新疆某油頁(yè)巖礦區(qū)的水文地質(zhì)特征及礦坑涌水量的預(yù)測(cè)研究

竇祺楓 徐超 余昌輝 鄭翔

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七0一隊(duì)，新疆昌吉 831100）

1 礦區(qū)概況

礦區(qū)位于博格達(dá)中北部山區(qū)低山丘陵地帶，地勢(shì)總體南高北低，東高西低，地形起伏變化不大。最高海拔位于礦區(qū)西南部為1559.11 米，礦區(qū)最低海拔位于白楊河下游河漫灘為1252.67 米，相對(duì)高差306.44 米。地下水由西南向東北徑流，最終向河谷谷地排泄。該區(qū)域河流侵蝕基準(zhǔn)面海拔高為1252.67米。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 含（隔）水層（段）的劃分

根據(jù)鉆孔編錄資料、鉆孔簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)結(jié)果以及地層的富水性特征，結(jié)合未來(lái)地下開(kāi)采時(shí)疏干排水的需求，將礦區(qū)地層劃分為三個(gè)含水層段。詳見(jiàn)表1。

表1 含（隔）水層（段）劃分一覽表

2.2 礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、逕流及排泄

礦區(qū)南部的中高山區(qū)構(gòu)成了該區(qū)域水文地質(zhì)單元的補(bǔ)給區(qū)。該區(qū)內(nèi)發(fā)育有白楊河、根葛爾河兩條季節(jié)性河流，為地下水進(jìn)行測(cè)向入滲補(bǔ)給提供來(lái)源。礦區(qū)內(nèi)地層透水性和富水性較弱，總體上地下水的徑流不暢，交替滯緩。在徑流過(guò)程中，隨時(shí)接受大氣降水補(bǔ)給，沿山巒斜坡向兩側(cè)山谷或低洼地帶運(yùn)移，在合適地帶又以泉水、溪水的形式排出地表，最終向北部沙漠地帶排泄。

2.3 地下水與地表水間的水力聯(lián)系

礦區(qū)內(nèi)常年性地表水體主要有白楊河、根葛爾河地表水和河谷底部第四系砂礫石孔隙潛水可通過(guò)構(gòu)造斷裂帶直接或間接補(bǔ)給礦井地下水，尤其是層間斷裂帶或圍巖裂隙向NW發(fā)育。

2.4 含水層之間的水力聯(lián)系

通過(guò)鉆孔實(shí)際控制的情況可知，礦區(qū)內(nèi)基巖裂隙含水層富水性較弱且不均勻，變化較大。礦區(qū)地下水由西南向東北徑流補(bǔ)給，潛水水位由高向低徑流補(bǔ)給，含水層之間的水力聯(lián)系較密切。

3 礦床充水因素

3.1 地層含水性

根據(jù)施工的水文鉆孔抽水試驗(yàn)成果顯示，該區(qū)地下水水量非常小，接近無(wú)水，礦區(qū)地層的滲透性差，富水性不均勻，整體富水性較弱，該基巖裂隙潛水富水性不均勻，具各向異性的特征，總體上礦區(qū)地層巖性不利于礦床充水。

3.2 構(gòu)造破碎帶對(duì)礦床充水的影響

礦區(qū)在斷裂構(gòu)造及褶皺構(gòu)造的控制和影響下，巖層發(fā)育有不同程度的節(jié)理、裂隙，能形成一定地下水的賦存空間，為地下水提供了溝通渠道，由于整體地形處于低洼地段，地下水的各個(gè)方向匯集于此，裂隙水主要通過(guò)礦體（西側(cè)）巖石的裂隙直接進(jìn)入礦坑。在正常排水條件下，構(gòu)造因素對(duì)礦床充水有利。

3.3 大氣降水及暫時(shí)性地表水流

礦區(qū)中部發(fā)育的白楊河、根葛爾河對(duì)礦床充水有利，其中白楊河流量為182.33L/s，根葛爾河流量為37.25L/s，白楊河其標(biāo)高為1307.13～1252.67 米，根葛爾河其標(biāo)高為1417.50～1320.87 米。礦床充水主要體現(xiàn)為沖毀破壞各類(lèi)礦山設(shè)施，造成人員財(cái)產(chǎn)較大損失，并且地下水為直接灌入礦坑內(nèi)部，地層滲透補(bǔ)給量及補(bǔ)給方式可忽略不計(jì)。

4 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

4.1 預(yù)測(cè)原則

白楊河油頁(yè)巖礦主礦體加權(quán)平均值標(biāo)高+1000米以上。根據(jù)礦體的分布、埋藏條件及開(kāi)采難易程度，礦體的開(kāi)采方式為露天開(kāi)采。

露天采場(chǎng)涌水量分為兩部分：

①地下水量：大多數(shù)礦體位于河水侵蝕基準(zhǔn)面以下，當(dāng)開(kāi)采深度低于河水水位時(shí)對(duì)地下水有一定量的補(bǔ)給。根據(jù)已施工鉆孔資料顯示，礦區(qū)巖石地表風(fēng)化裂隙發(fā)育，深部裂隙逐漸呈閉合狀，因而在一定深度內(nèi)賦存有風(fēng)化裂隙潛水，確定巖石為弱含水層，獨(dú)立的無(wú)壓含水體系。

②大氣降水：以露天采場(chǎng)為獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，兩側(cè)山脊地段分水嶺為零流量邊界。

③地表水入滲補(bǔ)給：考慮到礦區(qū)內(nèi)白楊河及根葛爾河河流量較大且據(jù)礦床露頭較近，對(duì)礦坑充水起到有利作用，而后期利用機(jī)械排水難度較大，因此在礦床開(kāi)采前，應(yīng)先對(duì)河床進(jìn)行改造，使河流以自然排泄的方式經(jīng)過(guò)礦區(qū)，遠(yuǎn)離礦坑，因此不考慮地表河流的入滲補(bǔ)給量。

4.2 地下水涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算方法、計(jì)算公式及參數(shù)的選擇

本次擬建露天采礦場(chǎng)涌水量預(yù)測(cè)包括大氣降水和地下水降落漏斗范圍內(nèi)涌入礦坑的地下水兩個(gè)部分，根據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB∕T 12719-2021）和礦坑涌水量計(jì)算規(guī)程（DZ/T 0342-2020）相關(guān)規(guī)范原則，采用公式Q=Q1+Q2計(jì)算，再利用大井法預(yù)算礦井涌水量（大井法相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2）。

表2 大井法相關(guān)參數(shù)計(jì)算表

故礦坑地下水涌水量預(yù)測(cè)采用“大井法”，因ZK0703、ZK1503 均為天頂角為5°的斜孔進(jìn)行施工，相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)為校正后數(shù)據(jù)（詳見(jiàn)表3）。

表3 鉆孔潛水水位標(biāo)高及含水層厚度統(tǒng)計(jì)表

（1）計(jì)算公式

因基坑緊靠隔水邊界，且d＜0.5R，d 為基坑至隔水邊界距離，R 為影響半徑，采用潛水含水層完整井涌水量計(jì)算公式：

（2）參數(shù)的選擇

①滲透系數(shù)（K）

為了解蘆草溝組含水巖組的含水性，對(duì)地質(zhì)鉆孔ZK0703、ZK1503 進(jìn)行擴(kuò)孔，徹底洗井后做不同降深抽水試驗(yàn)。其巖石平均滲透系數(shù)為0.00025m/d。

②含水層厚度（H）

含水層厚度采用第（Ⅱ）含水層真厚度的平均值作為計(jì)算參數(shù)，詳見(jiàn)表4。

表4 凹陷露天境界降雨量估算

③基坑水位降深（S）

基坑水位降深（S）采用水位標(biāo)高1393.19 米（鉆孔靜止水位標(biāo)高的平均值）與第一開(kāi)采水平標(biāo)高+1000米之差，即393.19米。

④影響半徑（R）

（3）涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算

4.3 露天涌水量估算方法、計(jì)算公式及參數(shù)選擇

大氣降水沿地面流入采坑的水量按正常降雨量與設(shè)計(jì)頻率暴雨量分別計(jì)算。

正常降雨量時(shí)，流入采礦場(chǎng)的水量為：

式中：F—采場(chǎng)的匯水面積，m2；

A—?dú)v年雨季日平均降雨量，m/d；

φ—正常降雨時(shí)的地表徑流系數(shù)。

設(shè)計(jì)頻率暴雨量50年一遇的水量為：

φ 值經(jīng)查表為：正常雨量0.8，暴雨0.7，日降水量最大為34.3毫米。

通過(guò)計(jì)算（見(jiàn)表4）得出：

礦坑正常涌水量Q=Q1+Q2=733.75m3/d

礦坑最大涌水量Qmax=Q1+Q2max=28341.30 m3/d

5 礦坑涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

通過(guò)上述大井法對(duì)各礦段先期開(kāi)采地段礦坑涌水量的預(yù)算可知：礦區(qū)大井法的預(yù)算結(jié)果地下水降落漏斗范圍內(nèi)涌入礦坑的地下水的涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果為341.30m3/d。

該地區(qū)屬于中溫帶大陸性干旱氣候，年平均降水量為168.20mm。在6 月至10 月的暴雨季節(jié)，應(yīng)加強(qiáng)排水，做好油井開(kāi)采系統(tǒng)周?chē)姆篮榇胧?，采礦權(quán)持有人應(yīng)特別注意未來(lái)的礦山排水方式。根據(jù)露天礦存在凹陷露天（降雨和地下涌水）、露天境界涌水量，采取不同的方法進(jìn)行防治，凹陷露天采用水泵機(jī)械排水；露天境界外應(yīng)挖筑防洪截水溝攔截降雨流入露天采坑內(nèi)；礦區(qū)內(nèi)河流較多，各露天礦礦區(qū)集水范圍內(nèi)河流引水通道應(yīng)采取適當(dāng)措施，防止采礦生產(chǎn)造成河流滲水，導(dǎo)致凹陷露天礦邊界徑流大量增加。

為了提前避免發(fā)生相關(guān)透水、突水等事故，開(kāi)采過(guò)程中提前作好超前探水等預(yù)測(cè)工作手段，充分預(yù)留保護(hù)防水巖柱，防止各類(lèi)突水事故的產(chǎn)生。進(jìn)一步做到“有疑必探，先探后掘”的原則做好預(yù)測(cè)及各類(lèi)防水工作。