石芒坑金礦抽水與注水試驗及涌水量預(yù)測

李中權(quán)

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局322地質(zhì)隊）

石芒坑金礦位于安徽省宣城市涇縣黃村鎮(zhèn)，詳查階段水文工作主要任務(wù)之一是基本查明礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)條件，礦床主要含水層的性質(zhì)、分布及地下水的補、徑、排泄條件，預(yù)測礦坑涌水量。根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)勘查規(guī)范要求，利用鉆孔ZK1102 進行了穩(wěn)定流抽水試驗，求取滲透系數(shù)，從而準確預(yù)測礦坑涌水量［1］。

1 水文地質(zhì)條件

1.1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

石芒坑金礦區(qū)域上屬于皖南中低山水文地質(zhì)區(qū)，具有良好的補、徑、排泄條件，區(qū)域水文地質(zhì)條件屬于簡單類型。按含水介質(zhì)、孔隙類型和地下水的賦存條件，區(qū)域內(nèi)地下水類型有松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水和基巖裂隙水3 種［2］。其中基巖裂隙含水巖組巖性主要為石英砂巖、粉砂巖，構(gòu)造裂隙發(fā)育，且裂隙開啟程度好，地下水較豐富，泉流量常見為0.5～1.0 L/s。

1.2 礦床水文地質(zhì)特征

1.2.1 含水巖組

（1）中等—強富水的第四系孔隙含水巖組［3］主要分布于礦區(qū)的中北部低洼地段及山間坳陷，為河流沖洪積物，厚度為0.80～9.63 m（鉆孔揭露）。上部巖性為粉質(zhì)黏土，可塑—軟塑狀態(tài)，下部為砂礫層及礫石夾層，富水性中等—強，透水性強。該含水層主要接受大氣降水補給，下部與弱富水的砂巖裂隙含水巖組接觸，并存在水力聯(lián)系。

（2）弱富水性的第四系孔隙含水巖組零星分布于礦區(qū)東側(cè)山間坡地，為殘坡積物，巖性主要為含碎石黏土，富水性弱。

（3）弱富水的志流系砂巖裂隙含水巖組［3］分布于整個礦區(qū)，巖性主要為淺紫、紫紅色細砂巖、粉砂巖、石英砂巖，為礦床主要充水含水層。根據(jù)詳查工作鉆孔編錄資料，該含水層裂隙發(fā)育程度一般，弱富水性。以往工作未進行專門水文地質(zhì)工作，無相應(yīng)的水文地質(zhì)參數(shù)。詳查階段工作須進行抽水試驗、注水試驗求取主要含水層（志留系砂巖、粉砂巖）的滲透系數(shù)，進行礦坑涌水量預(yù)測，研究礦區(qū)主要志留系砂巖的含水性質(zhì)及含水層之間的水力聯(lián)系等，為礦山后期開采設(shè)計提供參考依據(jù)。

1.2.2 相對隔水巖組

隔水巖組主要由新近系安慶組、古近系雙塔寺組、晚白堊系赤山組及巖體組成，巖性主要為土黃、灰黃色礫卵石，淺灰砂質(zhì)泥巖、泥巖，灰紫、紫紅色厚層礫巖、砂礫巖夾黃褐、灰紫色砂巖透鏡體，花崗閃長斑巖。其富水性差，構(gòu)成相對隔水層。

此外，全國家用電器工業(yè)信息中心還協(xié)同家電行業(yè)研究機構(gòu)、數(shù)據(jù)調(diào)研機構(gòu)及企業(yè)共同舉辦家電行業(yè)研討會議；組織行業(yè)專家對行業(yè)創(chuàng)新技術(shù)、工藝、設(shè)計以及科技研發(fā)成果進行綜合性審定、評價和推介；聯(lián)合家電相關(guān)技術(shù)學(xué)會和大專院校舉辦學(xué)術(shù)交流活動，整理學(xué)術(shù)資料并出版學(xué)術(shù)論文集，促進行業(yè)信息互通和技術(shù)交流；同時，全國家用電器工業(yè)信息中心整合家電行業(yè)上下游信息資源，推進家電上下游行業(yè)融合、協(xié)同發(fā)展。

2 抽水與注水試驗

2.1 試驗方案

（1）抽水試驗方案。利用鉆孔ZK1102，采用口徑91 mm 深井泵進行穩(wěn)定流抽水試驗，抽水過程中保持流量固定，連續(xù)抽取地下水，在鉆孔內(nèi)形成人工降深場，利用水量與水位下降的歷時變化關(guān)系，計算主要含水層滲透系數(shù)［4］。

（2）注水試驗方案。利用清水泵往鉆孔ZK1102進行定水頭注水試驗。注水過程中保持孔內(nèi)水位固定，通過水位與注水量的函數(shù)關(guān)系，求取主要含山層的滲透系數(shù)［5］。抽水試驗的原理與抽水試驗相同，但抽水試驗是在含水層內(nèi)形成降落漏斗，而注水試驗是在含水層上形成反漏斗。其觀測要求和計算方法與抽水試驗類似。

2.2 穩(wěn)定流抽水試驗過程及結(jié)果

正式抽水之前采用鉆桿進行洗孔，洗至孔口返清水結(jié)束。第一次抽水持續(xù)9 min 掉泵，水位降至水泵以下，導(dǎo)致抽水中斷。抽水中斷后觀測恢復(fù)水位，發(fā)現(xiàn)鉆孔水位恢復(fù)很慢，推斷含水層補給不足，無法進行持續(xù)抽水試驗。觀測恢復(fù)水位一定時間后分別進行了第2 次和第3 次抽水試驗，均僅持續(xù)1 min 就掉泵。試驗結(jié)果詳見圖1。

抽水試驗采用工程地質(zhì)手冊經(jīng)驗公式［4］進行計算：

式中，K為滲透系數(shù)，m/d；Qy為涌水量，取值0.49 L/s；H代表含水層厚度，取值80.61 m；S 為水位降升，取值12.80 m；r為鉆孔內(nèi)半徑，取值0.046 m；R 代表抽水影響半徑，m。

將參數(shù)代入式（1）、式（2），求得滲透系數(shù)K1=0.126 m/d。

2.3 注水試驗過程及結(jié)果

2.3.1 現(xiàn)場試驗

在注水試驗前先進行地下水位觀測，注水試驗初始水位為42.0 m。用水桶注入水量，并記錄數(shù)據(jù)。固定水位降升為2 m，當(dāng)連續(xù)2 次量測的注入量之差不大于最后1次注入量的10%時，試驗結(jié)束，取最后1次注入流量作為計算值。試驗結(jié)果詳見圖2。

注水試驗采用工程地質(zhì)手冊中的經(jīng)驗公式［5］計算滲透系數(shù)，在試段長度L 與鉆孔內(nèi)半徑r 的比值大于4時，有

式中，Qz為注水量，取值為0.025 L/s；L為試段長度，取值為60.37 m。

將各參數(shù)代入式（3），求得滲透系數(shù)K2=0.023 m/d。

2.4 滲透系數(shù)對比分析及選取

抽水試驗取得滲透系數(shù)是注水試驗取得的5.478倍，造成抽水試驗與注水試驗滲透系數(shù)相差較大的原因如下：

（1）抽水試驗泵水量偏小，抽水持續(xù)時間短，取得的滲透系數(shù)代表性較差，導(dǎo)致抽水試驗求得的滲透系數(shù)較注水試驗求得的滲透系數(shù)偏大。

（2）抽水試驗與注水試驗段位置及長度不一致，導(dǎo)致滲透系數(shù)相差較大。

砂巖滲透系數(shù)經(jīng)驗值K3=3×10-6～6×10-6m/s（0.26 ～0.52 m/d），粉砂巖滲透系數(shù)經(jīng)驗值 K4=1×10-11～1.4×10-8m/s（8.6×10-7～1.2×10-3m/d）。根據(jù)試驗結(jié)果，K4＜K2＜K1＜K3。工作區(qū)主要含水層巖性為砂巖、粉砂巖、石英砂巖，根據(jù)鉆孔巖心水文地質(zhì)工程地質(zhì)編錄情況，巖心裂隙一般發(fā)育，僅局部較發(fā)育。根據(jù)鉆孔巖心揭露情況及以往工作經(jīng)驗綜合考慮，確定選取注水試驗取得的滲透系數(shù)K2值進行礦坑涌水量預(yù)測。

3 礦坑涌水量預(yù)測

3.1 預(yù)測方法及結(jié)果

礦體主要賦存于巖體與砂巖接觸帶，礦床主要含水層為志留系唐家塢組砂巖，富水性弱，根據(jù)其空間分布特征，石芒坑金礦屬于裂隙直接充水礦床。

依據(jù)礦床含水層結(jié)構(gòu)及分布特征，主要含水巖組分布范圍延伸至區(qū)外，水文地質(zhì)單元可視為無限邊界，為此，礦坑涌水量Q 計算采用大井法計算［4］。對于潛水完整井，計算公式為

式中，K為滲透系數(shù)，m/d，h代表計算礦坑最大涌水量時含水層厚度，m。

K 采用注水試驗滲透系數(shù)K2；H 利用詳查工作16個鉆孔編錄資料確定，H=90.60 m；h 以主礦體最低賦存標(biāo)高為基準，取0 m；礦體平面投影總面積約為0.16 km2，求得R=225.7 m。

將參數(shù)代入式（4）、式（5），得到礦坑涌水量Q=166 m3/d。

3.2 預(yù)測結(jié)果可靠性說明

（1）本次預(yù)測的礦坑涌水量不包括因開采不當(dāng)及未查明的隱蔽導(dǎo)水構(gòu)造帶水量。鉆孔按照規(guī)范要求的工程網(wǎng)度進行布設(shè)，鉆孔只能揭露鉆孔區(qū)域的裂隙發(fā)育情況，對于鉆孔探測范圍外的隱蔽型的礦床天然充水通道無法揭露，隱蔽導(dǎo)水構(gòu)造帶的地下水量無法進行預(yù)測，因此隱蔽導(dǎo)水構(gòu)造帶水量不包含在本次礦坑涌水量預(yù)測結(jié)果內(nèi)。將來在礦山開采前須進行超前探放水工作。

（2）由于礦區(qū)詳查階段僅進行了單孔抽水試驗，計算參數(shù)代表性有限，礦坑涌水量預(yù)測值與未來礦山開采排水量可能存在差異，亦屬正常。

（3）區(qū)域基巖裂隙含水巖組泉流量常見為0.5～1.0 L/s，屬于弱富水性。礦區(qū)主要含水層巖性為砂巖、粉砂巖、石英砂巖，富水性弱。試驗結(jié)果中確定滲透系數(shù)K 為0.023 m/d，涌水量Q=166 m3/d，均可證明礦區(qū)主要含水層為弱富水性。這也從側(cè)面說明抽水試驗及注水試驗結(jié)果較可靠。

4 結(jié) 論

（1）通過注水試驗與抽水試驗結(jié)果對比分析，求得工作區(qū)滲水系數(shù)為0.023 m/d，采用大井法進行礦坑涌水量預(yù)測，計算涌水量為166 m3/d，預(yù)測結(jié)果具有一定參考價值，可為后期礦山開采設(shè)計提供參考。

（2）詳查階段工作因工程網(wǎng)度等原因，僅進行了單孔抽水試驗，隱蔽導(dǎo)水構(gòu)造帶分布未查明，建議礦山開采前進行專門水文地質(zhì)工作，詳細查明礦區(qū)水文地質(zhì)條件。