克木巴依金礦水文地質(zhì)特征及涌水量分析

梁世川，劉學(xué)良

（1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆能源（集團）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

近年來隨著礦產(chǎn)開發(fā)步伐的加快，采礦過程中發(fā)生了不少事故,礦坑涌水是引發(fā)礦井事故的主要原因之一。礦坑涌水量主要受礦體及周邊的環(huán)境決定，如：礦山所處的地層、構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等。針對礦坑涌水量的問題，應(yīng)預(yù)防為主，開采前進(jìn)行水文地質(zhì)勘察，進(jìn)行水文地質(zhì)條件分析，預(yù)測計算礦坑涌水量，開采過程中采取相應(yīng)降排水工程措施，防止礦坑涌水對生命財產(chǎn)造成威脅和損失[1]。準(zhǔn)確的預(yù)測計算礦坑涌水量，為設(shè)計、建井及制定疏干措施提供依據(jù)。研究區(qū)位于低山丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)溝谷較發(fā)育，地形總體北西高南東低，基巖出露較好。屬標(biāo)準(zhǔn)大陸性氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，氣溫變化劇烈。年均降雨量241.0mm，最大日降雨量32.1mm，年均蒸發(fā)量為1786.2mm。礦區(qū)北部3.4km處有近東西向河流通過。

1 水文地質(zhì)特征

（1）含(隔)水層劃分。區(qū)內(nèi)無地表水體，含(隔)水層包括基巖裂隙潛水含水層、基巖隔水層和透水不含水層。①基巖裂隙潛水含水層。主要為下石炭統(tǒng)希貝庫拉斯組（C1x）、包古圖組（C1b）上部風(fēng)化裂隙層，由灰-灰黑色碎裂蝕變沉火山塵凝灰?guī)r、灰色-灰綠色不等粒長石巖屑砂巖夾礫巖長透鏡體、灰色碳酸鹽化凝灰質(zhì)細(xì)-粉砂巖夾深灰色泥硅質(zhì)巖組成。地下水賦存于基巖的節(jié)理裂隙中，含水性受風(fēng)化深度的控制，風(fēng)化深度為20-25m，故其主要賦存于垂深25m以上，埋藏深度由北西至南東逐漸變淺，地下水補給來源為區(qū)域裂隙水及大氣降水、雪水等。②基巖隔水層。主要為裂隙潛水含水層下部的古生界基巖，巖石較致密，僅發(fā)育少量的蝕變破碎裂隙，但裂隙多為石英細(xì)脈、碳酸巖細(xì)脈充填，導(dǎo)水性差，其透水性弱，對地下水起隔水作用，形成基巖裂隙潛水的隔水層。③透水不含水層。主要為分布于礦區(qū)東部溝谷中的第四系殘坡積、沖洪積層，深0.5-3.5m，為大氣降水補給地下水的主要滲透途徑，屬透水不含水層。

（2）地下水補徑排條件。礦區(qū)地下水的補給主要來源于西北部山區(qū)的基巖裂隙水及大氣降水，順地勢由北西向南東徑流，最終沿裂隙流出礦區(qū)。地下水化學(xué)類型為HCO3--Ca2+型。

（3）礦床充水影響因素。礦床最低開采標(biāo)高雖位于最低侵蝕基準(zhǔn)面以下，但礦床區(qū)內(nèi)無地表水，因此礦床充水因素有大氣降水和圍巖地下水。①大氣降水：大氣降水對礦坑涌水量的影響主要為降雨、融雪水滲入進(jìn)入基巖裂隙潛水層，導(dǎo)致季節(jié)性的水位抬高，進(jìn)而沿井口進(jìn)入礦井，但由于降雨量小，故對礦坑影響小。此外，進(jìn)入雨季時，大－暴雨易形成地表洪流，暫時性地表水流具有時間短，流量大之特點，對礦床充水的影響主要表現(xiàn)在沖毀礦山設(shè)施，直接灌入礦井內(nèi)。②圍巖地下水：目前礦床內(nèi)深部鉆探工程中含水層富水性弱，礦床內(nèi)圍巖地下水主要為上部基巖風(fēng)化裂隙潛水，上部的基巖風(fēng)化裂隙潛水可進(jìn)入礦井，但其富水性弱，對坑道影響小。

2 礦床涌水預(yù)測

2.1 水文地質(zhì)參數(shù)的計算

參數(shù)計算方法的選擇。本次水文地質(zhì)參數(shù)求解采用AquiferTest v3.0軟件，利用該軟件處理試驗數(shù)據(jù)，可避免人工配線過程中的隨意性，可以更加準(zhǔn)確地求取含水層水文地質(zhì)參數(shù)。應(yīng)用Theis配線法、Jacob直線圖解法以及水位恢復(fù)法進(jìn)行求參，整體求參計算過程由軟件自動完成。

采用的計算公式如下：

（1）Theis配線法求參公式：

（2）Jacob直線圖解法求參公式：

參數(shù)計算。選擇具代表性地段文地質(zhì)鉆孔2眼，進(jìn)行基巖裂隙潛水含水層簡易抽水試驗，參數(shù)計算1號鉆孔單位涌水量0.00532l/s·m，Theis配線法求得滲透系數(shù)為0.163 m/d，導(dǎo)水系數(shù)1.11m2/d，Jacob直線圖解法求得滲透系數(shù)為0.160m/d，導(dǎo)水系數(shù)1.09m2/d，確定含水層綜合滲透系數(shù)0.1615m/d,導(dǎo)水系數(shù)1.10m2/d；2號鉆孔單位涌水量0.00549l/s·m，Theis配線法求得滲透系數(shù)為0.170m/d，導(dǎo)水系數(shù)1.1156m2/d，Jacob直線圖解法求得滲透系數(shù)為0.180m/d，導(dǎo)水系數(shù)1.1124m2/d，確定含水層綜合滲透系數(shù)0.175m/d,導(dǎo)水系數(shù)1.19m2/d。根據(jù)抽水試驗結(jié)果，基巖裂隙潛水含水層平均滲透系數(shù)為0.168m/d,含水層富水性弱。

2.2 礦床涌水預(yù)測

根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件，礦井涌水量計算選擇《水文地質(zhì)手冊》中的公式：

式中：Q—擬建礦井的涌水量（m3/d）；k—滲透系數(shù)（m/d）；H—靜止水位高度（m）；s—水位降深低值（m）；r—豎井井半徑（m）；R—影響半徑（m）；d—擬建礦井中心到隔水邊界的距離（m）。

計算參數(shù)的選用：①滲透系數(shù)（k）。采用鉆孔抽水試驗求得的含水層綜合滲透系數(shù)（k）作為礦井涌水量預(yù)算的參數(shù)，k＝0.168m/d。②靜止水位高度（H）。含水層在礦床內(nèi)分布于地表以下淺部，埋深較小，水位標(biāo)高值采用1號鉆孔水位標(biāo)高1557.97m。則靜止水位高度H的值為水位標(biāo)高至含水層底部的高度，即6.8 m。③疏干水位降深(s)。采用含水層底部開采水平標(biāo)高1551.17m與靜止水位標(biāo)高1557.97 m的差，即6.8m。④豎井井半徑（r）。r采用《水文地質(zhì)手冊》721頁，當(dāng)含水層隔水底板傾角大于20°時，所有豎井涌水量計算公式的豎井半徑按來確定。α為隔水層底板傾角。擬2設(shè)井口邊長為2.50m，通過計算其水平斷面積F為16.03 m，α采用75°，則r=2.30m。⑤影響半徑（R）。當(dāng)?shù)V井水疏干至含水層底部1551.17m水平時，S=H=6.8m，=14.54m⑥擬建礦井到隔水邊界的距離(d)。含水層只分布于地表以下淺部，從擬建礦井穿過基巖裂隙潛水層，進(jìn)入隔水層，為便于計算，d取值為0.01m。代入涌水量計算公式：Q=2.89m3/d。根據(jù)礦坑涌水量計算結(jié)果，預(yù)測礦床涌水量小。

3 結(jié)論

通過研究，采用AquiferTest進(jìn)行水文地質(zhì)參數(shù)計算，對研究區(qū)水文地質(zhì)特征有了全面了解，經(jīng)過計算，礦床涌水量為2.89m3/d，預(yù)測礦床涌水量小。為礦山開采設(shè)計、建井及制定疏干措施提供了依據(jù)。

[1]劉相利，趙旭林.某錫礦水文地質(zhì)特征分析與涌水量預(yù)測[J].有色金屬，2012，04.