大井法對(duì)大鄧格礦區(qū)礦坑涌水量的預(yù)測(cè)分析

胡 芬，姜 烈

（江西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，江西 南昌 330000）

礦床水文地質(zhì)勘測(cè)的基礎(chǔ)任務(wù)之一就是進(jìn)行礦坑涌水量預(yù)測(cè)，作為礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度確定的重要指標(biāo)之一，與礦山的生產(chǎn)安全和成本息息相關(guān)[1]。因此，選擇合理方法正確預(yù)測(cè)礦坑涌水量顯得尤為重要。正確地預(yù)測(cè)礦坑涌水量，是在詳盡查明礦坑充水因素及獲得可靠計(jì)算參數(shù)的基礎(chǔ)上選擇相應(yīng)的公式進(jìn)行的[2]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)礦坑涌水量的預(yù)測(cè)方法包括大井法、水文地質(zhì)比擬法、數(shù)值模擬法和水均衡法等[3]，不同方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)各有千秋。大井法適用于近似穩(wěn)定流，常利用地下水井流公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)便適用范圍廣泛。本文在大鄧格礦區(qū)屬水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的情形下，采用大井法對(duì)其礦坑涌水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。

1 大井法計(jì)算基本原理及模型建立

（1）基本原理。在實(shí)際工作中，礦坑涌水量的計(jì)算方法多種多樣，大井法因其計(jì)算方便使用廣泛。

（2）計(jì)算模型。將復(fù)雜實(shí)際問題進(jìn)行概化是模型建立的重中之重，主要包括疏干流場(chǎng)水力特征的區(qū)分、概化邊界條件和確定各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)。

區(qū)分疏干流場(chǎng)的水力特征：區(qū)分穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流、達(dá)西流和非達(dá)西流、平面流和空間流、潛水和承壓水。

概化邊界條件：包括側(cè)向、垂向邊及內(nèi)邊界的概化。

確定計(jì)算參數(shù)：①滲透系數(shù)K，主要根據(jù)水文地質(zhì)實(shí)驗(yàn)值作均值概化所得；②引用半徑r0，根據(jù)開采礦體在地面垂直投影為矩形a/b＞10，（a、b分別為矩形的長(zhǎng)短邊邊長(zhǎng)）采用r0=0.25a計(jì)算；③大井引用影響半徑R0=R+r0；④影響半徑；⑤豎井半徑rw。

2 實(shí)例計(jì)算

（1）礦區(qū)概況。礦區(qū)往東2km左右為泊于鎮(zhèn)，區(qū)內(nèi)地面高程一般在4.4m～73.2m之間，地勢(shì)東南、北西低而中間高，屬剝蝕堆積地貌類型。區(qū)內(nèi)沒有較大河流穿過，西北側(cè)為逍遙河支流流經(jīng)，東南角為石家河洪坡積層，自南西至北東大致為兩河地表水及地下水分水嶺。當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面為黃海海平面，礦體最低標(biāo)高-382.00m位于黃海海平面之下。

（2）礦區(qū)水文地質(zhì)特征分析。礦區(qū)地下水資源較豐富。南側(cè)的石家河流域較廣，地下水水量豐富，且周邊開采企業(yè)較少，第四系含水層富水性中等，可作為供水水源地；北側(cè)的逍遙河屬源短流的季節(jié)性河流，流量變化較大，不能滿足礦山供水需要，可作為備用水源地。區(qū)內(nèi)基巖風(fēng)化裂隙中也富含一定地下水，但滲透性、補(bǔ)給能力差，不能滿足礦山供水。

礦區(qū)內(nèi)重要巖性為花崗閃長(zhǎng)巖，巖石較完整，多呈似層狀和透鏡體狀，大部分位于基準(zhǔn)侵蝕面以下。以礦床中弱富水巖體中的脈狀構(gòu)造裂隙水為主要充水來(lái)源；間接充水含水層為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，受補(bǔ)給能力、補(bǔ)給通道裂隙發(fā)育程度、滲透性等因素影響，對(duì)礦床充水影響較小；地表水與其附近地下水與礦床直接充水含水層無(wú)直接水力聯(lián)系，且礦床內(nèi)的構(gòu)造破碎帶富水性、透水性均一般，對(duì)礦床充水影響不大。屬水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床。

（3）礦床充水因素及邊界條件分析。①充水因素。礦床及附近沒有強(qiáng)富水含水層，礦體主要分布在基巖構(gòu)造裂隙弱富水含水帶中，礦床充水主要來(lái)源為礦床中弱富水巖體中的脈狀構(gòu)造裂隙水。石家河、逍遙河與礦床直接充水巖層的水力聯(lián)系較弱，河水不會(huì)對(duì)礦床開采產(chǎn)生明顯影響，預(yù)測(cè)時(shí)不作為補(bǔ)給源考慮。②邊界條件。礦床充水主要來(lái)源為礦床中弱富水巖體中的脈狀構(gòu)造裂隙水，弱富水巖體透水性、富水性較弱，方便計(jì)算，將該礦床視為水平分布無(wú)限邊界的潛水含水層。

3 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

3.1 預(yù)測(cè)原則

礦床開采的豎井會(huì)在基巖中等富水含水層及構(gòu)造裂隙弱富水含水帶中施工，根據(jù)礦體分布的實(shí)際情況，確定預(yù)測(cè)兩含水層中-100m豎井的涌水量。

根據(jù)礦體分布的總體情況，選擇長(zhǎng)度、深度代表性較強(qiáng)的中段預(yù)測(cè)礦坑開拓初期的涌水量和最大涌水量。預(yù)測(cè)第一開拓水平在-100m左右，最終開拓系統(tǒng)在-300m左右的Ⅰ號(hào)礦體礦坑涌水量。

礦山開采初期的涌水量以-100m作為代表，開采末期的涌水量以-300m作為代表。

3.2 計(jì)算方法和公式

3.2.1 計(jì)算方法

針對(duì)礦區(qū)地下水處于原始狀態(tài)等實(shí)際情況，預(yù)測(cè)礦坑涌水量利用大井法，豎井涌水量則利用管井涌水量預(yù)測(cè)豎井涌水量。

3.2.2 計(jì)算公式

（1）豎井公式計(jì)算法，按裸壁和護(hù)壁兩種情況對(duì)礦床的開采豎井涌水量做概略的預(yù)測(cè)。

a.裸壁：選擇潛水完整井穩(wěn)定流計(jì)算公式：

b.護(hù)壁：選擇穩(wěn)定流承壓淺井涌水量計(jì)算公式（井底進(jìn)水、井壁不進(jìn)水）：

（2）大井法采用潛水完整井穩(wěn)定流計(jì)算公式分別計(jì)算礦坑涌水量：（包括-100m和-300m兩段）

3.2.3 預(yù)測(cè)結(jié)果

豎井所用滲透系數(shù)是試驗(yàn)所得，準(zhǔn)確度較高，施工條件與鉆孔相近，預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠；大井法是假設(shè)礦床在原始狀態(tài)下，短期內(nèi)坑道施工至預(yù)測(cè)規(guī)模時(shí)的礦坑涌水量，實(shí)際礦床開采施工過程中會(huì)疏干部分淺部地下水，預(yù)測(cè)結(jié)果偏大，代表著礦坑的最大可能涌水量。

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4 小結(jié)

（1）本文對(duì)礦坑涌水量的預(yù)測(cè)計(jì)算為該礦區(qū)的開采設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)。

（2）大鄧格礦區(qū)因水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單而比較適用大井法。

（3）受礦區(qū)分布、井巷類型、開采方式等影響，預(yù)測(cè)礦坑正常涌水量及最大涌水量主要靠評(píng)價(jià)性計(jì)算。

（4）盡可能查明工作區(qū)的水文地質(zhì)條件、以合理方法計(jì)算礦坑涌水量對(duì)水文地質(zhì)勘查損失的減少異常重要。