廣西某鉛鋅礦礦坑涌水量預(yù)測(cè)

翁 莉， 李小明

(廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院，廣西 桂林 541002)

廣西某鉛鋅礦位于廣西融安縣，礦區(qū)面積0.995 km2。礦區(qū)范圍內(nèi)資源量估算結(jié)果：硫化鉛鋅礦石資源量(332)+(333)21.72萬(wàn)噸，其中控制的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)儲(chǔ)量(332)礦石量10.11萬(wàn)噸，推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量(333)礦石量11.61萬(wàn)噸。本礦山為已開(kāi)采礦山，采用地下開(kāi)采方式，開(kāi)采標(biāo)高為+350.15～+550.15 m，生產(chǎn)規(guī)模為3萬(wàn)噸/年。

1 礦坑充水主要來(lái)源

綜合礦坑涌水情況，其坑道充水的主要來(lái)源為降雨入滲。

降雨入滲與灌入：礦區(qū)開(kāi)采的礦層位于礦區(qū)西側(cè)的山腰以下東崗嶺階c段的灰?guī)r中，第四系土層很薄，并具有一定的滲透性，降雨直接通過(guò)土層滲入到礦坑的井巷系統(tǒng)中。山腰以上為裸露的融縣組灰?guī)r，裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖溶中等發(fā)育，降雨由溶蝕或風(fēng)化裂隙直接入滲成為巖溶水，并通過(guò)層間裂隙或構(gòu)造裂隙滲入到礦坑的井巷系統(tǒng)中。

伏流入口S13的標(biāo)高約為460 m，伏流出口S12位于山腰處標(biāo)高約為420 m，離開(kāi)采礦層的最小距離約為500 m，伏流賦存于融縣組灰?guī)r巖溶管道中。乾旺溪自伏流出口進(jìn)入礦區(qū)，沿途切割了融縣組(D3r)、東崗嶺階c段(D2dc2)兩個(gè)灰?guī)r弱～中等巖溶含水層、東崗嶺階b段(D2db2)泥巖相對(duì)隔水層及東崗嶺階a段(D2da2)白云質(zhì)灰?guī)r弱巖溶含水層。雨季洪水淹沒(méi)乾旺溪兩岸的洼地，礦區(qū)最高洪水位約為380～400 m，低于礦區(qū)最低窿口+402 m，洼地第四系土層下為東崗嶺階b段(D2db2)泥巖，泥巖下伏東崗嶺階a段(D2da2)弱巖溶化白云質(zhì)灰?guī)r。礦層賦存于東崗嶺階c段弱巖溶化灰?guī)r中，礦區(qū)最低開(kāi)采標(biāo)高為+380 m，但礦區(qū)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，東崗嶺階灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r巖溶弱發(fā)育，泥巖隔水，基本排除伏流河水通過(guò)巖溶管道、溶蝕裂隙帶、構(gòu)造裂隙直接或間接補(bǔ)給礦坑疏干區(qū)，導(dǎo)致礦坑涌水量增大可能性。

上述的礦坑充水來(lái)源中，巖溶水是基本來(lái)源，降雨滲入是補(bǔ)給來(lái)源，它們主要通過(guò)充水含水層轉(zhuǎn)化成礦坑的充水來(lái)源，對(duì)礦坑充水影響強(qiáng)度取決于充水含水層自身的特征，即含水層巖溶發(fā)育強(qiáng)度和貫通特征。

2 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

在進(jìn)行礦坑涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算時(shí)，仍要采用通常的參數(shù)均化和條件概化的方法對(duì)其進(jìn)行描述，并且盡可能選用多種方法進(jìn)行計(jì)算比較，最后綜合分析得出結(jié)論。

通過(guò)對(duì)多種方法的分析比較，最終選定采用大井法和水文地質(zhì)比擬法，作為本次礦坑涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算的評(píng)價(jià)方法。

2.1 大井法

綜合開(kāi)采設(shè)計(jì)和礦區(qū)水文地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)開(kāi)采區(qū)按水文地質(zhì)特征分為一個(gè)區(qū)段。礦坑疏干過(guò)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(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，可認(rèn)為以礦坑為中心形成的地下水輻射流場(chǎng)，基本滿足穩(wěn)定井流的條件。礦坑的形狀不規(guī)則，尤其是坑道系統(tǒng)，分布范圍大，邊界復(fù)雜，將它理想化后在理論上可將形狀復(fù)雜的坑道系統(tǒng)看成是一個(gè)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(gè)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。因本礦區(qū)各礦體開(kāi)拓系統(tǒng)獨(dú)立，處于無(wú)限含水層中，邊界形狀不規(guī)則，未來(lái)礦坑地下水涌水量選用大井法預(yù)測(cè)計(jì)算，即：

(1)

各區(qū)段參數(shù)代入上式得各區(qū)段未來(lái)礦坑涌水量Q，具體結(jié)果見(jiàn)表1。因設(shè)計(jì)開(kāi)采礦體位于侵蝕基準(zhǔn)面以上，且礦體底部有相對(duì)隔水泥巖層，本報(bào)告不考慮地表河水對(duì)礦坑充水的影響。

表1 各區(qū)段礦井涌水量計(jì)算結(jié)果表

2.2 水文地質(zhì)比擬法

水文地質(zhì)比擬法是根據(jù)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件相似性，利用已知區(qū)段、開(kāi)采水平的礦坑涌水量、降深和開(kāi)采礦石量等資料，建立起比擬公式，進(jìn)行未知區(qū)域水量計(jì)算的一種常用地下水資源評(píng)價(jià)方法。它廣泛用于地下水資源預(yù)測(cè)計(jì)算，也用于礦山涌水量預(yù)測(cè)?，F(xiàn)利用該方法進(jìn)行礦坑涌水量計(jì)算，計(jì)算方法與步驟如下：

首先，選擇計(jì)算公式。本次設(shè)計(jì)開(kāi)采①～④礦體。根據(jù)水文地質(zhì)條件分析，可選擇礦山實(shí)際觀測(cè)資料作為已知數(shù)值，進(jìn)行比擬計(jì)算。根據(jù)《廣西壯族自治區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理水文地質(zhì)詳查規(guī)程》(試行)附錄B，可利用下式作為比擬法計(jì)算公式。

(2)

Q=FKp

(3)

式中：Kp為富水系數(shù)；Q為預(yù)測(cè)涌水量，t/d；Q0為實(shí)測(cè)涌水量，t/d；F為設(shè)計(jì)有水采空區(qū)面積，m2。F0為有水采空區(qū)面積，m2。

根據(jù)礦山提供測(cè)量數(shù)據(jù)，礦區(qū)有水采空區(qū)面積為2 489 m2，設(shè)計(jì)有水采空區(qū)面積為8 152 m2。根據(jù)上述計(jì)算公式和參數(shù)，預(yù)測(cè)地下開(kāi)采坑道涌水量的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 礦區(qū)水文地質(zhì)比擬法計(jì)算礦坑涌水量結(jié)果表

2.3 礦坑涌水量計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)

根據(jù)上述計(jì)算2種方法的計(jì)算結(jié)果，匯總得礦坑涌水量如表3。從表中可以看出，上述兩種方法計(jì)算預(yù)測(cè)的礦坑涌水量都比較相近，涌水量在1 265.4～3 026 t/d之間。大井法計(jì)算的是各開(kāi)采礦體達(dá)到設(shè)計(jì)最低開(kāi)采標(biāo)高的礦坑涌水量。水文地質(zhì)比擬法計(jì)算的是達(dá)到設(shè)計(jì)最終采空區(qū)面積的礦坑涌水量，根據(jù)鉆探反映的含水層裂隙發(fā)育和礦坑實(shí)際涌水量情況，礦區(qū)涌水量可能偏大，主要是把礦區(qū)含水層水文地質(zhì)參數(shù)視為與淺部一致所引起。礦山開(kāi)采是4個(gè)礦體同時(shí)進(jìn)行的，礦坑地下水降落漏斗中心水位最低標(biāo)高將保持在+380 m左右，為此，建議礦山建設(shè)設(shè)計(jì)總涌水量推薦使用大井法的計(jì)算值，即正常涌水量為1 104.6 t/d、最大涌水量2 641.4 t/d。

表3 礦坑涌水量計(jì)算結(jié)果匯總表