大井法在礦坑涌水量預(yù)測中的應(yīng)用

魏子棟

(唐山首鋼馬蘭莊鐵礦有限責(zé)任公司，河北 唐山 064413)

?

大井法在礦坑涌水量預(yù)測中的應(yīng)用

魏子棟

(唐山首鋼馬蘭莊鐵礦有限責(zé)任公司，河北 唐山 064413)

指出了在礦區(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，大井法在預(yù)測礦井涌水量方面因其簡單方便的特點(diǎn)成為常用方法之一，通過大井法在具體工程中的應(yīng)用，探討了其在涌水量計(jì)算中的計(jì)算方法和存在問題，對(duì)礦坑涌水量預(yù)測有一定指導(dǎo)作用。

大井法；含水層；礦坑涌水量預(yù)測

1　引言

涌水量預(yù)測是礦山防治水工作中的重要環(huán)節(jié)，也是開采設(shè)計(jì)部門選擇水泵、電機(jī)、排水管路等排水設(shè)備的依據(jù)，同時(shí)也是設(shè)計(jì)水倉、水泵房等防治水工作的主要依據(jù)，礦坑涌水量預(yù)測的準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的安全[1]。

大井法是礦坑涌水量預(yù)測方法之一。當(dāng)?shù)V坑水通過疏降到一定水位后，礦坑水位不再繼續(xù)下降，即呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí),這時(shí)可以把礦坑視為一個(gè)放水井，地下水就是以礦坑為中心形成輻射流場，這個(gè)輻射流場可以視為滿足穩(wěn)定井流的條件，這樣就可以采用大井的涌水量的估算方法了。雖然礦坑邊界幾何形態(tài)可能很復(fù)雜,但可以用不規(guī)則巷道系統(tǒng)所圈定面積來替代假想的大井面積,參與大井的涌水量,從而可以近似應(yīng)用裘布依的穩(wěn)定流基本方程計(jì)算礦坑涌水量[2]。

筆者結(jié)合馬蘭莊鐵礦地下開采實(shí)例闡述了大井法在金屬礦山礦坑涌水量估算中的應(yīng)用，對(duì)同類礦山礦坑涌水量預(yù)測具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義[3]。

2　礦區(qū)自然地理

首鋼馬蘭莊鐵礦隸屬于河北省遷安市馬蘭莊鎮(zhèn)管轄，礦區(qū)位于燕山山脈南麓，地勢總體西北高、東南低，自西北向東南傾斜，并由低山丘陵逐漸向沖洪積平原過渡，海拔70～446 m，地形高差100～200 m，地形起伏較大。

礦區(qū)屬溫帶大陸性氣候，冬季和春季往往天氣干旱，雨水少，蒸發(fā)量比降水量大，平均降水量648.48 mm；雨季主要集中在6、7、8、9月，平均降水量1629.4 mm，常形成旱季。

3　礦區(qū)水文地質(zhì)條件

3.1含水層

3.1.1第四系孔隙含水層

該含水層為第四系人工填土、河漫灘沖洪積、坡積砂礫石層, 一般厚度小于10 m，薄而不穩(wěn)定，分布面積小，富水性差，單位涌水量小于0.1 L/s·m，為強(qiáng)透水弱含水層。

3.1.2基巖裂隙含水層

根據(jù)巖石裂隙性質(zhì)將基巖裂隙含水層分為風(fēng)化裂隙含水層和構(gòu)造裂隙含水層。

(1)風(fēng)化裂隙含水層。由各種古老變質(zhì)巖和磁鐵石英巖等組成，巖層總體表現(xiàn)為較塑性，節(jié)理裂隙不發(fā)育，主要為風(fēng)化裂隙。該區(qū)各類片麻巖強(qiáng)風(fēng)化帶厚度一般為15～25 m，弱風(fēng)化帶可達(dá)25～60 m深，地下水隨風(fēng)化強(qiáng)度減弱逐漸消失。單位涌水量0.0001～0.0619 L/s.m，滲透系數(shù)0.003～0.2145 m/d，水質(zhì)類型為SO4·HCO3-Ca·Mg。

(2)構(gòu)造裂隙含水層。主要發(fā)育于褶皺構(gòu)造核部及斷層附近，節(jié)理裂隙多，同時(shí)裂隙間連通性往往較好，易形成導(dǎo)水、含水帶。

3.2隔水層

礦體圍巖為混合巖及片麻巖類等,鉆孔及坑道所見巖石完整,裂隙不發(fā)育,未見漏水涌水現(xiàn)象,為較好的隔水巖體[4]。

3.3礦區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流與排泄

大氣降水主要補(bǔ)給礦區(qū)內(nèi)第四系含水層，第四系含水層是基巖含水層的間接補(bǔ)給水源，另外基巖含水層還可接受相鄰含水層側(cè)向補(bǔ)給。

基于目前礦床開采現(xiàn)狀，采坑現(xiàn)坑底標(biāo)高-20 m左右，為礦床地下水位最低處，礦床周圍含水層水位都高于采場平均水位，形成一個(gè)人為的降落漏斗，在其影響半徑以內(nèi)的含水層，向采場內(nèi)排泄；同時(shí)采坑被回填，形成一套潛水含水層，與淺部基巖地下水融為一體，平均水位標(biāo)高40～50 m左右，間接對(duì)基巖深部含水層連續(xù)滲入補(bǔ)給；

4　礦坑涌水量預(yù)測

礦床露天開采至-20 m標(biāo)高后閉坑，目前已回填至130 m標(biāo)高左右。本次研究僅對(duì)轉(zhuǎn)入地下開采后首采地段-80 m標(biāo)高段礦井涌水量進(jìn)行預(yù)測。礦井涌水量包括兩部分，一部分為地下水涌水量，由礦床主要基巖裂隙含水層以淋水和突水形式進(jìn)入礦井，突水點(diǎn)一般位于構(gòu)造部位及向斜核部；另一部分為大氣降雨徑流滲入量，包括雨季正常降雨徑流滲入量和設(shè)計(jì)頻率暴雨徑流滲入量。

計(jì)算參數(shù)以水文地質(zhì)試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)為主，延用礦區(qū)以往部分資料。礦段地表平均標(biāo)高136.29 m，平均穩(wěn)定水位埋深73.49 m，標(biāo)高62.80 m，其中風(fēng)化裂隙含水層厚度取風(fēng)化帶平均厚度29.21 m，構(gòu)造裂隙含水層厚度根據(jù)礦區(qū)鉆孔水文電測井成果及簡易水文觀測成果綜合研究確定，按不同標(biāo)高分別統(tǒng)計(jì)，最終含水層厚度取以上兩種含水層厚度之和；滲透系數(shù)取礦區(qū)以往的水文地質(zhì)實(shí)驗(yàn)成果和本次勘察水文地質(zhì)試驗(yàn)成果的平均值，并按1.15的修正系數(shù)進(jìn)行修正；采用“大井法”承壓轉(zhuǎn)無壓水計(jì)算公式，計(jì)算礦井地下水涌水量。計(jì)算參數(shù)見表1。

表1　礦井地下水涌水量計(jì)算參數(shù)

計(jì)算公式[5]：

Q=4πKmS/RC

S=((2H-m)m-h0×h0)/2m

RC=2Ln(R/rw)

R0=rw+R

式中：

Q— 礦井地下水涌水量，m3/d；

K— 平均滲透系數(shù)，m/d；

S—礦井系統(tǒng)之水位降深值，m；

F— 礦井系統(tǒng)范圍的面積，m；

M— 含水層平均厚度，m；

H—含水層底板至穩(wěn)定水位的距離，m；

h0—從含水層底板到動(dòng)水位；

RC— 不同邊界的水流阻力值；

rw—引用半徑，m；

R0—引用影響半徑，m。

將各相應(yīng)參數(shù)代入承壓轉(zhuǎn)無壓完整井裘布依公式中,得出預(yù)算中段的涌水量，大井法礦井地下水涌水量計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　大井法礦井地下水涌水量計(jì)算結(jié)果

5　結(jié)論

運(yùn)用大井法對(duì)礦坑涌水量進(jìn)行預(yù)測，把礦坑復(fù)雜的坑道系統(tǒng)視為大井，概化理想化的模型，采用的公式建立含水層均質(zhì)、各向同性，而本礦區(qū)含水層不可能絕對(duì)完全滿足上述條件，因此計(jì)算結(jié)果與實(shí)際會(huì)有偏差[5]。通過首鋼馬蘭莊鐵礦多年驗(yàn)證，大井法預(yù)測的涌水量誤差較大，說明此方法是可行的。

[1]楊瀟.大井法預(yù)測神農(nóng)架大白蓮礦區(qū)磷礦礦坑涌水量[J].資源環(huán)境與工程，2014(6).

[2]俞解星.利用大井法預(yù)測紙坑礦區(qū)的礦坑涌水量[J].能源與環(huán)境，2014(4).

[3]李玲玲.“大井法”在礦坑涌水量預(yù)測中的應(yīng)用[J].地下水，2015(1).

[4]傅大慶.大井法及水文地質(zhì)比擬法在某礦山礦坑涌水量預(yù)測中的應(yīng)用對(duì)比[J].西部探礦工程，2016(1).

[5]王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

2016-06-07

魏子棟(1986—)，男，助理工程師，主要從事礦山地質(zhì)工作。

TD742.1

A

1674-9944(2016)14-0248-02