.

［3］房佩賢，衛(wèi)中鼎，廖資升.專門水文地質(zhì)學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社,1996.