廣西某鋁土礦礦坑涌水量預(yù)測

李小明

(桂林市勘察設(shè)計研究院，廣西 桂林 541001)

廣西某鋁土礦礦山位于靖西縣，采用露天開采方式，合格鋁土礦生產(chǎn)規(guī)模為210×104t/a，屬大型礦山。

1 礦坑充水影響因素分析

本礦區(qū)位于峰叢洼地、谷地和峰林谷地地貌，地形起伏變化大，礦區(qū)大部分位于碳酸鹽巖分布區(qū)，地表被溶余堆積紅土層覆蓋，紅土層由黏土、大小不等的鋁土礦礫石及鋁土質(zhì)泥巖碎塊、碎屑和鐵錳質(zhì)結(jié)核等組成，為堆積鋁土礦的賦礦層位。地下水富水性中等—強。大氣降雨入滲補給是本礦區(qū)礦坑充水的主要來源之一，大氣降水后地表水沿基巖中的風(fēng)化裂隙帶、構(gòu)造裂隙帶入滲并賦存于裂隙帶中，礦山露采揭穿這些含水層后，地下水沿坑壁滲入采坑形成礦坑涌水。此外，礦坑充水的影響因素還有斷層破碎帶、地表水、地下水等。

2 礦坑涌水量預(yù)測

2.1 地下涌水量預(yù)測公式

位于當(dāng)?shù)刈罡叩叵滤恢系牡V體，礦坑充水水源只有大氣降雨。位于地下水位變動帶及地下水位之下的礦體，礦坑充水水源有大氣降雨和地下水。大氣降雨的充水方式主要有兩種：一是直接灑入采坑，二是在采坑外匯集后以地表徑流形式匯入采坑。地下水的充水方式有三種：一是直接從礦體下伏的碳酸鹽巖裂隙溶洞含水巖組中以滲流的形式流入采坑，二是通過天窗、落水洞、溶洞大量涌入采坑，這種情形僅發(fā)生在雨季暴雨后，三是透過礦體黏土底板滲入采坑。

礦坑涌水量由大氣降雨充水量和地下水涌水量兩部分構(gòu)成，其中地下水涌水量除受當(dāng)?shù)氐叵滤蛔兓绊懼猓€與采礦水平標(biāo)高有關(guān)。“探明的”儲量的礦體露采場涌水量預(yù)測分別選擇多個開采標(biāo)高進行，采用分析計算法預(yù)測地下水涌水量，計算公式為：

Q1=10-3A[Φ1F1+Φ2(F2-F5)+F5](1)

式中：Q1為大氣降雨充水量，m3/d；A為降雨量，mm/d；Φ1為基巖裸露區(qū)地表徑流系數(shù)；Φ2為第四系覆蓋區(qū)地表徑流系數(shù)；F1為采坑地表匯水區(qū)內(nèi)基巖裸露分區(qū)的水平面積，m2；F2為采坑地表匯水區(qū)內(nèi)第四系覆蓋分區(qū)的水平面積，m2；Q2為分析計算法計算的地下水充水量，m3/d；k1為碳酸鹽巖裂隙溶洞含水巖組滲透系數(shù)，m/d；S為水位降深，m；H為碳酸鹽巖含水層厚度，m；R0為引用影響半徑，m；r0為引用井半徑，m；F5為采坑內(nèi)地下水浸沒面積，m2；ε0為穩(wěn)定流非完整井補充水流阻力系數(shù)。

2.2 各參數(shù)的確定

A值采用靖西縣氣象站1996～2002年的資料，預(yù)測大氣降雨充水量最大值時采用各年日最大降雨量的平均值(113.8 mm/d)，預(yù)測大氣降雨充水量正常值時采用多年雨季(5～8月)日平均降雨量(10.0 mm/d)。

Φ1值根據(jù)碳酸鹽巖裸露區(qū)雨水絕大部分在當(dāng)?shù)匮亓严丁⑷芏吹却怪睗B流補給地下水，極少在地表流向洼地低處的特點，結(jié)合經(jīng)驗數(shù)據(jù)考慮，在預(yù)測大氣降雨充水量正常值時取零值，預(yù)測最大值時取值0.35。

Φ2的計算公式為：

Φ2=(P-V)/P(3)

根據(jù)公式計算結(jié)果取值。

式中：P為降雨強度，mm/h，預(yù)測正常值時取2002年各次大雨、暴雨主要降雨時段(>1 mm/h)的降雨強度的平均值，預(yù)測最大值時取2002年各次大雨、暴雨最大降雨強度的平均值；V為土層滲透流速，用土層滲透系數(shù)k2代替。

Φ2具體取值和計算結(jié)果見表1。

表1 Φ2計算結(jié)果表

F1為采坑地表匯水區(qū)內(nèi)基巖裸露分區(qū)的水平面積，利用1/10000礦區(qū)水文地質(zhì)圖圈定范圍并求取數(shù)值。

F2為采坑地表匯水區(qū)內(nèi)第四系覆蓋分區(qū)的水平面積，利用1/10000礦區(qū)水文地質(zhì)圖圈定范圍并求取數(shù)值。

k1值以本礦區(qū)進行的提水試驗以及在相鄰的新圩、祿峒鋁土礦區(qū)進行的抽水試驗計算結(jié)果綜合分析確定：①對有溢洪天窗直接充水的礦體，取凌丁地下河天窗和古標(biāo)地下河天窗抽水試驗的平均值；②對覆蓋于地下河管道之上、無溢洪天窗直接充水或有大于50 L/s的季節(jié)泉充水的礦體，取非天窗點抽水試驗結(jié)果的最大值；③對分布于一般地帶的礦體，則取非天窗點抽水試驗和提水試驗的平均值(表2)；④對下伏無地下河管道、洼地內(nèi)落水洞比較發(fā)育的礦體，取②和③的平均值(表3)。

表2 抽水、提水試驗結(jié)果表(引用本礦區(qū)勘探報告成果)

表3 k1取值表(引用本礦區(qū)勘探報告成果)

k2為黏土層滲透系數(shù)，根據(jù)本礦區(qū)以及相鄰新圩鋁土礦區(qū)的試坑滲水試驗結(jié)果平均值，取k2=0.27 m/d。

S值取計算地下水位標(biāo)高與水下礦體分布區(qū)各淺井礦體底板標(biāo)高平均值之差。計算地下水位在計算充水量最大值時取礦體當(dāng)?shù)氐淖罡咚唬谟嬎愠渌空Ｖ禃r取當(dāng)?shù)赜昙疽话闼唬鶕?jù)現(xiàn)有資料綜合分析確定。

H為潛水含水層厚度。

r0值按下式計算取值：

(4)

式中：F為水下礦體底板等效面積；F3為水下礦體碳酸鹽巖直接底板面積，利用1/5000礦體底板等高線圖和底板巖性分布圖圈定范圍并求取數(shù)值；F4為水下礦體黏土底板面積，求取方法與F3相同；H1為水下礦體黏土底板平均厚度，取水下礦體分布范圍內(nèi)各淺井工程黏土底板厚度的平均值。

R0值按下式計算取值：

(6)

2.3 礦體涌水量預(yù)測結(jié)果

根據(jù)上述公式和參數(shù)確定方法預(yù)測“探明的”的礦體的涌水量，所得結(jié)果見表4。

表4 “探明的”礦體露天采場涌水量預(yù)測結(jié)果表

3 結(jié)語

礦區(qū)內(nèi)堆積鋁土礦露天采礦場涌水量與大氣降雨有十分密切的關(guān)系。首先，大氣降雨是礦坑的主要充水水源，采坑集雨量隨降雨量增大而增加，其變化度可達數(shù)十倍。其次，地下水的動態(tài)變化與大氣降雨有密切的關(guān)系，雨季變化幅度大而且變化迅速，因此地下水涌水量也與大氣降雨有關(guān)，而且也具有雨季變化幅度大、變化迅速的特點。總之，礦坑涌水量在暴雨后劇增，很快達到峰值，之后便急速減小，多數(shù)礦體在數(shù)天之內(nèi)即可減小到正常涌水量之下。