礦區(qū)水文地質(zhì)的分析與涌水量計(jì)算

嚴(yán) 強(qiáng)

（山西省潞安集團(tuán)漳村礦，山西 長(zhǎng)治 046032）

在礦區(qū)排水工程建設(shè)、排水設(shè)備選取中，必須要對(duì)礦區(qū)涌水量進(jìn)行計(jì)算， 計(jì)算結(jié)果直接決定著礦區(qū)能否安全生產(chǎn)和合理開(kāi)發(fā)，所以進(jìn)行礦區(qū)涌水量計(jì)算意義重大。當(dāng)前計(jì)算礦區(qū)涌水量的方法很多，并且大多較為復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)水文條件來(lái)選擇，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中結(jié)果也會(huì)存在很大的差異，因此在實(shí)際計(jì)算時(shí)一定要慎而重之。

1 礦區(qū)簡(jiǎn)介

某金屬礦區(qū)，東西長(zhǎng)約2.5km，南北長(zhǎng)約4.5km，現(xiàn)該礦已經(jīng)探明存儲(chǔ)有金屬銅100 萬(wàn)噸、銻80 萬(wàn)噸以及其他一些金屬礦床。礦區(qū)設(shè)計(jì)露天開(kāi)挖，開(kāi)采場(chǎng)地設(shè)計(jì)高程為401-636m，開(kāi)采上口面積為0.95km2， 礦區(qū)最低高程設(shè)計(jì)為304m， 底面積則為1.029 5km2。 為了科學(xué)確定礦區(qū)開(kāi)采排水設(shè)施，必須要對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)情況進(jìn)行分析，對(duì)礦區(qū)涌水量進(jìn)行計(jì)算，為工程設(shè)計(jì)及設(shè)備選取提供依據(jù)。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)情況分析

2.1 礦區(qū)地下水

經(jīng)過(guò)工程勘測(cè)人員勘測(cè)，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)的巖石主要有凝灰?guī)r類(lèi)、花崗巖類(lèi)、閃長(zhǎng)巖類(lèi)及第四系松散堆積層等，前三種巖石主要位于礦區(qū)的西部、南部與東北部，而第四系松散堆積層則主要分布在礦區(qū)下游斜坡及溝谷等地帶。 整個(gè)礦區(qū)的地下水主要有松散巖類(lèi)孔隙水、基巖類(lèi)裂隙水兩部分。（1）基層類(lèi)裂隙水。基層巖類(lèi)裂隙水占礦區(qū)地下水的大部分， 大多數(shù)賦存于巖石節(jié)理裂隙當(dāng)中，其厚度與基巖風(fēng)華帶厚度大致相當(dāng)，大多數(shù)為25-40m，而最后處達(dá)到了100m。 而整個(gè)基巖的發(fā)育由于巖性的差異而存在不同，從整個(gè)礦區(qū)分布來(lái)說(shuō)，花崗巖＜閃長(zhǎng)巖＜凝灰?guī)r。（2）松散巖類(lèi)孔隙水。 松散巖類(lèi)孔隙水在不同地段分布差異很大，地下水位的埋深大部分處于7-44m，最后處達(dá)到了85m。 而對(duì)于整個(gè)礦區(qū)地下水分布來(lái)說(shuō)，上層主要為潛水含水層，但是一些區(qū)域因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造因素使得其變?yōu)槌袎核?但是因?yàn)檎麄€(gè)松散巖層具有較多的粘土，富水性差，膠結(jié)性好，因此整個(gè)松散層水流量通常均不超過(guò)1L/S[1]。

2.2 礦區(qū)內(nèi)的徑流、補(bǔ)水及排泄

（1）徑流。 經(jīng)過(guò)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，該礦區(qū)地下水總體上呈現(xiàn)為從上游向下游徑流，從斜坡兩側(cè)向溝內(nèi)徑流。 徑流流動(dòng)時(shí)，因?yàn)楹噘|(zhì)較多，同時(shí)受到弱透水層及一些完整巖石的影響，局部露出地表形成地表水。（2）補(bǔ)水。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該礦區(qū)內(nèi)地下水大多數(shù)依靠大氣降水來(lái)補(bǔ)給，主要補(bǔ)給區(qū)是上游松散的堆積區(qū)、坡積區(qū)及基巖出露區(qū)。但是因?yàn)檎麄€(gè)礦區(qū)山谷在上游的坡度較大，這些補(bǔ)給區(qū)面積有限，因此地下水水量補(bǔ)給并不是很多。（3）排泄。松散層堆積及巖石節(jié)理裂隙發(fā)育等存在差異， 導(dǎo)致沖溝巖石透水性存在較大差異，最終使得溝水部分區(qū)域出現(xiàn)斷流現(xiàn)象[2]。

2.3 礦區(qū)水文條件分析

經(jīng)過(guò)以上水文地質(zhì)情況調(diào)查，該礦在前期開(kāi)挖時(shí)，礦坑當(dāng)中主要水源為松散層潛水，而當(dāng)將松散層挖透之后，礦坑內(nèi)的主要水源就主要以基層裂隙水為主了。 基層裂隙水水量受到基層裂隙的影響，而隨著礦坑的不斷開(kāi)挖，周邊基巖裂隙發(fā)育不斷降低，礦坑內(nèi)必然會(huì)被疏干，此時(shí)礦區(qū)涌水量會(huì)明顯降低。 另外，大氣降水會(huì)直接進(jìn)入礦坑內(nèi)， 并且大氣降水引起的一些地表徑流也可能匯入礦坑。

3 礦區(qū)涌水量計(jì)算

3.1 公式選取

該礦區(qū)露天上口實(shí)際為1 402.7m×1 020.8m，這樣其長(zhǎng)寬比例則為1.37:1，總體形態(tài)呈圓形，因此在計(jì)算涌水量時(shí)，采用了大井法：

在以上三式中，滲透系數(shù)k 是礦井滲透系數(shù)，單位為m/d。r0是礦井大井所用半徑，單位為m，使用公式（2）進(jìn)行計(jì)算。 在公式（2）中，F(xiàn) 是整個(gè)礦井的開(kāi)挖面積，R0是影響半徑，單位為m，使用公式（3）計(jì)算。 在公式（3）中，H 是礦井含水層的平均厚度，單位為m。 公式中Sw是礦井內(nèi)水位下降值，單位為m。 整個(gè)計(jì)算中參數(shù)r0、R0、H、Sw等均來(lái)自實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或圖面量取[3]。

3.2 礦區(qū)涌水量計(jì)算水平的劃分

對(duì)于礦區(qū)涌水量水平劃分，主要考慮因素是基巖風(fēng)化帶的實(shí)際發(fā)育情況，在該礦中，主要?jiǎng)澐至藘蓚€(gè)計(jì)算水平：（1）中等風(fēng)化帶頂面以上；（2）開(kāi)挖底界到中等風(fēng)化帶頂面。 先期勘測(cè)資料顯示，整個(gè)礦區(qū)覆蓋層存在一定差異，總體厚度在0-60.5m。 整個(gè)礦區(qū)，溝岸較厚，沖溝內(nèi)薄，江側(cè)較厚，礦坑上部則較薄。 經(jīng)過(guò)對(duì)比資料及分析最終確定，礦區(qū)覆蓋層厚度大約為40m，強(qiáng)風(fēng)化帶的厚度為25-40m，最厚處可能達(dá)到100m。 按照最大值為中等風(fēng)化帶厚度來(lái)計(jì)算，中等風(fēng)化帶至地表約厚140m。 另外整個(gè)礦區(qū)高程為518m，因此兩個(gè)計(jì)算水平分別為404m 和374m。

3.3 公式中k 的確定

對(duì)于滲透系數(shù)k 來(lái)說(shuō)，不同厚度其值是不同的，中等風(fēng)化帶頂面以上這一計(jì)算水平中，有中等風(fēng)化帶、松散帶、基巖強(qiáng)風(fēng)化帶，因此滲透系數(shù)要取這三個(gè)滲透系數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算。 表1 為四組抽水試驗(yàn)的數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的滲透系數(shù)，通過(guò)計(jì)算，最后確定該計(jì)算水平滲透系數(shù)的平均值為0.33 158。

表1 404 計(jì)算水平勘測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

開(kāi)挖底界到中等風(fēng)化帶頂面這一計(jì)算水平，因?yàn)楫?dāng)開(kāi)挖至404m 以下之后，基巖滲透系數(shù)不斷降低，通過(guò)計(jì)算定量注水或降水頭等試驗(yàn)，計(jì)算出了滲透系數(shù)，如表2 所示。 該數(shù)據(jù)共分三個(gè)區(qū)間，第一區(qū)間為小于0.001，有兩個(gè)，平均值為0.000 639，在整體中占8%；第二區(qū)間為0.001-0.01，有15 個(gè)，平均值為0.00 453，在整體中占60%；第三區(qū)間為0.01-0.04，有8 個(gè)，平均值為0.0 227，在整體中占32%。 經(jīng)計(jì)算，這25 組數(shù)據(jù)區(qū)間值為0.00 057-0.0 397， 而平均值則為0.01。 對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值為0.0 063。 并且結(jié)合滲透系數(shù)在第二區(qū)間中占大部分的實(shí)際情況，該范圍內(nèi)的值大多數(shù)均是從較深處測(cè)得的，其對(duì)巖體滲透性的反應(yīng)更加直接。所以347m 計(jì)算水平滲透系數(shù)取第二區(qū)間平均值，即0.00 453。 就此經(jīng)過(guò)計(jì)算如表2 所示即為該礦區(qū)的涌水量計(jì)算結(jié)果。

表2 該礦區(qū)涌水量計(jì)算結(jié)果

4 礦區(qū)其他一些涌水量計(jì)算

對(duì)于該礦區(qū)來(lái)說(shuō)，因?yàn)榈V區(qū)坡度大，如果不修建截洪渠等，那么一些地表徑流亦可能流入礦坑。 對(duì)于這一部分水量，可通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：

在該式中F 是受水面積，X 則為礦區(qū)所在區(qū)域日最大降水量，為地表的徑流系數(shù)。 有關(guān)資料顯示，該礦區(qū)年平均徑流系數(shù)為0.45，而洪峰徑流系數(shù)則為0.787，經(jīng)過(guò)計(jì)算就可得出具體水量。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)礦區(qū)實(shí)際水文條件進(jìn)行研究后，通過(guò)科學(xué)計(jì)算能夠較為準(zhǔn)確地算出礦區(qū)涌水量。 在具體計(jì)算過(guò)程中，首先，在礦區(qū)開(kāi)采初期，大氣降水對(duì)礦區(qū)涌水量影響較大，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)加以注意；其次，在計(jì)算礦區(qū)涌水量時(shí)，一定要依據(jù)實(shí)際礦區(qū)的水文特點(diǎn)，這樣才能夠使得計(jì)算更加準(zhǔn)確，以切實(shí)保證礦區(qū)的安全生產(chǎn)；最后，礦區(qū)深部開(kāi)采中，礦區(qū)涌水主要以裂隙為主，針對(duì)這一情況，可采用預(yù)注漿堵水等方法，以最大可能地節(jié)約礦區(qū)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

[1]李定歐.露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采礦山防洪排水的探討[J].冶金礦山設(shè)計(jì)與建設(shè)，2010（02）.

[2]胡鳳英，李笑峰.采礦塌陷區(qū)降雨滲水特點(diǎn)及其防治[J].金屬礦山，2011（23）.

[3]李偉銘.塔源二支線(xiàn)礦坑涌水量預(yù)測(cè)[J].昆明冶金高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011（27）.