一種關(guān)于底板巖溶含水層礦坑涌水量預(yù)測的近似方法

楊 云，樊洪江

（貴州省地礦局102地質(zhì)大隊，貴州遵義563003）

一種關(guān)于底板巖溶含水層礦坑涌水量預(yù)測的近似方法

楊 云*，樊洪江

（貴州省地礦局102地質(zhì)大隊，貴州遵義563003）

底板礦坑涌水量預(yù)測是一項比較困難和復(fù)雜的工作。在分析礦區(qū)礦床水文地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，采用平底進(jìn)水的非完整井經(jīng)驗公式對底板礦坑涌水量進(jìn)行概算，為礦山設(shè)計與施工提供參考。

茅口組；底板礦坑涌水量；非完整井

在礦區(qū)水文地質(zhì)勘查階段，未來礦坑涌水量預(yù)測是礦區(qū)水文地質(zhì)工作的主要任務(wù)之一，也是開采設(shè)計部門制訂疏干措施、確定排水設(shè)備及生產(chǎn)能力的主要依據(jù)。本文結(jié)合具體工程實(shí)例闡述大井法在實(shí)際中的應(yīng)用，得到了較為理想的結(jié)果，對礦坑涌水量計算及實(shí)用具有一定的指導(dǎo)意義。

1 模型的建立

在礦坑疏干過程中，當(dāng)?shù)V坑的涌水量，包括其周圍的水位降低呈現(xiàn)相對穩(wěn)定的狀態(tài)時，即可認(rèn)為以礦坑為中心形成的地下水輻射流場，基本滿足穩(wěn)定井流的條件。礦坑的形狀極不規(guī)則，尤其是坑道系統(tǒng)，分布范圍大，構(gòu)成復(fù)雜的邊界，要求將它理想化，在理論上可將形狀復(fù)雜的坑道系統(tǒng)看成是一個大井在工作，而把不規(guī)則的坑道系統(tǒng)圈定的面積，相當(dāng)于大井的面積，整個坑道系統(tǒng)的涌水量，就相當(dāng)于大井的涌水量，從而可以近似應(yīng)用裘布依的穩(wěn)定流基本方程。這種方法，在礦坑涌水量預(yù)測中稱為“大井法”。

2 問題的提出

貴州龍?zhí)督M的礦產(chǎn)有煤礦及錳礦等，其底部均為茅口組（P2m）巖溶含水層。通過多個礦區(qū)分析茅口組（P2m）巖溶含水層已經(jīng)構(gòu)成礦產(chǎn)的直接或間接突水因素。在勘查中，我們通常要求對P2m層加深30～50m，通過加深或做抽水試驗，以查明底板P2m層的含水性情況，但是通過多個礦區(qū)的實(shí)際施工情況，其效果均不是很理想，P2m層抽水結(jié)果顯示單位涌水量一般為0.0006～0.110L/（s·m）（見表1）。一般將鉆孔單位涌水量小于0.001L/（s·m）的巖層視為隔水層（礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范）。而根據(jù)區(qū)域資料，通常該層巖溶極其發(fā)育，補(bǔ)給條件好，以集中補(bǔ)給為主，富水性強(qiáng)，以暗河管道型為主。隨著礦層的加深勘探與開采，底板突水的可能性越來越大，因此要求對底板涌水量的預(yù)測也越發(fā)顯示得重要和迫切。

表1 礦層底板茅口組（P2m）單位涌水量及突水性一覽表

3 公式的選用

把龍?zhí)督M（P3l）看作相對隔水層，即可以看出，對底板P2m層的抽水試驗明顯是非完整井抽水，因此可采用大口徑井井壁進(jìn)水不完整井公式：

承壓井：

適用于井只揭露至承壓含水層頂界，M大于井半徑8～10倍及以上。

潛水井：

Q=4KSr0

適用于井底至含水層底板的深度為井半徑8～10倍及以上。

式中：Q——涌水量，m3/d；

K——滲透系數(shù)，m/d；

r0——井半徑，m；

S——降深，m。

在計算抽水試驗的K值時相應(yīng)采用承壓非完整井計算：

式中：Q——涌水量，m3/d；

L——鉆孔揭露承壓含水層的厚度，m；

rw——井半徑，m；

S——降深，m。

4 工程實(shí)例

（1）據(jù)《貴州省遵義市紅花崗區(qū)小金溝錳礦勘探報告》，該井田錳礦層位于二疊系龍?zhí)督M下部含錳巖系下部，與其下茅口組“白泥塘層”硅質(zhì)灰?guī)r假整合接觸。當(dāng)?shù)刈畹颓治g標(biāo)高780m，礦區(qū)P2m平均水位810.26m，礦體平均埋深在500m標(biāo)高以下。礦區(qū)水文地質(zhì)類型屬巖溶水充水為主的底板進(jìn)水礦床。未來礦坑+400m中段S=410.26m，大井半徑r0=127m，由抽水試驗得到滲透系數(shù)K=0.017m/d。利用公式Q正=2πK r0×S計算，得礦區(qū)未來礦坑+400m中段礦坑底板正常涌水量為5565m3/d。

（2）據(jù)《貴州省大方縣普底鄉(xiāng)金象煤礦資源儲量核實(shí)及勘探報告》，該井田煤礦層位于二疊系龍?zhí)督M，與其下茅口組灰?guī)r假整合接觸。底煤層M73底部硫鐵礦粘土巖層厚為1.97～8.03m，平均厚度4.55m。在開采底煤層M73時，由于底板相對隔水層薄，間接底板P2m巖溶含水層富水性強(qiáng)。礦床水文地質(zhì)勘查類型為第三類第二亞類第三型，即以巖溶含水層充水為主、底板巖溶水直接充水為主、水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶充水礦床。礦區(qū)最低開采標(biāo)高為+1200m，水位降深S為309.47m，大井半徑r0=939m，由抽水試驗得到滲透系數(shù)K=0.0018m/d。利用公式Q正=4K r0×S計算，得礦區(qū)未來礦坑最低開采標(biāo)高為+1200m礦坑底板正常涌水量為2092m3/d。

5 結(jié)論

根據(jù)區(qū)域資料，P2m層厚度一般大于100m，通常厚400～720m，在勘察任務(wù)中我們不可能將該層全部揭露才抽水，因此多做非完整井抽水試驗。將未來開采最底一層煤的井巷視為沿煤層（沿茅口組頂板）掘進(jìn)開采，這樣，就將茅口組巖溶水向礦井的進(jìn)水概化為地下水向平底底板集水構(gòu)筑物做承壓運(yùn)動。在對底板茅口組涌水量的計算中，采用井壁進(jìn)水不完整井公式進(jìn)行對P2m層涌水量概算，該類公式有效地避開了不掌握含水層厚度的問題。但該公式要求m值大于10R，因此，在用于礦井涌水量計算中，可能偏大或存在一定的不合理之處，但是作為概算，提供給設(shè)計部門參考還是有價值的。

[1]李隆富，楊云，范波，等.貴州省綏陽縣金陽井田煤炭勘探報告[R].貴州省地礦局一○二地質(zhì)大隊，2012.

[2]唐照宇，楊云，舒國武，等.貴州省黔北礦區(qū)巖腳—白花塔勘查區(qū)煤炭勘探地質(zhì)報告[R].貴州省地礦局一○二地質(zhì)大隊，2011.

[3]楊正林，范波，等.金沙縣長壩鄉(xiāng)長盛煤礦資源儲量核實(shí)及勘探地質(zhì)報告[R].貴州省地礦局一○二地質(zhì)大隊，2011.

[4]陳云明，舒國武，等.貴州省金沙縣金沙煤田化覺井田煤礦勘探地質(zhì)報告[R].貴州省地礦局一○二地質(zhì)大隊，2010.

[5]田慶紅，等，貴州省遵義市紅花崗區(qū)小金溝錳礦勘探報告[R].貴州天辰地礦技術(shù)咨詢有限公司，2013.

[6]田慶紅，等，貴州省大方縣普底鄉(xiāng)金象煤礦資源儲量核實(shí)及勘探報告[R].貴州天辰地礦技術(shù)咨詢有限公司，2013.

[7]GB12719-1991礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].

[8]王大純，張大權(quán)，史毅虹，等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，1995.

[4]房佩賢，等.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[5]水文地質(zhì)手冊[M].北京：地質(zhì)出版社，1978.

TD742

A

1004-5716(2015)03-0119-02

2014-03-28

楊云（1978-），男（苗族），貴州黃平人，工程師，現(xiàn)從事礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)工作。