礦山深部開(kāi)采區(qū)的水文地質(zhì)條件分析與評(píng)價(jià)

礦山深部資源開(kāi)發(fā)與利用受深部采空區(qū)水文地質(zhì)條件影響較大，查明深部采空區(qū)水文地質(zhì)條件是保障安全生產(chǎn)及提高資源利用率的有效措施

。深部水文地質(zhì)條件引發(fā)的災(zāi)害主要有突水、涌水、地面塌陷、巖爆等，因此查明礦山深部水文地質(zhì)條件至關(guān)重要

。鑒于此，本文以某礦山深部采空區(qū)及周邊水文地質(zhì)調(diào)查為研究對(duì)象，評(píng)價(jià)其深部水文地質(zhì)條件，為提高礦山安全生產(chǎn)及減少資源浪費(fèi)提供參考。

1 地表水系特征

研究區(qū)屬于河流沖積平原區(qū)域，地形地貌較為平坦，一般水位標(biāo)高介于+17m～+18m之間，地面高程一般介于+19m～+24m之間，雨季河流水位上升容易形成內(nèi)澇。此外，研究區(qū)水系發(fā)育，總體上為辮狀水系。

2 礦山深部水文地質(zhì)條件

2.1 礦井含水巖組劃分

根據(jù)礦井內(nèi)巖石組合以及分布規(guī)律等，結(jié)合不同巖石類(lèi)型的富水性等特征，可將礦井內(nèi)的含水巖組劃分為新生界松散含水巖組、含礦層砂巖裂隙含水巖組以及灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組三大類(lèi)型。

2.1.1 新生界松散含水巖組

②工程耐久性。治理工程應(yīng)該具備一定的耐久抗老化功能，耐水耐氣侵蝕，避免治理工程實(shí)施后進(jìn)行重復(fù)性維修工作。

斷裂破碎帶：根據(jù)井下地質(zhì)調(diào)查結(jié)果鉆孔編錄成果等，礦井內(nèi)斷裂破碎帶的富水性弱、導(dǎo)水性差，且斷裂破碎帶含水層具有不均一特征。綜上所述，斷裂破碎帶不會(huì)成為礦井的主要充水通道。

第四系含水層與隔水層：含水層以灰黃色、褐色，粉、細(xì)砂及粘土質(zhì)砂為主，呈疏松狀，屬潛水，主要接受大氣降水補(bǔ)給；隔水層以灰黃夾灰綠色砂質(zhì)粘土為主，隔水性能較好。

新近系含水層與隔水層：含水層以淺灰綠色中砂為主，細(xì)砂及粗砂巖次之，徑流模數(shù)為0.398L/(s.m)，水量較??；隔水層以淺灰綠夾棕黃色粘土及砂質(zhì)粘土為主，具有較好的膨脹性，隔水性能較好。

2.5.2 充水通道分析

●If the reserved grass and those in summer meadow both is eaten up, herdsmen may pasture goats or sheep in mountain, and let them graze “chai” (transliteration of Tibetan word, one kind of plant).

2.5.1 充水水源分析

根據(jù)沿線地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等條件，本項(xiàng)目所在區(qū)域?yàn)轱L(fēng)積沙漠區(qū)，本段位于研究區(qū)域的中部，位于古爾班通古特沙漠的中部，該區(qū)域的沙丘多數(shù)為固定、半固定沙丘，固定沙丘上植被覆蓋度40～50%，半固定沙丘達(dá)15～25%，植被主要為梭梭、蛇麻黃、花棒等。地層主要為第四系風(fēng)積相的細(xì)砂、中砂、粉土等，松散～稍密。本合同段主要位于中部準(zhǔn)噶爾盆地（古爾班通古特沙漠），為風(fēng)積沙漠區(qū)。項(xiàng)目地理位置見(jiàn)圖1。

灰?guī)r巖溶裂隙含水層分布較為廣泛，根據(jù)鉆孔資料以及礦井深部水文地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，該含水巖組中的裂隙發(fā)育具有明顯的不均勻性，導(dǎo)致該含水巖組的富水性具有較大的差異性。同時(shí)，根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果等顯示，該含水巖組中的水位恢復(fù)較為緩慢，且恢復(fù)后的水位低于抽水試驗(yàn)之前的靜止水位，充分說(shuō)明該含水巖組的徑流不暢，含水量主要以存儲(chǔ)量為主。同時(shí)，由于前期資源開(kāi)發(fā)利用，導(dǎo)致該含水巖組中的水位下降較深。

2.2 斷層導(dǎo) （含）水特征

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為發(fā)育，以斷層為主（圖1）。深部礦井中發(fā)現(xiàn)的斷層破碎帶均以泥質(zhì)巖屑充填為主，且在鉆孔中未發(fā)現(xiàn)較為明顯的泥漿漏失現(xiàn)象等，同時(shí)根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果等顯示，斷層中的徑流模數(shù)介于0.0187～0.171L/(s·m)之間，說(shuō)明研究區(qū)深部斷裂破碎帶的富水性為弱至中等。同時(shí)，在抽水試驗(yàn)過(guò)程中斷裂破碎帶中的水位恢復(fù)較緩慢，說(shuō)明斷裂破碎帶的徑流不暢，導(dǎo)水性較差。同時(shí)，在深部不同區(qū)域調(diào)查發(fā)現(xiàn)，斷裂破碎帶不同部位的富水性存在較為明顯的差異性，顯示出礦井深部斷裂破碎帶富水性具有差異的特征。

該層為主要的含礦層位，含水砂巖主要分布在礦層與泥巖、泥質(zhì)砂巖之間，且砂巖中的原始裂隙以及后生裂隙不發(fā)育，滲透系數(shù)為0.0389m/d，流量具有衰減變化趨勢(shì)。

此外，在井下巷道開(kāi)拓過(guò)程中，穿過(guò)不同斷裂破碎帶達(dá)43處，其中僅1處斷裂破碎帶出水，初始水量為8.50m

/h，現(xiàn)階段無(wú)涌水現(xiàn)象。上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)明研究區(qū)礦井深部斷裂破碎帶總體的富水性弱，其導(dǎo)水性差。

2.3 陷落柱導(dǎo) （含）水特征

陷落柱構(gòu)造是資源開(kāi)發(fā)與利用過(guò)程中逐漸形成的塌陷，研究區(qū)內(nèi)初步識(shí)別出陷落柱構(gòu)造1處，疑似陷落柱1處。其中，陷落柱位于12813工作面內(nèi)，陷落柱形態(tài)呈橢圓狀，長(zhǎng)軸展布方向呈近東西向，與深部的采空區(qū)展布形態(tài)基本一致，在垂向上該陷落柱為一上大下小的不規(guī)則狀錐體。結(jié)合三維地震、大深度瞬變電磁探測(cè)和天然場(chǎng)源SYT電磁測(cè)深等方法成果，陷落柱外側(cè)的礦層與灰?guī)r之間不存在明顯的水力聯(lián)系，且灰?guī)r中巖溶裂隙不發(fā)育，總體上富水性弱。此外，在該區(qū)域開(kāi)拓過(guò)程中，各個(gè)工作面在回采過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)明顯異常。因此，總體上該陷落柱的導(dǎo)水性較差。

2.4 地下水的補(bǔ)徑排條件

2.4.1 新生界松散含水巖組

金屬空氣電池是燃料電池的一種，是以金屬為燃料，與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電能的一種裝置，是新一代綠色電池的代表之一。金屬空氣電池與一般電池的不同之處，在于其只有一個(gè)電極儲(chǔ)存能量，另一個(gè)電極依靠呼吸空氣中的氧氣來(lái)提供能量。金屬空氣電池就像大部分生物一樣，要正常工作，就得呼吸新鮮空氣。

新生松散界含水巖組一般位于地淺表區(qū)域，主要接受大氣降水以及地表水的垂直下滲補(bǔ)給，同時(shí)在雨季河流水位上升過(guò)程中接受河流的側(cè)向補(bǔ)給，導(dǎo)致新生界松散含水巖組中的水位隨季節(jié)變化較為明顯。新生界含水巖組的排泄途徑主要為蒸發(fā)和人工開(kāi)采，在干旱的季節(jié)補(bǔ)給河流。同時(shí)，人工采礦活動(dòng)過(guò)程中的排水設(shè)施也是主要的排泄方式。

卡爾曼濾波用狀態(tài)方程和遞推方法進(jìn)行估計(jì),根據(jù)前一個(gè)估計(jì)值和最近一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)信號(hào)的當(dāng)前值,其解以估計(jì)值的形式給出?？柭鼮V波算法如下[8]。

2.4.2 含礦層砂巖裂隙含水巖組

含礦層砂巖裂隙含水巖組位于泥巖以及砂巖之間，導(dǎo)致在正常情況下與新生界松散含水巖組之間不存在較為明顯的水力聯(lián)系。同時(shí)，由于泥質(zhì)巖類(lèi)的阻隔作用，導(dǎo)致與下伏的灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組之間也不存在明顯的水力聯(lián)系。但是，由于上覆的新生界松散含水巖組底部一般具有砂礫含水層，且風(fēng)化較為明顯，導(dǎo)致該組可以通過(guò)風(fēng)化帶向含礦層砂巖含水巖組進(jìn)行補(bǔ)給。排泄方式主要通過(guò)人工采礦活動(dòng)排泄。

2.4.3 灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組

研究區(qū)灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組在2018年12月的水位分別為-40.116m～+51.49m、-153.220m～-37.622m和-43.774m～+50.270m。與初始的原始水位相比，經(jīng)過(guò)抽水試驗(yàn)后的水位明顯下降，說(shuō)明該含水巖組的徑流不暢。同時(shí)，根據(jù)深部資源開(kāi)采過(guò)程中所揭露的地下水類(lèi)型可知，深部主要以含礦層砂巖含水巖組中的地下水為主，而未見(jiàn)灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組中的地下水，主要原因在深部井巷內(nèi)灰?guī)r距離相對(duì)較遠(yuǎn)，導(dǎo)致該含水巖組中的地下水無(wú)法徑流排泄，同時(shí)由于在資源開(kāi)采過(guò)程中對(duì)頂?shù)装宓哪酀{加固、疏水降壓等措施，導(dǎo)致灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組中地下水的水位明顯下降。總體上，灰?guī)r巖溶裂隙含水層主要接受新生界松散含水巖組底部砂礫巖層補(bǔ)給，形成了較弱的水力聯(lián)系，主要銅導(dǎo)水通道補(bǔ)給礦井，在開(kāi)采淺部礦層時(shí)，通過(guò)含礦層砂巖裂隙造成水位明顯下降。

2.5 礦井充水因素

2.1.3 灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組

漂亮的銷(xiāo)售數(shù)據(jù)和新興的電商模式所蘊(yùn)含的經(jīng)濟(jì)力量背后，是對(duì)其所反映的社會(huì)文化、民生等問(wèn)題的思考，這一思考已經(jīng)超越國(guó)界。例如“雙十一”便捷快速、江浙滬包郵、爆倉(cāng)越來(lái)越少等優(yōu)點(diǎn)，就曾引發(fā)某些國(guó)家民眾對(duì)本國(guó)低效郵政系統(tǒng)強(qiáng)烈抗議和吐槽。去年的“雙十一”更是有阿里等國(guó)內(nèi)電商自組的快遞公司進(jìn)入俄羅斯等國(guó)家，實(shí)現(xiàn)了國(guó)外買(mǎi)家最快一個(gè)小時(shí)后收貨的“夙愿”。全球化就通過(guò)這樣的“毛細(xì)血管”逐步臻于完善，各大網(wǎng)購(gòu)平臺(tái)帝國(guó)正在用無(wú)與倫比的購(gòu)物體驗(yàn)征服全世界。

根據(jù)上文對(duì)礦井地下水的補(bǔ)徑排條件研究，礦井深部充水的水源主要來(lái)源于以下幾種類(lèi)型：

大氣降水、地表水及新生界松散含水巖組上部水：研究區(qū)的礦層主要賦存在厚層的新生界松散層之下，導(dǎo)致在礦層之上普遍具有大氣降水、地表水及新生界松散含水巖組上部水。由于有隔水性能良好的松散層中部隔水層的存在，與含礦層砂巖水無(wú)水力聯(lián)系，故對(duì)礦井開(kāi)采無(wú)影響，不是礦井的充水水源。

新生界松散含水巖組下部水：新生界松散含水巖組下部水應(yīng)屬于孔隙承壓含水層，是礦井主要的間接充水水源。研究區(qū)礦井一般設(shè)計(jì)預(yù)留80m的防水礦柱，能夠有效地阻隔新生界松散含水巖組下部水充入至礦井中。同時(shí)，未來(lái)5年礦井采場(chǎng)距基巖面最小105m，該含水層對(duì)礦井的安全生產(chǎn)沒(méi)有影響。

含礦層砂巖裂隙水：含礦層砂巖裂隙水是礦井開(kāi)拓過(guò)程中最為直接的充水水源，該地下水的初始涌水量一般較大，但在短時(shí)間內(nèi)可衰減，直至疏干。同時(shí)，結(jié)合礦井內(nèi)該層的抽水試驗(yàn)結(jié)果等顯示含礦層砂巖裂隙含水巖組的富水性弱、滲透性較差，地下水主要以靜儲(chǔ)量為主，對(duì)礦井生產(chǎn)不會(huì)構(gòu)成水患威脅。

這跟很多國(guó)內(nèi)大型公立醫(yī)院的情況頗為相似。在衛(wèi)生部門(mén)推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)很多大型醫(yī)院已經(jīng)開(kāi)展預(yù)約診療服務(wù)，希望逐步引導(dǎo)患者改變無(wú)序就醫(yī)的習(xí)慣。福建省立醫(yī)院前期也推出分時(shí)段預(yù)約，目前醫(yī)院80%的患者都是預(yù)約就診；醫(yī)院接受預(yù)約，最初按照每位患者4分鐘就診時(shí)間來(lái)設(shè)定。

老空水：研究區(qū)深部礦井及周邊無(wú)小井開(kāi)采記錄。未來(lái)5年初步計(jì)劃開(kāi)采13-1、11-2礦層，無(wú)其它開(kāi)采計(jì)劃。因此，在13-1、11-2礦層開(kāi)采后的采空區(qū)內(nèi)可形成一定的積水，但積水位置、范圍以及積水量等清楚，可實(shí)現(xiàn)有效地的超前分析、探放等，進(jìn)而防止老空水害的威脅。總體上，研究區(qū)內(nèi)的老空水對(duì)礦井生產(chǎn)不構(gòu)成威脅。

當(dāng)人們將得到科學(xué)證明的真理性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐活動(dòng)的指南，堅(jiān)定相信已被證實(shí)的科學(xué)真理，并用以指導(dǎo)自己的行動(dòng)時(shí)，科學(xué)真理就內(nèi)化為一種信仰。無(wú)疑，這種信仰不是盲目的，而是自覺(jué)的，是建立在對(duì)真理的自覺(jué)服從基礎(chǔ)之上的。

2.1.2 含礦層砂巖裂隙含水巖組

礦井內(nèi)的充水通道是礦床充水因素分析的主要途徑，常見(jiàn)的有斷裂破碎帶、原生裂隙、采動(dòng)裂隙、陷落柱以及封閉不良鉆孔等。

查詢(xún)概率矩陣，可以預(yù)測(cè)出下一個(gè)可能出現(xiàn)的狀態(tài)，得到灰色馬爾科夫預(yù)測(cè)模型計(jì)算值分別為0.501、0.474 7、0.482 2、0.508 1、0.531 8、0.560 9、0.569 7、0.540 7、0.529 4。

該組根據(jù)巖石在垂向上的分布規(guī)律可進(jìn)一步分為2個(gè)含水巖組和2個(gè)隔水巖組。

原生裂隙：礦井內(nèi)的基巖以砂巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖和灰?guī)r等為主，巖石中的基巖裂隙較發(fā)育，且根據(jù)采掘工作面出水統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，以頂、底板砂巖滴水、淋水為主；基巖中裂隙發(fā)育具有不均勻性，導(dǎo)致基巖中的裂隙連通性較差。綜上所述，基巖原生裂隙不是礦井的主要充水通道。

對(duì)于1個(gè)普通的NVIDIA GPU，CUDA線程數(shù)目通常能達(dá)到數(shù)千個(gè)甚至更多，因而問(wèn)題劃分模型可成倍地提升計(jì)算機(jī)的運(yùn)算性能。GPU由多個(gè)流水處理器構(gòu)成，流水處理器以Block為基本調(diào)度單元，對(duì)于流水處理器較多的GPU，它一次可以處理的Block更多，從而運(yùn)算速度更快，時(shí)間更短。該原理如圖1所示,由圖1可知，1個(gè)多線程程序被劃分為多個(gè)線程塊，塊之間彼此無(wú)關(guān)，均獨(dú)立執(zhí)行，因而核心越多執(zhí)行效率越高。

采動(dòng)裂隙：資源在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中會(huì)在開(kāi)采工作面底板區(qū)域形成底板破壞帶，在頂板區(qū)域會(huì)形成垮落帶和裂縫帶，均屬于采動(dòng)裂隙。采動(dòng)裂隙可以成為主要的導(dǎo)水構(gòu)造。研究區(qū)礦井內(nèi)預(yù)留了80m的防水礦柱，可有效地組織新生界松散含水巖組中的地下水進(jìn)入礦井。同時(shí)，在未來(lái)5年的采礦計(jì)劃中，礦井采場(chǎng)距離基巖面最小距離為105m，故采動(dòng)裂隙不是本礦未來(lái)5年開(kāi)采下含水的充水通道。

巖溶陷落柱：根據(jù)上文論述可知，研究區(qū)礦井內(nèi)已識(shí)別出陷落柱構(gòu)造1處，疑似陷落柱構(gòu)造1處。未來(lái)5年內(nèi)開(kāi)采時(shí)應(yīng)加強(qiáng)防范陷落柱充（導(dǎo)）水，1號(hào)陷落柱要嚴(yán)格按照劃設(shè)的7-1～4-1礦層的暫緩開(kāi)采區(qū)，未來(lái)5年沒(méi)有采掘活動(dòng)。

封閉不良鉆孔：根據(jù)已有資料顯示，礦井內(nèi)現(xiàn)階段存在封閉不良鉆孔9個(gè)，導(dǎo)致鉆孔本省可能含水，進(jìn)而溝通鉆孔所穿過(guò)的各個(gè)含水層，最終引起礦井充水，對(duì)深部資源采掘構(gòu)造較大的潛在威脅，尤其是溝通礦層底部的灰?guī)r巖溶裂隙含水層。綜上所述，封閉不良鉆孔可能是造成礦井充水的主要通道之一。

2.5.3 充水強(qiáng)度

新生界松散含水層水：自礦山投產(chǎn)以來(lái)，新生界松散含水巖組中共出現(xiàn)5次突水事故，均是在投產(chǎn)初期，且突水量極小。目前，礦山全部井筒采用凍結(jié)法施工工藝，雙層井壁，質(zhì)量可靠，不會(huì)引發(fā)松散含水層突水

。同時(shí)，礦井內(nèi)預(yù)留了80m的防水礦柱，未來(lái)5年采礦計(jì)劃中采場(chǎng)距離基巖最小距離為105m，故新生界松散含水層下部水對(duì)礦井未來(lái)5年的生產(chǎn)無(wú)充水影響。

含礦層砂巖水：未來(lái)5年初步計(jì)劃開(kāi)采13-1、11-2礦層，無(wú)其它開(kāi)采計(jì)劃。隨著工作面的推進(jìn)，出水量逐漸減小，穩(wěn)定在10m

/h。

灰?guī)r巖溶裂隙水：礦層開(kāi)采受底板灰?guī)r巖溶裂隙水影響，需采取井上和井下下相結(jié)合的水文地質(zhì)補(bǔ)勘，同時(shí)實(shí)施區(qū)域治理和疏水降壓工程，其水害防治工程量大，難度高。

老空水：礦井采空區(qū)積水以靜儲(chǔ)量為主，其位置、范圍、積水量已經(jīng)查明；生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)老空區(qū)積水采取超前分析、預(yù)報(bào)和探放后，不會(huì)產(chǎn)生老空水害。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，研究區(qū)井下水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，含水巖組較多，導(dǎo)致資源開(kāi)采難度顯著增大。但是，自礦山投產(chǎn)以來(lái)，礦山突水事故等極少，得益于充分了解了礦井采空區(qū)水文地質(zhì)條件的變化規(guī)律，了解了礦井深部地下水的賦存規(guī)律以及補(bǔ)徑排條件等，進(jìn)而提高了資源的開(kāi)發(fā)安全性。因此，加強(qiáng)礦井深部水文地質(zhì)條件研究是至關(guān)重要的。

[1]鮑大忠,游桂芝．老礦山水文地質(zhì)條件及開(kāi)采后變化特征——以水城觀音山鐵礦區(qū)為例[J]．地下水,2021,43(04)：45-48．

[2]蘇喜平．大型露天礦山的水文地質(zhì)特征及開(kāi)采技術(shù)條件分析[J]．世界有色金屬,2020(14)：53-54．

[3]張世濤,王曉亮,劉宇,宋淑娥,吳文彬．超大型礦床水文地質(zhì)條件對(duì)礦山開(kāi)采的影響研究[J]．世界有色金屬,2020(07)：171-172．

[4]朱國(guó)輝,肖建新．復(fù)雜水文地質(zhì)條件的礦山安全開(kāi)采技術(shù)研究與實(shí)踐[J]．金屬礦山,2009(10)：21-25+31．