貴州省遵義錳礦銅鑼井礦段大型群孔抽水試驗及其實用意義

2013-11-09 02:07:06趙翠曾繼富覃紅亮

資源節約與環保 2013年8期

趙翠曾繼富覃紅亮

（貴州省地礦局一0二地質大隊貴州遵義 563003）

1 礦區地質、水文條件簡介

貴州省遵義錳礦銅鑼井礦段地處黔中隆起北緣與黔北凹陷交接地帶，區內沉積巖發育，區域地層除泥盆系、石炭系及白堊系缺失外，其余自震旦系至第四系均有出露。銅鑼井礦段位于銅鑼井背斜的南西傾沒端，在此常形成復式背、向斜，并伴有一系列走向逆斷層，為礦區構造最復雜地段[2]。

從區域上看，錳礦層在銅鑼井背斜兩翼呈北東-南西向展布，兩翼均以長條狀向北東延伸甚遠，含水層兩側各有隔水邊界限制，南西端于南湘江一帶由于隔水頂板向下傾伏，地下水運移受阻[3]。因此在南、北湘江之間構成了一個比較完整的水文地質單元（見圖1主要含水層區域水文地質及工程布置圖）。

為查明上述主要含水層的水文地質特征，進行了一次以大口徑單主孔配以強有力的深井泵的大型群孔抽水試驗，下面即對該群孔抽水試驗進行詳細的敘述分析。

2 抽水試驗情況

2.1 試驗概況

本次群孔抽水試驗以ZK2305孔位1020米處實施一大口徑鉆孔（DZK2305）作為抽水主孔，ZK2305作為中心觀測孔，區內布設了15個觀測孔（包括中心觀測孔），泉水觀測點2個，礦井觀測點3個，河流觀測點1個，觀測孔（點）共計21個。主要觀測點分布于W47至40號泉之間，沿走向控制長度2392米，寬度100-290米，外圍最遠的觀測點距主孔8247米，相鄰礦段784-1突水點距主孔2690米。試驗過程歷時35天，共進行了兩次降低，一次恢復的穩定群孔抽水試驗。

2.2 試驗過程分析

本次試驗按穩定抽水試驗要求進行，作兩次降低，一次恢復，分四個階段進行：抽水前測靜止水位階段、S2抽水階段、S1抽水階段和恢復水位階段。在正式試驗前的靜止水位階段，在24小時的試抽時間內，中心觀測孔（ZK2305）水位降低值達4.45米，最后5小時仍以0.11米/小時的幅度下降。經過6小時45分鐘的試抽，抽出的水明顯由渾變清，絕大部分觀測孔內情況良好。試抽前后主孔（DZK2305）和中心觀測孔（ZK2305）的水位完全一致，進一步證明兩孔連通情況很好，40號泉和784-1突水點均明顯受到影響。主孔（DZK2305）孔內出水正常，最大水位降低值可以接近或超過規范的指標，各孔水位在24小時內達到穩定，穩定時間均在4小時以上，誤差多在0.01-0.04米。

抽水前測水位階段結束后轉入S2抽水階段，S2抽水階段歷時334小時50分鐘，此次抽水取得了最大降低值。開始抽水后，主孔（DZK2305）出水量達65升/秒，隨著降深逐漸加大，其出水量也逐漸減少，最后在19小時的穩定段內，主孔（DZK2305）水位誤差為0.89%，流量誤差為0.74%，各觀測孔穩定時間為4-8小時不等，誤差為0.01-0.05米。

由S2轉入S1抽水階段，該試驗采用自流回灌方法。S1抽水歷時228小時30分鐘，主孔（DZK2305）流量穩定時間為190小時，誤差為2.55%，水位穩定時間為18小時，誤差為0.77%，各觀測孔穩定時間為5-18小時不等，誤差為0.02-0.05米。

水位恢復階段歷時235小時，各孔穩定時間為4-88小時不等。誤差為0-0.05米(恢復水位)。

3 試驗結果的整理與分析

3.1 檢驗和豐富了對貴州省遵義錳礦銅鑼井礦區水文地質條件的認識

根據群孔抽水試驗之前進行的區域水文地質調查及相鄰礦段礦井水文地質調查，礦段南西邊界的40號泉和相鄰礦段784-1突水點，在表面上雖出露于二疊系中統茅口組第二段（P2m2），而實際上這兩個點的出露都是由于構造因素和地形的切割或巷道的下掘造成的，地下水來自于二疊系中統茅口組和棲霞組第一段(P2q1+m)含水層，銅鑼井背斜兩翼含水層補給條件好，40號泉是該含水層最主要的排泄點。

3.2 為貴州省遵義錳礦銅鑼井礦段礦坑涌水量預測提供了可靠依據

通過本次大型群孔抽水試驗，可以看出當主孔（DZK2305）抽水時，各主要觀測孔水位幾乎是同步整體大幅度下降，這種情況類似于一次礦山排水疏干試驗。由此可以設想將來開采井巷工程涉及到該含水層的這些部位時，在礦山排水作用下必然也要形成一個群孔抽水試驗相似的水位整體下降現象，因此可以利用群孔抽水試驗所得水位降低值及相應的涌水量為基礎，采用相應的涌水量曲線方程來預測未來礦坑涌水量，這樣既可以避開涌水量理論方程計算中的許多難以確定的參數，又不受復雜邊界條件的限制，簡單又準確。

3.3 為貴州省遵義銅鑼井地區正在開采的相鄰礦段的地下水防治提供了依據

貴州省遵義沙壩礦段目前正在開采，它與銅鑼井礦段屬同一構造單元且緊密相連，因之前未對二疊系中統茅口組和棲霞組第一段（P2q1+m）含水層進行勘探，加之其他原因，給建井和開采工作帶來了嚴重后果，該礦主井之前發生突水事故后，多年封井未能下掘，近幾年曾采用帷幕注漿工程治理，至今尚未完成。目前礦井突水仍是該礦山存在的主要水文地質問題?？梢灶A料，該礦在將來長期的開采過程中，二疊系中統茅口組和棲霞組第一段（P2q1+m）含水層地下水仍是開采工作的主要威脅。

3.4 為貴州省遵義銅鑼井地區的礦山供水提供了新的水源和供水方向

二十余年來，貴州省遵義銅鑼井地區的礦山生活用水均依靠打漁洞（40號泉）地下水作為唯一供水水源，后因發生幾次天然斷流。所以又使用礦坑水（784-1）作為補充水源，本次群孔抽水試驗結束后，應生產單位要求，將試驗主孔（DZK2305）提供給生產單位使用，其降深18.41米時的穩定涌水量為4553.28m3/天，這樣不但可以完全滿足生產單位一段時間的生活用水要求，同時還可以解決部分生產用水。然而通過本次群孔抽水試驗，又可以確切的指出，在將來的建井及開采過程中，隨著采深加大和主要含水系統被揭露，地下水將向礦井排水中心匯流，此時，40號泉亦即隨之斷流，784-1突水點隨之消失，試驗主孔（DZK2305）水位隨之大幅度下降，生活水源無法保證。根據本區水文地質條件和礦坑涌水量預測成果來看，從長遠考慮，貴州省遵義銅鑼井地區的礦山供水方向立足于二疊系中統茅口組和棲霞組第一段（P2q1+m）含水層并采用排供結合的方案是最切實可行的。