淺論恩平市某建筑用石灰?guī)r礦區(qū)坑涌水量預(yù)測(cè)

葉冠球

（廣東省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊(duì)，廣東江門(mén)529040）

淺論恩平市某建筑用石灰?guī)r礦區(qū)坑涌水量預(yù)測(cè)

葉冠球*

（廣東省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊(duì)，廣東江門(mén)529040）

主要通過(guò)分析恩平市某建筑用石灰?guī)r礦區(qū)的地下水類(lèi)型、補(bǔ)徑排條件、巖溶發(fā)育特征等水文地質(zhì)條件與氣象條件，采用解析法與比擬法對(duì)地表水與地下水的進(jìn)行礦區(qū)涌水量分析，為礦區(qū)設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)，也為同類(lèi)礦區(qū)提供重要參考。

石灰?guī)r；地下水；涌水量；解析法；比擬法

1 自然地理概況

石灰?guī)r礦區(qū)以北面農(nóng)田，南面有村莊，并以錦江河支流為匯水邊界，匯水面積1.28km2；東、西側(cè)面較遠(yuǎn)處為有丘陵，為分水嶺，形成一個(gè)完整的水文地質(zhì)單元。礦區(qū)總的地勢(shì)東高西低，最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高20.00m，最低自然排泄面標(biāo)高9.00m。未來(lái)礦床開(kāi)采地界標(biāo)高-80m。

2 地下水類(lèi)型

（1）松散巖類(lèi)孔隙水：主要分布于礦區(qū)中部凹地第四系沖洪積含卵石粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土孔隙中，厚度3.00～10.77m，平均厚度5.0，弱透水，含水微弱；

（2）層狀巖類(lèi)孔隙水：主要分布于礦區(qū)北部泥盆系桂頭組砂巖裂隙中。淺部巖體破碎，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，平均厚度22.00m，為弱富水的裂隙水含水層；

（3）碳酸鹽巖類(lèi)巖溶水：主要分布在礦區(qū)中部，為埋藏型巖溶水，為第四系土層所覆蓋，屬覆蓋型巖溶水。標(biāo)高-30m以上灰?guī)r裂隙、溶洞發(fā)育，為礦坑充水的主要含水層，平均厚度50.25m；標(biāo)高-52～-80m灰?guī)r新鮮，較完整，裂隙溶洞不發(fā)育，巖體完整性較好，可視為相對(duì)隔水層。鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果表明（見(jiàn)表1），巖溶水分布很不均勻。ZK02孔無(wú)水可抽，其他鉆孔的單位涌水量0.005～0.552L/（s·m），滲透系數(shù)0.004～1.41m/d，其含水性及透水性弱—中等。

3 地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

表1 鉆孔抽水試驗(yàn)成果表

（1）補(bǔ)給條件：

①大氣降雨補(bǔ)給：礦區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年降雨量1385.7～2776.3mm。充沛的降雨為地下水補(bǔ)給提供了較充足水源。礦區(qū)平原地貌，是大氣降雨的補(bǔ)給區(qū)，降雨垂直入滲補(bǔ)給地下水。由于周邊山勢(shì)略高，有利于形成地表徑流，不利于入滲補(bǔ)給；低凹處第四系沖洪積覆蓋層厚度大，透水性弱，降雨入滲補(bǔ)給量較小；

②地表水補(bǔ)給：礦區(qū)南西部為錦江河支流，集水面積達(dá)1.28km2，正常水位4m。但河底粉質(zhì)粘土層厚度大于5m，透水性弱，地表水與地下水的水力聯(lián)系甚微，地表水補(bǔ)給量也較小。

（2）徑流、排泄條件：在天然狀態(tài)下，礦區(qū)為補(bǔ)給—徑流區(qū)。大氣降雨垂直補(bǔ)給，轉(zhuǎn)換為地下水的水平徑流；河水水側(cè)向補(bǔ)給地下水。補(bǔ)給區(qū)與徑流區(qū)基本一致。山丘地下水徑流距離短，在地形低凹處以侵蝕下降泉排泄于地表；天然狀態(tài)下地下水總的流向是由東向西，以地下徑流形式流出區(qū)外。

（3）巖溶發(fā)育特征及構(gòu)造破碎帶的含、導(dǎo)水性：

①溶發(fā)育特征：全區(qū)共有控礦鉆孔61個(gè)，見(jiàn)溶洞鉆孔50個(gè)，見(jiàn)洞率81.96%，全區(qū)亞巖溶率10.36%，淺部巖溶形態(tài)表現(xiàn)為槽、溶溝、溶蝕芽等，深部巖溶形態(tài)為溶洞、溶蝕裂隙，巖溶發(fā)育程度隨著深度的增加而減弱。溶洞充填率為60.53%，空洞率為39.47%。溶洞在平面上具有分帶性，經(jīng)鉆探結(jié)合物探方法，平面上圈出3個(gè)巖溶發(fā)育帶（A1、A2、A3）。以A2為主要巖溶發(fā)育帶，面積0.40km2，占石灰?guī)r出露面積的31.25%，控礦鉆孔28個(gè)，見(jiàn)洞孔20個(gè)，見(jiàn)洞率71.43%，巖溶率7.85%，高于巖溶全區(qū)和欠發(fā)育帶，抽水試驗(yàn)表明，巖溶發(fā)育帶的含水性及導(dǎo)水性較好；

②構(gòu)造破碎帶的含、導(dǎo)水性：礦區(qū)南部有F1斷層，走向北西，傾向北東，傾角65°～70°，為正斷層，呈張性，含水性較好，為礦床地下水的補(bǔ)給提供有利條件。

4 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

（1）礦坑充水因素：

①大氣降雨：礦坑露天開(kāi)采時(shí)，大氣降雨可直接落入礦坑，成為礦坑充水的主要水源。礦坑涌水量與降雨量密切相關(guān)，雨季充水量增加，尤其暴雨對(duì)礦坑充水往往構(gòu)成較大的威脅；

②地下水：礦坑露天開(kāi)采揭露灰?guī)r含水層，使儲(chǔ)存于灰?guī)r含水層中的地下水成為礦坑主要和直接的充水水源。

（2）礦坑涌水量預(yù)測(cè)：

①大氣降雨充水量：

計(jì)算公式：

式中：Q——大氣降雨時(shí)流入礦坑的水量，m3/d；

F0——按可采邊界圈定的礦坑面積，m2；

F——扣除礦坑面積的外圍匯水面積，m2；

A——日降雨量，mm；

ψ——大氣降雨地表徑流系數(shù)，取0.6。

根據(jù)未來(lái)礦坑的邊界，在1/5000的圖上，用微機(jī)處理，求得F0面積為383972m2；用同樣的方法求得匯水面積，減去礦坑面積為外圍面積即900548m2；日降雨量選用日平均和日最大降雨量，分別為5.01mm、300.50mm。

在沒(méi)有降雨時(shí)，大氣降雨對(duì)礦坑的影響為0；若礦坑周邊有排洪溝，礦坑外圍的降雨影響也可不計(jì)；

②地下水涌水量：

計(jì)算方法一：解析法。

把礦區(qū)水文地質(zhì)邊界條件進(jìn)行簡(jiǎn)化。以北側(cè)泥盆系砂巖（D1g)與石炭系灰?guī)r（C1ds)接觸界線概化為直線隔水邊界，南側(cè)F1導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц呕癁橹本€補(bǔ)給邊界，并將兩者作為平行邊界，礦床開(kāi)采至-50m標(biāo)高以下巖溶裂隙不發(fā)育，含水性及透水性甚微，視為相對(duì)隔水層（涌水量可以忽略不計(jì)）。礦坑疏干排水后大井由承壓轉(zhuǎn)為無(wú)壓，滿足潛水完整井“大井法”井流條件，井中心位于兩平行邊界中央。

依據(jù)水動(dòng)力學(xué)公式:

式中：Q——礦坑涌水量，m3/d；

Κ——灰?guī)r含水層的滲透系數(shù)，m/d；

H——礦坑初始水頭值，m，分別取50.20m、65.20m；

S——礦坑開(kāi)采水位降深，m；

L——兩平行邊界間距，m；

r0——礦坑引用半徑，m，按r0=0.565計(jì)算；

F——礦坑開(kāi)采中間面積，m2。

K值采用巖溶發(fā)育帶與不發(fā)育帶求得滲透系數(shù)面積加權(quán)平均計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果：-50m以上礦坑地下水平均涌水量3960m3/d，最大涌水量5162m3/d。

計(jì)算方法二：比擬法。

根據(jù)水文地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)條件相似的相鄰平石礦區(qū)礦坑露天開(kāi)采的實(shí)際排水資料，預(yù)測(cè)新建礦坑的涌水量。

一般關(guān)系式為：

式中：Q2——預(yù)測(cè)新建礦坑的涌水量，m3/d；

Q1——生產(chǎn)礦坑的涌水量，m3/d；

r2——新建礦坑的引用半徑，m；

r1——生產(chǎn)礦坑的引用半徑，m；

S2——新建礦坑的水位降深，m；S1——生產(chǎn)礦坑的水位降深，m；

H2——新建礦坑的水頭值，m；

H1——生產(chǎn)礦坑的水頭值，m。

計(jì)算結(jié)果：-50m以上新建礦坑平均涌水量3215m3/d，最大涌水量4679m3/d。

（3）礦坑涌水量預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)：對(duì)比分析上述2種方法對(duì)地下水涌水量的計(jì)算結(jié)果，比擬法預(yù)測(cè)平均涌水量偏小。原因是的實(shí)際排水觀測(cè)次數(shù)不夠多造成，造成實(shí)際涌水量均值可能偏低；而2種方法對(duì)最大涌水量計(jì)算結(jié)果較接近。礦床開(kāi)采至-78m標(biāo)高時(shí)，不同充水條件下的礦坑平均涌水量和最大涌水量見(jiàn)表2。

P619.22

B

1004-5716(2015)03-0140-03

2015-01-13

2015-01-19

葉冠球（1962-），男（漢族），廣東清遠(yuǎn)人，工程師，現(xiàn)從事水工環(huán)地質(zhì)、巖土工程及地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作。