廣西某鋁土礦礦坑涌水量預(yù)測(cè)

李小明

(桂林市勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 桂林 541001)

廣西某鋁土礦礦山位于靖西縣，采用露天開采方式，合格鋁土礦生產(chǎn)規(guī)模為210×104t/a，屬大型礦山。

1 礦坑充水影響因素分析

本礦區(qū)位于峰叢洼地、谷地和峰林谷地地貌，地形起伏變化大，礦區(qū)大部分位于碳酸鹽巖分布區(qū)，地表被溶余堆積紅土層覆蓋，紅土層由黏土、大小不等的鋁土礦礫石及鋁土質(zhì)泥巖碎塊、碎屑和鐵錳質(zhì)結(jié)核等組成，為堆積鋁土礦的賦礦層位。地下水富水性中等—強(qiáng)。大氣降雨入滲補(bǔ)給是本礦區(qū)礦坑充水的主要來源之一，大氣降水后地表水沿基巖中的風(fēng)化裂隙帶、構(gòu)造裂隙帶入滲并賦存于裂隙帶中，礦山露采揭穿這些含水層后，地下水沿坑壁滲入采坑形成礦坑涌水。此外，礦坑充水的影響因素還有斷層破碎帶、地表水、地下水等。

2 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

2.1 地下涌水量預(yù)測(cè)公式

位于當(dāng)?shù)刈罡叩叵滤恢系牡V體，礦坑充水水源只有大氣降雨。位于地下水位變動(dòng)帶及地下水位之下的礦體，礦坑充水水源有大氣降雨和地下水。大氣降雨的充水方式主要有兩種：一是直接灑入采坑，二是在采坑外匯集后以地表徑流形式匯入采坑。地下水的充水方式有三種：一是直接從礦體下伏的碳酸鹽巖裂隙溶洞含水巖組中以滲流的形式流入采坑，二是通過天窗、落水洞、溶洞大量涌入采坑，這種情形僅發(fā)生在雨季暴雨后，三是透過礦體黏土底板滲入采坑。

礦坑涌水量由大氣降雨充水量和地下水涌水量?jī)刹糠謽?gòu)成，其中地下水涌水量除受當(dāng)?shù)氐叵滤蛔兓绊懼?，還與采礦水平標(biāo)高有關(guān)?！疤矫鞯摹眱?chǔ)量的礦體露采場(chǎng)涌水量預(yù)測(cè)分別選擇多個(gè)開采標(biāo)高進(jìn)行，采用分析計(jì)算法預(yù)測(cè)地下水涌水量，計(jì)算公式為：

Q1=10-3A[Φ1F1+Φ2(F2-F5)+F5](1)

式中：Q1為大氣降雨充水量，m3/d；A為降雨量，mm/d；Φ1為基巖裸露區(qū)地表徑流系數(shù)；Φ2為第四系覆蓋區(qū)地表徑流系數(shù)；F1為采坑地表匯水區(qū)內(nèi)基巖裸露分區(qū)的水平面積，m2；F2為采坑地表匯水區(qū)內(nèi)第四系覆蓋分區(qū)的水平面積，m2；Q2為分析計(jì)算法計(jì)算的地下水充水量，m3/d；k1為碳酸鹽巖裂隙溶洞含水巖組滲透系數(shù)，m/d；S為水位降深，m；H為碳酸鹽巖含水層厚度，m；R0為引用影響半徑，m；r0為引用井半徑，m；F5為采坑內(nèi)地下水浸沒面積，m2；ε0為穩(wěn)定流非完整井補(bǔ)充水流阻力系數(shù)。

2.2 各參數(shù)的確定

A值采用靖西縣氣象站1996～2002年的資料，預(yù)測(cè)大氣降雨充水量最大值時(shí)采用各年日最大降雨量的平均值(113.8 mm/d)，預(yù)測(cè)大氣降雨充水量正常值時(shí)采用多年雨季(5～8月)日平均降雨量(10.0 mm/d)。

Φ1值根據(jù)碳酸鹽巖裸露區(qū)雨水絕大部分在當(dāng)?shù)匮亓严?、溶洞等垂直滲流補(bǔ)給地下水，極少在地表流向洼地低處的特點(diǎn)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)考慮，在預(yù)測(cè)大氣降雨充水量正常值時(shí)取零值，預(yù)測(cè)最大值時(shí)取值0.35。

Φ2的計(jì)算公式為：

Φ2=(P-V)/P(3)

根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果取值。

式中：P為降雨強(qiáng)度，mm/h，預(yù)測(cè)正常值時(shí)取2002年各次大雨、暴雨主要降雨時(shí)段(>1 mm/h)的降雨強(qiáng)度的平均值，預(yù)測(cè)最大值時(shí)取2002年各次大雨、暴雨最大降雨強(qiáng)度的平均值；V為土層滲透流速，用土層滲透系數(shù)k2代替。

Φ2具體取值和計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 Φ2計(jì)算結(jié)果表

F1為采坑地表匯水區(qū)內(nèi)基巖裸露分區(qū)的水平面積，利用1/10000礦區(qū)水文地質(zhì)圖圈定范圍并求取數(shù)值。

F2為采坑地表匯水區(qū)內(nèi)第四系覆蓋分區(qū)的水平面積，利用1/10000礦區(qū)水文地質(zhì)圖圈定范圍并求取數(shù)值。

k1值以本礦區(qū)進(jìn)行的提水試驗(yàn)以及在相鄰的新圩、祿峒鋁土礦區(qū)進(jìn)行的抽水試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果綜合分析確定：①對(duì)有溢洪天窗直接充水的礦體，取凌丁地下河天窗和古標(biāo)地下河天窗抽水試驗(yàn)的平均值；②對(duì)覆蓋于地下河管道之上、無溢洪天窗直接充水或有大于50 L/s的季節(jié)泉充水的礦體，取非天窗點(diǎn)抽水試驗(yàn)結(jié)果的最大值；③對(duì)分布于一般地帶的礦體，則取非天窗點(diǎn)抽水試驗(yàn)和提水試驗(yàn)的平均值(表2)；④對(duì)下伏無地下河管道、洼地內(nèi)落水洞比較發(fā)育的礦體，?、诤廷鄣钠骄?表3)。

表2 抽水、提水試驗(yàn)結(jié)果表(引用本礦區(qū)勘探報(bào)告成果)

表3 k1取值表(引用本礦區(qū)勘探報(bào)告成果)

k2為黏土層滲透系數(shù)，根據(jù)本礦區(qū)以及相鄰新圩鋁土礦區(qū)的試坑滲水試驗(yàn)結(jié)果平均值，取k2=0.27 m/d。

S值取計(jì)算地下水位標(biāo)高與水下礦體分布區(qū)各淺井礦體底板標(biāo)高平均值之差。計(jì)算地下水位在計(jì)算充水量最大值時(shí)取礦體當(dāng)?shù)氐淖罡咚?，在?jì)算充水量正常值時(shí)取當(dāng)?shù)赜昙疽话闼?，根?jù)現(xiàn)有資料綜合分析確定。

H為潛水含水層厚度。

r0值按下式計(jì)算取值：

(4)

式中：F為水下礦體底板等效面積；F3為水下礦體碳酸鹽巖直接底板面積，利用1/5000礦體底板等高線圖和底板巖性分布圖圈定范圍并求取數(shù)值；F4為水下礦體黏土底板面積，求取方法與F3相同；H1為水下礦體黏土底板平均厚度，取水下礦體分布范圍內(nèi)各淺井工程黏土底板厚度的平均值。

R0值按下式計(jì)算取值：

(6)

2.3 礦體涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)上述公式和參數(shù)確定方法預(yù)測(cè)“探明的”的礦體的涌水量，所得結(jié)果見表4。

表4 “探明的”礦體露天采場(chǎng)涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果表

3 結(jié)語

礦區(qū)內(nèi)堆積鋁土礦露天采礦場(chǎng)涌水量與大氣降雨有十分密切的關(guān)系。首先，大氣降雨是礦坑的主要充水水源，采坑集雨量隨降雨量增大而增加，其變化度可達(dá)數(shù)十倍。其次，地下水的動(dòng)態(tài)變化與大氣降雨有密切的關(guān)系，雨季變化幅度大而且變化迅速，因此地下水涌水量也與大氣降雨有關(guān)，而且也具有雨季變化幅度大、變化迅速的特點(diǎn)。總之，礦坑涌水量在暴雨后劇增，很快達(dá)到峰值，之后便急速減小，多數(shù)礦體在數(shù)天之內(nèi)即可減小到正常涌水量之下。