夏河縣某金礦礦井涌水量預測研究

范 斌，張霖鑫

（甘肅省地質礦產勘查開發局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020）

1 礦床充水因素

礦區水文地質條件較為復雜，根據含水層巖性、分布及埋藏條件等特征，可將區內地下水劃分為松散層孔隙潛水、基巖裂隙潛水～承壓水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水及斷裂帶脈狀水等4類。總體來說，主要礦帶形成于區域壓扭性斷裂帶F1及其次級斷裂的兩側，該斷裂產狀陡傾，淺部巖體相對破碎，因此，斷裂帶淺部是相對富水帶[1]。深部由于斷裂帶的阻水作用，在斷裂上盤影響帶形成相對富水區。圍巖含水層主要受大氣降水補給，當地降水豐富，含水層的補給條件較好，采礦圍繞斷裂帶及影響帶展開。通過調查礦區水文地質條件，判定礦床充水主要來自礦體圍巖基巖裂隙水及斷裂破碎帶脈狀水，地下水通過裂隙、斷裂及次級斷裂、構造破碎帶等導水通道進入采坑，形成礦坑涌水，礦井充水的可能性大。

2 礦坑排水量調查

本礦已進行了5年多的露天開采，據收集資料，2011年時該礦形成長340m，寬170m～200m，平均深15m的露采坑，揭露北北西向斷裂F1及破碎帶，高程3232m處地下水呈股狀流出，為礦坑主要涌水點，淹沒采區面積160m×100m，采礦期間需一臺30m3/h（720m3/d）的泵連續抽水方能達到動態平衡，排水時水位降低70cm～80cm，大部分淹沒區露出地面[2]。2012年8月份豐水期調查礦區日排水量810m3/d。據2014年9月25日調查，礦坑涌水量已衰減為21m3/d。

3 礦坑涌水量預測

礦山的開采方式為初期采用露天開采，深部礦石采用地下開采。開采標高為3310m～2350m（最低2320m），其中露天開采底部境界為3050m。設計地下開采方法為充填法，根據礦體的開采技術條件和選用的采礦方法，中段為露天開采的掛幫礦，產生的礦井涌水計入露天開采部分礦坑涌水。

3.1 露天開采礦坑涌水量預測

露天采場涌水量是由大氣降水產生徑流量、露采底界（3050m）以上的地下水涌水量兩部分組成。本次設計對露天采場大氣降雨逕流量分別按雨季日平均正常降雨逕流量及二十年一遇24h暴雨逕流量進行了計算；地下涌水量采用地下水動力學“大井法”進行計算[3]。

露天采場范圍外匯水可通過境界外截水溝排出，僅對露天采場范圍內涌水量進行估算。根據露天境界，對露天坑底3050m標高涌水量進行計算。

（1）地下水涌水量計算公式及參數選擇

本次采用了“大井法”對該礦井涌水量進行預測。“大井法”采用下列公式進行計算：

式中：

k—滲透系數（m/d），選用本次SJ1號水文地質鉆孔的抽水試驗資料成果，求得滲透系數平均值為0.1534m/d；

r0—大井引用半徑（m），按式r0=計算，F為坑道系統分布范圍所圈定的面積（m2），平均面積109400m2，最大開采境界面積268182m2；

R0—引用影響半徑（m）；

H—含水層平均厚度（m），現狀露采底界3210m至設計露采底界3050m距離，為160m；

Sw—水位降深（m），為現狀露天采場周邊平均水位至3050m設計露采底部境界的距離，為148.5m。

（2）大氣降水形成的地下水流量計算公式及參數選擇

露天開采時，采場平面范圍內的降雨量將直接進入礦坑，其總量按以下公式進行計算：

式中：Q、Qm—降水進入礦坑正常涌水量、最大涌水量(m3/d)。

F—礦坑面積(m2)，為1250000m2。

λ、λm—有效降水系數，正常有效降雨系數取0.65、二十年一遇強降水（頻率為5%）期時取0.85。

X、Xm—雨季平均日降水量(m)、二十年一遇降水最大24h面雨量(m)，分別為3.2mm、29.9mm。

根據以上計算公式計算出的露天采場涌水量結果見表1。

表1 露天開采境界內涌水量估算表

經初步預測估算，礦區露天開采工況下礦坑正常用水量為11284m3/d，最大涌水量為42985m3/d。

3.2 地下開采礦井涌水量預測

地下開采段標高為3050m～2350m，總深度700m，設計以充填法進行開采，開采各中段高度為50m，共計14個中段，其中在2750m和2350m分別設計了井下水倉，用以儲存和抽排礦井涌水。

3.2.1 最大涌水量

本次地下開采工況仍然采用“大井法”對礦井涌水量進行預測。

其中，影響半徑在礦坑涌水量計算中常用庫薩金和吉哈爾特經驗公式作近似計算。

參數確定與計算：

（1）滲透系數（K）：本次滲透系數的選取主要參考新實施的SJ1號水文地質鉆孔的抽水試驗資料成果，該鉆孔揭露了礦體周邊圍巖，深度為502m，距離F1斷裂200m，位于其北側，根據抽水試驗成果，選擇了邊界阻水、非完整井、以下部進水為主的滲透系數計算公式：

式中：H-潛水含水層厚度（m）；h-井中水位高度（m）；Sw-井內水位降深(m)；b-井至隔水邊界的距離(m)；R0-影響半徑(m)；rw-井的半徑(m)；T-過濾器進水部分長度1/2處到底板的距離（m）；ξ-不完整井阻力系數；l-過濾器進水部分長度（m）。

通過上述公式，將SJ1孔兩次降深的抽水試驗資料代入，計算得出的滲透系數平均值為0.1534m/d。含水層的導水系數T（KM）為92.1m2/d。

（2）含水層厚度（H）：現狀地下水位標高為3200m左右，3050m以下地下開采后水位標高以開采境界定面計，即3050m，開采底界標高為2350m，故最大含水層厚度為700m。

（3）引用半徑（r0）：開采區段范圍為不規則狀，近似長方形。根據儲量核實報告，礦區金礦體規模不等，產狀變化較大。按式r0=計算引用半徑，F為坑道系統分布范圍所圈定的面積，經量取，平均礦體長度為370m，平均礦體真寬度為65m。計算得F=24050m2，r0=87.5m。

（4）水位降深（s）：最大地下水位降深按照礦區最大平均靜水位至開采底部中段標高計算，即為700m。

計算礦帶開采至最低中段2350m時礦井最大涌水量為68013.77m3/d，預測礦井涌水量計算結果見表2。

表2 礦井涌水量及影響半徑預測表

3.2.2 各中段礦井涌水量預測

根據地下水環境影響評價導則要求，本次采礦礦井涌水量采用比擬法進行預測。礦井開采深度達到2350中段時，礦井涌水量為68013.77m3/d。據此采用下列公式進行未來不同開采中段的礦井涌水量預測：

式中：Q—各中段預測涌水量（m3/d）；Q1—已知開采礦坑涌水量（m3/d）；F—各中段預測坑道控制面積（m2）；F1—已知開采坑道控制面積（m2）；s—各中段預測水位降低值（m）；s1—已知開采坑道水位降低值（m）。

由于礦體分布于斷裂破碎帶中，礦體呈脈狀，傾角40°～60°，礦體產狀較陡，各中段控制面積變化很小，因此各中段涌水量只隨開采水位降低值變化而變化。各中段涌水量預測結果見表3。

表3 各中段涌水量預測結果一覽表

預測結果表明，隨著開采中段的推進，水位下降值逐漸增加，礦井涌水量也不斷增加，礦井涌水量將從3000m中段的18177.44m3/d增加到2350m中段的68013.77m3/d。