大井法在礦坑涌水量預測中的應用

魏子棟

(唐山首鋼馬蘭莊鐵礦有限責任公司，河北 唐山 064413)

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大井法在礦坑涌水量預測中的應用

魏子棟

(唐山首鋼馬蘭莊鐵礦有限責任公司，河北 唐山 064413)

指出了在礦區水文地質勘查階段，未來礦坑涌水量預測是礦區水文地質工作的主要任務之一，大井法在預測礦井涌水量方面因其簡單方便的特點成為常用方法之一，通過大井法在具體工程中的應用，探討了其在涌水量計算中的計算方法和存在問題，對礦坑涌水量預測有一定指導作用。

大井法；含水層；礦坑涌水量預測

1　引言

涌水量預測是礦山防治水工作中的重要環節，也是開采設計部門選擇水泵、電機、排水管路等排水設備的依據，同時也是設計水倉、水泵房等防治水工作的主要依據，礦坑涌水量預測的準確與否，直接關系到礦山生產的安全[1]。

大井法是礦坑涌水量預測方法之一。當礦坑水通過疏降到一定水位后，礦坑水位不再繼續下降，即呈現相對穩定的狀態時,這時可以把礦坑視為一個放水井，地下水就是以礦坑為中心形成輻射流場，這個輻射流場可以視為滿足穩定井流的條件，這樣就可以采用大井的涌水量的估算方法了。雖然礦坑邊界幾何形態可能很復雜,但可以用不規則巷道系統所圈定面積來替代假想的大井面積,參與大井的涌水量,從而可以近似應用裘布依的穩定流基本方程計算礦坑涌水量[2]。

筆者結合馬蘭莊鐵礦地下開采實例闡述了大井法在金屬礦山礦坑涌水量估算中的應用，對同類礦山礦坑涌水量預測具有一定的指導和借鑒意義[3]。

2　礦區自然地理

首鋼馬蘭莊鐵礦隸屬于河北省遷安市馬蘭莊鎮管轄，礦區位于燕山山脈南麓，地勢總體西北高、東南低，自西北向東南傾斜，并由低山丘陵逐漸向沖洪積平原過渡，海拔70～446 m，地形高差100～200 m，地形起伏較大。

礦區屬溫帶大陸性氣候，冬季和春季往往天氣干旱，雨水少，蒸發量比降水量大，平均降水量648.48 mm；雨季主要集中在6、7、8、9月，平均降水量1629.4 mm，常形成旱季。

3　礦區水文地質條件

3.1含水層

3.1.1第四系孔隙含水層

該含水層為第四系人工填土、河漫灘沖洪積、坡積砂礫石層, 一般厚度小于10 m，薄而不穩定，分布面積小，富水性差，單位涌水量小于0.1 L/s·m，為強透水弱含水層。

3.1.2基巖裂隙含水層

根據巖石裂隙性質將基巖裂隙含水層分為風化裂隙含水層和構造裂隙含水層。

(1)風化裂隙含水層。由各種古老變質巖和磁鐵石英巖等組成，巖層總體表現為較塑性，節理裂隙不發育，主要為風化裂隙。該區各類片麻巖強風化帶厚度一般為15～25 m，弱風化帶可達25～60 m深，地下水隨風化強度減弱逐漸消失。單位涌水量0.0001～0.0619 L/s.m，滲透系數0.003～0.2145 m/d，水質類型為SO4·HCO3-Ca·Mg。

(2)構造裂隙含水層。主要發育于褶皺構造核部及斷層附近，節理裂隙多，同時裂隙間連通性往往較好，易形成導水、含水帶。

3.2隔水層

礦體圍巖為混合巖及片麻巖類等,鉆孔及坑道所見巖石完整,裂隙不發育,未見漏水涌水現象,為較好的隔水巖體[4]。

3.3礦區地下水補給、徑流與排泄

大氣降水主要補給礦區內第四系含水層，第四系含水層是基巖含水層的間接補給水源，另外基巖含水層還可接受相鄰含水層側向補給。

基于目前礦床開采現狀，采坑現坑底標高-20 m左右，為礦床地下水位最低處，礦床周圍含水層水位都高于采場平均水位，形成一個人為的降落漏斗，在其影響半徑以內的含水層，向采場內排泄；同時采坑被回填，形成一套潛水含水層，與淺部基巖地下水融為一體，平均水位標高40～50 m左右，間接對基巖深部含水層連續滲入補給；

4　礦坑涌水量預測

礦床露天開采至-20 m標高后閉坑，目前已回填至130 m標高左右。本次研究僅對轉入地下開采后首采地段-80 m標高段礦井涌水量進行預測。礦井涌水量包括兩部分，一部分為地下水涌水量，由礦床主要基巖裂隙含水層以淋水和突水形式進入礦井，突水點一般位于構造部位及向斜核部；另一部分為大氣降雨徑流滲入量，包括雨季正常降雨徑流滲入量和設計頻率暴雨徑流滲入量。

計算參數以水文地質試驗取得的數據為主，延用礦區以往部分資料。礦段地表平均標高136.29 m，平均穩定水位埋深73.49 m，標高62.80 m，其中風化裂隙含水層厚度取風化帶平均厚度29.21 m，構造裂隙含水層厚度根據礦區鉆孔水文電測井成果及簡易水文觀測成果綜合研究確定，按不同標高分別統計，最終含水層厚度取以上兩種含水層厚度之和；滲透系數取礦區以往的水文地質實驗成果和本次勘察水文地質試驗成果的平均值，并按1.15的修正系數進行修正；采用“大井法”承壓轉無壓水計算公式，計算礦井地下水涌水量。計算參數見表1。

表1　礦井地下水涌水量計算參數

計算公式[5]：

Q=4πKmS/RC

S=((2H-m)m-h0×h0)/2m

RC=2Ln(R/rw)

R0=rw+R

式中：

Q— 礦井地下水涌水量，m3/d；

K— 平均滲透系數，m/d；

S—礦井系統之水位降深值，m；

F— 礦井系統范圍的面積，m；

M— 含水層平均厚度，m；

H—含水層底板至穩定水位的距離，m；

h0—從含水層底板到動水位；

RC— 不同邊界的水流阻力值；

rw—引用半徑，m；

R0—引用影響半徑，m。

將各相應參數代入承壓轉無壓完整井裘布依公式中,得出預算中段的涌水量，大井法礦井地下水涌水量計算結果見表2。

表2　大井法礦井地下水涌水量計算結果

5　結論

運用大井法對礦坑涌水量進行預測，把礦坑復雜的坑道系統視為大井，概化理想化的模型，采用的公式建立含水層均質、各向同性，而本礦區含水層不可能絕對完全滿足上述條件，因此計算結果與實際會有偏差[5]。通過首鋼馬蘭莊鐵礦多年驗證，大井法預測的涌水量誤差較大，說明此方法是可行的。

[1]楊瀟.大井法預測神農架大白蓮礦區磷礦礦坑涌水量[J].資源環境與工程，2014(6).

[2]俞解星.利用大井法預測紙坑礦區的礦坑涌水量[J].能源與環境，2014(4).

[3]李玲玲.“大井法”在礦坑涌水量預測中的應用[J].地下水，2015(1).

[4]傅大慶.大井法及水文地質比擬法在某礦山礦坑涌水量預測中的應用對比[J].西部探礦工程，2016(1).

[5]王運敏.現代采礦手冊[M].北京：冶金工業出版社，2012.

2016-06-07

魏子棟(1986—)，男，助理工程師，主要從事礦山地質工作。

TD742.1

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1674-9944(2016)14-0248-02