粵北湖子鈾礦床鉆孔抽水試驗及礦坑涌水量預測

高君健

（廣東省核工業地質局二九三大隊， 廣東 廣州 510800）

湖子礦床位于粵北山區，經過前期多年勘查工作，基本查明了礦床的水文地質條件，礦床北北東向斷裂構造是區內控礦構造也是含水導水構造，構造裂隙脈狀承壓水是礦床的主要充水水源和直接充水水源。為獲得準確水文地質參數和預測礦坑涌水量，在礦床詳查期間，對水文地質條件最為復雜的礦床南部的主要含水構造帶上施工了一個專門水文地質鉆孔并進行了抽水試驗工作[1]。

1 試驗過程及數據

礦床南部施工了專門水文地質鉆孔ZK104－5，鉆孔為垂直孔，開孔孔徑為150 mm，終孔孔徑為91 mm，終孔孔深301.09 m。利用地質鉆孔ZK104－1－2、ZK103－2作為觀測孔（見圖1），開展了抽水試驗工作：抽水類型為承壓水完整井多孔抽水試驗，抽水設備為深井泵，泵放置處鉆孔孔徑為130 mm，抽水量的調節利用變頻器，水位觀測工具為測繩，流量測量工具為直角三角堰，抽水試驗歷時50多小時，共進行了3次水位降深，S1=23.52 m、S2=16.22 m、S3=11.25 m，恢復水位觀測歷時18.5 h（見表1、下頁表2），其中ZK103-2孔在抽水試驗期間沒有觀測到水位變化。

2 水文地質參數確定與計算

鉆孔抽水類型為承壓水完整井多孔抽水試驗，故選取以下公式計算滲透系數。

圖1 抽水試驗孔與觀測孔平面位置示意圖

表1 鉆孔ZX104-5抽水試驗記錄表（部分摘取）

式中：K 為滲透系數，m/d；Q 為鉆孔涌水量，m3/d；S為抽水試驗降深，m；M為含水層厚度，m；R為抽水影響半徑，m；r為鉆孔半徑，m。

本次計算中，鉆孔含水層厚度M由水文工程地質編錄確定，M=41.86 m；鉆孔半徑r由抽水泵放置部位鉆孔孔徑確定，r=0.065 m；抽水試驗鉆孔ZK104-5與觀測孔ZK104-1-2在相鄰勘探線上，鉆孔均揭露同一含水含礦構造6009號帶（見圖1），ZK104-5抽水試驗3次降深過程中，觀測孔ZK104-1-2水位變化均非常小，可利用作圖法確定鉆孔抽水影響半徑（見圖2），R=14 m。由此可以取得本次試驗滲透系數K=5.904×10-2m/d。

表2 觀測孔ZK104-1-2水位記錄表（部分摘取）

圖2 ZK104-5抽水試驗降深曲線示意圖

3 礦坑涌水量預測

根據礦床水文地質條件和抽水試驗實際情況，本次選用大井法預測最低開采標高礦坑最大涌水量。

“大井”法公式

“大井”影響半徑式中：Q為預測設計開采標高礦坑涌水量，m3/d；S為設計坑道水位降深，m；K為滲透系數，m/d；M為含水層平均厚度，m；R0為“大井”影響半徑，m；r0為“大井”引用半徑，m。

本次計算過程中，滲透系數K=5.904×10-2m/d（前文計算所得）；結合前期勘查地質鉆孔水文地質編錄和本次抽水孔水文地質編錄確定M=27.73 m；礦床南段鉆孔靜止水位標高平均值為280.076 m；礦床南部主要礦體最低標高為100.80 m。則最大降深值S=179.276 m，對應礦坑影響半徑

根據南部礦體賦存規律和礦床地形地質條件，最低開采標高的擬設計礦窿面積F2=200×50=10000 m2，礦窿周長 P=2×(200+50)=500 m，則大井引用半徑r0=P/2π=79.577 m。根據“大井”法公式可計算出6009號帶南部最低開采標高礦坑涌水量Q=987.097 m3/d，最低開采標高水位降深影響半徑為435.607 m。

4 存在的問題

“大井法”作為地下水動力學方法，為理想化模型，計算公式適用于各項均質含水層。但湖子鈾礦床地下水為非均質的脈狀裂隙含水層，影響了計算的精度。

礦床斷裂構造既是含礦構造也是含水構造，礦體與構造帶內地下水聯系密切。斷裂構造帶內承壓裂隙水呈大脈狀分布，脈與脈之間水力聯系較差。當礦體開采時，大規模抽排水會加強各脈體之間的水力聯系，因此實際涌礦坑涌水量會超過上述理論值。

[1]鈾礦水文地質勘探規范：EJ/T299—1998[S].北京：中國核工業總公司，1998.