廣西某鉛鋅礦礦坑涌水量預測

翁 莉， 李小明

(廣西壯族自治區桂林水文工程地質勘察院，廣西 桂林 541002)

廣西某鉛鋅礦位于廣西融安縣，礦區面積0.995 km2。礦區范圍內資源量估算結果：硫化鉛鋅礦石資源量(332)+(333)21.72萬噸，其中控制的經濟基礎儲量(332)礦石量10.11萬噸，推斷的內蘊經濟資源量(333)礦石量11.61萬噸。本礦山為已開采礦山，采用地下開采方式，開采標高為+350.15～+550.15 m，生產規模為3萬噸/年。

1 礦坑充水主要來源

綜合礦坑涌水情況，其坑道充水的主要來源為降雨入滲。

降雨入滲與灌入：礦區開采的礦層位于礦區西側的山腰以下東崗嶺階c段的灰巖中，第四系土層很薄，并具有一定的滲透性，降雨直接通過土層滲入到礦坑的井巷系統中。山腰以上為裸露的融縣組灰巖，裂隙發育，巖石破碎，巖溶中等發育，降雨由溶蝕或風化裂隙直接入滲成為巖溶水，并通過層間裂隙或構造裂隙滲入到礦坑的井巷系統中。

伏流入口S13的標高約為460 m，伏流出口S12位于山腰處標高約為420 m，離開采礦層的最小距離約為500 m，伏流賦存于融縣組灰巖巖溶管道中。乾旺溪自伏流出口進入礦區，沿途切割了融縣組(D3r)、東崗嶺階c段(D2dc2)兩個灰巖弱～中等巖溶含水層、東崗嶺階b段(D2db2)泥巖相對隔水層及東崗嶺階a段(D2da2)白云質灰巖弱巖溶含水層。雨季洪水淹沒乾旺溪兩岸的洼地，礦區最高洪水位約為380～400 m，低于礦區最低窿口+402 m，洼地第四系土層下為東崗嶺階b段(D2db2)泥巖，泥巖下伏東崗嶺階a段(D2da2)弱巖溶化白云質灰巖。礦層賦存于東崗嶺階c段弱巖溶化灰巖中，礦區最低開采標高為+380 m，但礦區斷裂構造不發育，東崗嶺階灰巖、白云質灰巖巖溶弱發育，泥巖隔水，基本排除伏流河水通過巖溶管道、溶蝕裂隙帶、構造裂隙直接或間接補給礦坑疏干區，導致礦坑涌水量增大可能性。

上述的礦坑充水來源中，巖溶水是基本來源，降雨滲入是補給來源，它們主要通過充水含水層轉化成礦坑的充水來源，對礦坑充水影響強度取決于充水含水層自身的特征，即含水層巖溶發育強度和貫通特征。

2 礦坑涌水量預測

在進行礦坑涌水量預測計算時，仍要采用通常的參數均化和條件概化的方法對其進行描述，并且盡可能選用多種方法進行計算比較，最后綜合分析得出結論。

通過對多種方法的分析比較，最終選定采用大井法和水文地質比擬法，作為本次礦坑涌水量預測計算的評價方法。

2.1 大井法

綜合開采設計和礦區水文地質條件，設計開采區按水文地質特征分為一個區段。礦坑疏干過程中，當礦坑的涌水量包括其周圍的水位降低呈現相對穩定的狀態時，可認為以礦坑為中心形成的地下水輻射流場，基本滿足穩定井流的條件。礦坑的形狀不規則，尤其是坑道系統，分布范圍大，邊界復雜，將它理想化后在理論上可將形狀復雜的坑道系統看成是一個大井在工作，而把不規則的坑道系統圈定的面積，相當于大井的面積，整個坑道系統的涌水量，就相當于大井的涌水量，從而可以近似應用裘布依的穩定流基本方程。因本礦區各礦體開拓系統獨立，處于無限含水層中，邊界形狀不規則，未來礦坑地下水涌水量選用大井法預測計算，即：

(1)

各區段參數代入上式得各區段未來礦坑涌水量Q，具體結果見表1。因設計開采礦體位于侵蝕基準面以上，且礦體底部有相對隔水泥巖層，本報告不考慮地表河水對礦坑充水的影響。

表1 各區段礦井涌水量計算結果表

2.2 水文地質比擬法

水文地質比擬法是根據地質、水文地質條件相似性，利用已知區段、開采水平的礦坑涌水量、降深和開采礦石量等資料，建立起比擬公式，進行未知區域水量計算的一種常用地下水資源評價方法。它廣泛用于地下水資源預測計算，也用于礦山涌水量預測。現利用該方法進行礦坑涌水量計算，計算方法與步驟如下：

首先，選擇計算公式。本次設計開采①～④礦體。根據水文地質條件分析，可選擇礦山實際觀測資料作為已知數值，進行比擬計算。根據《廣西壯族自治區礦山地質環境恢復治理水文地質詳查規程》(試行)附錄B，可利用下式作為比擬法計算公式。

(2)

Q=FKp

(3)

式中：Kp為富水系數；Q為預測涌水量，t/d；Q0為實測涌水量，t/d；F為設計有水采空區面積，m2。F0為有水采空區面積，m2。

根據礦山提供測量數據，礦區有水采空區面積為2 489 m2，設計有水采空區面積為8 152 m2。根據上述計算公式和參數，預測地下開采坑道涌水量的計算結果見表2。

表2 礦區水文地質比擬法計算礦坑涌水量結果表

2.3 礦坑涌水量計算結果評價

根據上述計算2種方法的計算結果，匯總得礦坑涌水量如表3。從表中可以看出，上述兩種方法計算預測的礦坑涌水量都比較相近，涌水量在1 265.4～3 026 t/d之間。大井法計算的是各開采礦體達到設計最低開采標高的礦坑涌水量。水文地質比擬法計算的是達到設計最終采空區面積的礦坑涌水量，根據鉆探反映的含水層裂隙發育和礦坑實際涌水量情況，礦區涌水量可能偏大，主要是把礦區含水層水文地質參數視為與淺部一致所引起。礦山開采是4個礦體同時進行的，礦坑地下水降落漏斗中心水位最低標高將保持在+380 m左右，為此，建議礦山建設設計總涌水量推薦使用大井法的計算值，即正常涌水量為1 104.6 t/d、最大涌水量2 641.4 t/d。

表3 礦坑涌水量計算結果匯總表