四川省某銅礦區(qū)涌水量計算方法探討

（四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊，四川郫縣 611730）

1 概況

礦區(qū)位處雅礱江西岸，礦區(qū)海拔4000m～4500m，雅礱江水面為礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面，礦區(qū)高出其2400m以上。區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，地勢險惡，懸崖峭壁發(fā)育，為深切割中高山地貌區(qū)。區(qū)內(nèi)次級沖溝一般呈北西南東方向匯入雅礱江，礦區(qū)位于水文地質(zhì)單元補(bǔ)給-徑流區(qū)。中咀溝為礦區(qū)內(nèi)的主干沖溝，由西向東流經(jīng)礦區(qū)中部，是礦區(qū)地表水、地下水的排泄通道。中咀溝溝床標(biāo)高均高于估算資源量礦體標(biāo)高，礦體均位于地下水水位以下，但位于礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面以上。

2 含水層及隔水層

礦區(qū)含水層主要有兩個，為第四系殘坡積沖洪積孔隙含水巖組及里伍巖群風(fēng)化裂隙含水巖組，隔水層為里伍巖群原生巖段隔水巖組（帶）。根據(jù)礦區(qū)淺部業(yè)已形成了較為完整的探采結(jié)合系統(tǒng)，現(xiàn)采用水文地質(zhì)單位涌水量比擬法、地下水動力學(xué)“大井法”對礦區(qū)未來的采場系統(tǒng)進(jìn)行礦坑涌水量預(yù)測。

3 水文地質(zhì)單位涌水量比擬法

淺、深部礦體位處同一礦體的不同標(biāo)高的傾斜部分，其水文地質(zhì)條件極為相似，故采用水文地質(zhì)單位涌水量比擬法預(yù)測深部(332)資源量采場系統(tǒng)礦坑涌水量。若地下水出現(xiàn)紊流運(yùn)動時，以哲才-克拉斯諾潑里斯基公式估算。

計算參數(shù)的確定：

S淺部：當(dāng)?shù)V區(qū)處于疏干狀態(tài)時，水位降低值取里伍巖群風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組水頭值（m）。

F淺部：ZPD1-6坑道業(yè)以形成的坑道與采場系統(tǒng)面積：（m2）。

Q淺部：ZPD1-6坑道坑口地下水流出量：（m3/d）。

F深部：詳查范圍控制礦體的（332）估算資源量面積：（m2）。

S深部:水位降低值取深部礦體里伍巖群風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組水頭值（m）。

Q深部：本次估算采場系統(tǒng)涌水量：（m3/d）。

本次控制的資源量采場系統(tǒng)涌水量估算結(jié)果見表1。

表1 比擬法估算涌水量結(jié)果表

4 地下水動力學(xué)“大井法”

4.1 邊界條件的確定

中咀溝溪流位于里伍巖群風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組之上，為常年有水溪流，溪水流量偏小，流量動態(tài)變化極大。對淺部礦體而言，中咀溝溪水與風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組相連通，中咀溝地表溪流對淺部礦體開采有一定的充水影響。對深部礦體而言，即位于風(fēng)化裂隙含水巖組底界線以下原生巖段隔水巖組中的礦體，由于中咀溝溝床與擬開采的深部礦體間有較厚的原生隔水巖段相隔，自然條件下，溪溝水一般不會進(jìn)入深部礦體采場系統(tǒng)，對深部礦體開采充水影響較小。F1正斷裂遠(yuǎn)離開采礦體，對礦體開采無充水影響，F(xiàn)2正斷裂、Z-1礦體、中咀溝溝床有104.90 m長度的重疊，F(xiàn)2正斷裂可能構(gòu)成溪溝地表水進(jìn)入淺部礦體采場系統(tǒng)的通道。含水巖組總體向北西方向傾斜延伸，可視為無限邊界。據(jù)此，本次勘查的深部礦體采場系統(tǒng)涌水量，采用無限邊界模式進(jìn)行估算。

4.2 公式的選擇

礦體賦存于里伍巖群中，控制的(332)資源量多在2791.69m以上，礦區(qū)侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高2606m，大部礦體位于地下水水位以下，礦區(qū)侵蝕基準(zhǔn)面以上。屬于以里伍巖群風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組充水為主的頂板間接進(jìn)水的充水礦床。礦坑涌水量估算選擇潛水完整井公式。

式中：Kcp：深部礦體里伍巖群風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組滲透系數(shù)（注水試驗(yàn)求得）m/d，由ZK1002、ZK1004滲透系數(shù)、風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組厚度加權(quán)求得見表2。

表2 滲透系數(shù)計算結(jié)果表

Q深：深部礦體里伍巖群風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組預(yù)測礦坑涌水量（m3/d）。

M：深部詳查礦體里伍巖群風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組含水層平均厚度（各鉆孔厚度算數(shù)平均值）（m）。

Rw：大井引用影響半徑（m）。

rw：大井引用半徑（m）。

H：自里伍巖群風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組底界起算的算術(shù)平均水柱高度。含礦巖組底板最低標(biāo)高為2791.69m，礦區(qū)控制資源量（332）、平均標(biāo)高2875.35m，預(yù)測涌水量標(biāo)高2800m。鉆孔簡易水文地質(zhì)觀測的水柱高度見表3。

結(jié)合礦區(qū)水位埋深、含水巖組、與選定的礦坑充水模式，綜合確定采用水柱值為含水層底界埋深之平均值82.98 m見表4。

S：水位降深82.98m

F：礦區(qū)控制資源量面積（332）108567.84m2

表3 鉆孔水柱高度表 /m

表4 鉆孔含水層厚度表 /m

4.3 計算參數(shù)的確定

4.3.1 滲透系數(shù)（K）

由于鉆孔將里伍巖群風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組巖風(fēng)化裂隙發(fā)育密集帶揭穿，且水位埋深大。礦區(qū)位處高海拔地區(qū)，地形切割劇烈，道路崎嶇，通行十分困難，全靠人力搬運(yùn)，抽水設(shè)備運(yùn)輸困難，故采用在風(fēng)化裂隙含水巖組之下原生巖段頂界處，送入木塞架橋與水泥漿封閉以下的原生巖段，從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)化巖段風(fēng)化裂隙含水巖組（段）的注水試驗(yàn)，為了采集參數(shù)具有較強(qiáng)的代表性，在詳查范圍內(nèi)選擇ZK1002、ZK1004孔作注水試驗(yàn)，選擇下列潛水完整井公式：

式中：Q：ZK1002、ZK1004鉆孔里伍巖群風(fēng)化裂隙含水巖組注水流量

L：ZK1002、ZK1004鉆孔注水試段長度（m）。

S：ZK1002、ZK1004鉆孔水頭抬升高度（m）。

r：ZK1002、ZK1004鉆孔試段半徑（m）。

4.3.2 影響半徑（R）

注水試驗(yàn)成果見表5：

4.4 預(yù)測結(jié)果

礦區(qū)采場系統(tǒng)涌水量估算結(jié)果見表6。

5 結(jié)論

通過采用不同的計算方法，對未來礦山的首采面進(jìn)行了涌水量的預(yù)測，不同的計算方法得出的結(jié)果有一定的差異，其中水文地質(zhì)比擬法獲得的礦坑涌水量為412.44m3/d，而大井法預(yù)測的礦坑涌水量為669.89m3/d，兩方法預(yù)測結(jié)果相差1.624倍，分析大井法預(yù)測結(jié)果偏大的原因，主要是鉆井泥漿及巖粉對井壁裂隙堵塞導(dǎo)致鉆孔水柱高度增大所致。建議礦山在采掘系統(tǒng)布設(shè)與施工時應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆潘胧?，避免發(fā)生人員與機(jī)械設(shè)備淹沒事故。若新開拓的主干運(yùn)輸巷道、采掘系統(tǒng)標(biāo)高低于該段溪水的最高洪水位，則暴雨季節(jié)溪溝水就會注入主干運(yùn)輸巷道及采場系統(tǒng)，采坑的涌水量還將會變大，其注入流量即為溪水適時流量。但礦區(qū)地形陡峭，不利于大氣降水及地表水下滲補(bǔ)給地下水，多沿地表形成徑流排泄，因此，水文地質(zhì)條件總體較簡單，但在雨季需注意中咀溝水倒灌進(jìn)入采坑，避免引起充水事故。

表5 鉆孔注水試驗(yàn)成果表

表6 涌水量估算結(jié)果表