陜西省鎮安縣東溝金礦生產坑道系統涌水量預測方法對比

郭昂青

（黑龍江省齊齊哈爾礦產勘查開發總院，黑龍江齊齊哈爾161006）

1 礦區概況

礦區位于陜西省鎮安縣張家鄉，面積1.08 km2.礦區地處秦嶺南麓低中山區，山脈多呈東西向展布，地勢北西高，東南低，地形切割強烈［1］.由灰巖組成的山系多形成陡峭的山坡或懸崖峭壁，由頁巖組成的山坡則比較平緩，地形有利于降水的自然排泄.勘查區范圍內最低侵蝕基準面標高為900 m.礦體主要賦存于當地侵蝕基準面以上.礦體附近無地表水體.

本區1970～2008年歷年最大降雨量1244.1 mm（1983年），最小降水量 506.7 mm（1997年），相差737.4 mm.多年平均降水量760.2 mm，一般600～1000 mm，每年6～8月份為雨季，降水量359.8 mm，占年降水量的47.3%.

礦區現有3個中段坑道系統，分別為1150 m中段長度3274 m、1110 m中段長度3959 m和1050 m中段長度3437 m.

2 礦區水文地質條件

2.1 主要充水含水層分布及特征

2.1.1 碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層

主要分布于礦區北西及南西部，走向北西，主要由石炭系中統四峽口組（C2s）和石炭系下統袁家溝組（C1y）薄—中厚層狀灰巖組成.在裂隙發育、碳酸鹽純度較高巖溶發育的地帶，地下水流量大小隨季節和降雨量變化顯著，泉流量大于0.80 L/s.礦區巖溶主要分布于 1290～1270 m、1214～1197 m、951.20～950.71 m 三個標高段，且從上至下巖溶發育程度逐漸減弱，規模逐漸變?。?］.本層富水性弱—中等，為礦區主要充水含水層.

2.1.2 碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶含水層

主要分布于礦區中部丘嶺背斜的兩翼，東溝四周的陡坡上和礦區北部.由泥盆系上統南羊山組上段（D3n3）、中段（D3n2）、中統楊嶺溝組上段（D2y3）、中段（D2y2）礫狀生物碎屑—粒屑灰巖、中薄層狀泥晶灰巖、泥質灰巖夾粉砂質頁巖、泥質頁巖、粉砂巖等細碎屑巖組成.巖溶發育較弱.在斷裂構造發育和裂隙密集地帶，巖溶較發育，但規模較小.當鉆孔揭露到該層灰巖地段時，普遍漏水.該巖組巖溶、含水性、導水性不均，地下水位一般埋深均在100 m以下.地下水主要在地勢低洼和斷裂帶附近以泉的形式排泄，泉水流量0.11～1.15 L/s.本層富水性弱—中等，為礦區主要充水含水層.礦體賦存于南羊山組地層內，賦礦圍巖為泥灰巖、粉砂巖夾粉砂質頁巖、鈣質砂巖.

2.1.3 斷裂構造含水帶

礦區地下水主要受斷裂構造控制，雖然圍巖富水性中等—弱，甚至不含水，賦礦斷裂帶含水微弱，但在橫向和斜交斷裂的應力作用下，形成了脈狀承壓含水帶.由于斷裂構造的力學性質、方向和規模不同，對礦床的充水程度也不同.如北東向斷裂含水帶富水性中等，局部較強，坑道最大涌水量3.43 L/s，為礦區主要充水含水帶.

2.2 隔水層

礦區內分布的頁巖、粉砂巖、灰巖在節理裂隙不發育巖石完整地帶，其含水性、透水性極弱，基本不透水，可視為隔水層.此外，壓扭性斷裂帶也可視為相對隔水層.

2.3 礦區地下水補給徑流排泄條件

大氣降水是礦區地下水最主要的補給來源，也是礦床主要充水水源，降水通過地表風化帶、巖溶發育帶及構造裂隙發育帶滲入而補給地下水.天然狀態下地下水通過斷裂破碎帶、裂隙密集帶和灰巖溶隙徑流，在地勢低洼處以泉的形式排泄于地表溝溪.地下水由北、東、西三面向礦區匯集，總體流向與地形坡向基本一致，水力坡度小于地形坡度.在礦坑排水的強烈干擾下，礦區地下水環境受到嚴重破壞，致使地下水補給、徑流和排泄條件急劇改變.

2.4 水文地質邊界條件

坑道系統的上部邊界為大氣降水補給邊界；北、東、西側向邊界為地下水側向補給邊界，南側邊界為地下水側向排泄邊界.

3 生產坑道系統涌水量預測

生產坑道系統涌水量預測是為礦山排水設計提供重要的基礎依據，對礦山安全生產具有重要的意義.目前主要的預測方法有：解析法、數值法、Q-S曲線外推法、相關外推法、水均衡法及比擬法.根據礦區的水文地質條件、勘探坑道系統長期排水量動態觀測資料和鉆孔抽水試驗資料，分別采用水文地質比擬預測法和Q-S曲線外推預測法，對礦區將來生產坑道系統涌水量進行預測.

由于最上部的1150 m中段坑道系統地下水已處于疏干狀態，故本次只進行1110 m和1050 m中段坑道系統的涌水量預測.

3.1 坑道系統充水條件

3.1.1 充水水源

根據區域和礦區的水文地質條件，礦區坑道系統的充水水源以大氣降水為主，地下水儲存量為輔.

3.1.2 充水通道

上部（1150 m中段以上）充水通道主要為巖溶通道、構造風化裂隙通道.中部充水通道（1150～1110 m中段）以風化構造裂隙通道為主.下部（1110～1050 m中段）充水通道主要為構造裂隙通道.此外，還存在人為充水通道（鉆孔、風鉆炮眼、放炮震開裂隙等充水通道）.

3.1.3 充水強度

根據各中段坑道系統排水量長期觀測資料，1110 m中段坑道系統充水強度，枯水期平均為2.46 L/s，豐水期平均為4.41 L/s.1050 m中段坑道系統充水強度，枯水期平均為1.41 L/s，豐水期平均為13.84 L/s.根據本次坑道系統排水量長期觀測資料，最大排水量為3124.48 m3/d，屬中水礦山.

3.2 坑道系統涌水量預測方法

3.2.1 水文地質比擬預測法

該方法是以相似比擬理論為基礎建立起來的.要求比擬地段的水文地質條件與預測地段的水文地質條件相似.此方法最適用于已勘探礦區深部水平（中段）和外圍礦段的涌水量預測，也可用于具相似條件的新礦區.該方法一般是在整理坑道系統排水量和掘進資料的基礎上，求得某些真實的坑道系統水文地質指標，并做為比擬因子進行預測的.

本次采用了富水系數比擬法和單位涌水量比擬法.其預測的1110 m中段和1050 m中段生產坑道系統涌水量見表1.

3.2.2 Q-S曲線外推預測法

利用礦區抽水試驗孔三次降深的抽水試驗資料，建立Q-S曲線方程，進行外推降深和井徑換算來預測坑道系統的涌水量.降深允許外推范圍，一般不超過抽放水試驗最大降深的2～3倍.此法的優點在于避開了求取各種水文地質參數，計算簡便［3］.因此，它適用于水文地質條件復雜，且難于取得有關參數的礦區.

本次利用Q-S曲線外推法，對1110 m中段和1050 m中段坑道系統進行了涌水量預測，其預測的坑道系統涌水量見表1.

4 生產坑道系統涌水量預測方法對比

4.1 水文地質比擬預測法

水文地質比擬法中的富水系數比擬法和單位涌水量比擬法所采用的計算參數Q0（勘探坑道系統實際排水量），分別由1110 m中段和1050 m中段勘探坑道系統實際排水量長期觀測得來；S0（勘探坑道系統實際降深）由長期觀測孔地下水水位平均值確定；F0（勘探坑道系統實際疏干面積）分別根據1110 m中段和1050 m中段坑道系統分布范圍，在1∶1000水文地質圖上確定.由此可見，預測計算所采用的參數精度較高.預測的生產坑道系統涌水量接近勘探坑道系統實測排水量（1110 m中段生產和勘探坑道系統最大涌水量相差0.07～0.30倍，1050 m中段生產和勘探坑道系統最大涌水量相差 0.12～0.65倍，見表 1）.

表1 礦區生產坑道系統涌水量預測方法對比表Table 1 Forecasting methods for inflow in the production tunnel system of mine

4.2 Q-S曲線外推預測法

Q-S曲線外推法所采用的計算參數Q孔（鉆孔外推涌水量）為水文地質孔抽水試驗外推的鉆孔涌水量.F（大井影響面積）根據1110 m中段和1050 m中段坑道系統分布范圍，從1∶1000水文地質圖上確定.S（鉆孔外推降深）根據長期觀測孔地下水水位資料確定.r井（大井引用半徑）與r孔（鉆孔半徑）相差3710倍，.由此可見，預測計算所采用的參數精度不高.預測的生產坑道系統涌水量與勘探坑道系統實測排水量相差較大（1110 m中段生產和勘探坑道系統最大涌水量相差9.69倍，1050 m中段生產和勘探坑道系統最大涌水量相差0.98倍，見表1）.

5 結語

由水文地質比擬法和Q-S曲線外推法預測的1110 m中段和1050 m中段生產坑道系統涌水量，與1110 m中段和1050 m中段勘探坑道系統的實際排水量對比可以看出，利用水文地質比擬法預測的生產坑道系統涌水量，比較接近勘探坑道系統的實際排水量.以此方法預測的生產坑道系統最大涌水量，可以作為生產坑道系統設計排水量的依據.對條件類似的礦山可采用水文地質比擬法預測坑道系統的涌水量.

［1］地質部水文地質工程地質技術方法研究隊.水文地質手冊［M］.北京：地質出版社，1978.

［2］西安地質學院，等.水文地質學［M］.北京：地質出版社，1979.

［3］房佩賢，衛中鼎，廖資升.專門水文地質學［M］.北京：地質出版社,1996.