葉冠球
(廣東省地質局第六地質大隊,廣東江門529040)
淺論恩平市某建筑用石灰?guī)r礦區(qū)坑涌水量預測
葉冠球*
(廣東省地質局第六地質大隊,廣東江門529040)
主要通過分析恩平市某建筑用石灰?guī)r礦區(qū)的地下水類型、補徑排條件、巖溶發(fā)育特征等水文地質條件與氣象條件,采用解析法與比擬法對地表水與地下水的進行礦區(qū)涌水量分析,為礦區(qū)設計提供重要依據,也為同類礦區(qū)提供重要參考。
石灰?guī)r;地下水;涌水量;解析法;比擬法
石灰?guī)r礦區(qū)以北面農田,南面有村莊,并以錦江河支流為匯水邊界,匯水面積1.28km2;東、西側面較遠處為有丘陵,為分水嶺,形成一個完整的水文地質單元。礦區(qū)總的地勢東高西低,最低侵蝕基準面標高20.00m,最低自然排泄面標高9.00m。未來礦床開采地界標高-80m。
(1)松散巖類孔隙水:主要分布于礦區(qū)中部凹地第四系沖洪積含卵石粉質粘土和粉質粘土孔隙中,厚度3.00~10.77m,平均厚度5.0,弱透水,含水微弱;
(2)層狀巖類孔隙水:主要分布于礦區(qū)北部泥盆系桂頭組砂巖裂隙中。淺部巖體破碎,風化裂隙較發(fā)育,平均厚度22.00m,為弱富水的裂隙水含水層;
(3)碳酸鹽巖類巖溶水:主要分布在礦區(qū)中部,為埋藏型巖溶水,為第四系土層所覆蓋,屬覆蓋型巖溶水。標高-30m以上灰?guī)r裂隙、溶洞發(fā)育,為礦坑充水的主要含水層,平均厚度50.25m;標高-52~-80m灰?guī)r新鮮,較完整,裂隙溶洞不發(fā)育,巖體完整性較好,可視為相對隔水層。鉆孔抽水試驗結果表明(見表1),巖溶水分布很不均勻。ZK02孔無水可抽,其他鉆孔的單位涌水量0.005~0.552L/(s·m),滲透系數(shù)0.004~1.41m/d,其含水性及透水性弱—中等。
表1 鉆孔抽水試驗成果表
(1)補給條件:
①大氣降雨補給:礦區(qū)屬亞熱帶季風氣候,年降雨量1385.7~2776.3mm。充沛的降雨為地下水補給提供了較充足水源。礦區(qū)平原地貌,是大氣降雨的補給區(qū),降雨垂直入滲補給地下水。由于周邊山勢略高,有利于形成地表徑流,不利于入滲補給;低凹處第四系沖洪積覆蓋層厚度大,透水性弱,降雨入滲補給量較??;
②地表水補給:礦區(qū)南西部為錦江河支流,集水面積達1.28km2,正常水位4m。但河底粉質粘土層厚度大于5m,透水性弱,地表水與地下水的水力聯(lián)系甚微,地表水補給量也較小。
(2)徑流、排泄條件:在天然狀態(tài)下,礦區(qū)為補給—徑流區(qū)。大氣降雨垂直補給,轉換為地下水的水平徑流;河水水側向補給地下水。補給區(qū)與徑流區(qū)基本一致。山丘地下水徑流距離短,在地形低凹處以侵蝕下降泉排泄于地表;天然狀態(tài)下地下水總的流向是由東向西,以地下徑流形式流出區(qū)外。
(3)巖溶發(fā)育特征及構造破碎帶的含、導水性:
①溶發(fā)育特征:全區(qū)共有控礦鉆孔61個,見溶洞鉆孔50個,見洞率81.96%,全區(qū)亞巖溶率10.36%,淺部巖溶形態(tài)表現(xiàn)為槽、溶溝、溶蝕芽等,深部巖溶形態(tài)為溶洞、溶蝕裂隙,巖溶發(fā)育程度隨著深度的增加而減弱。溶洞充填率為60.53%,空洞率為39.47%。溶洞在平面上具有分帶性,經鉆探結合物探方法,平面上圈出3個巖溶發(fā)育帶(A1、A2、A3)。以A2為主要巖溶發(fā)育帶,面積0.40km2,占石灰?guī)r出露面積的31.25%,控礦鉆孔28個,見洞孔20個,見洞率71.43%,巖溶率7.85%,高于巖溶全區(qū)和欠發(fā)育帶,抽水試驗表明,巖溶發(fā)育帶的含水性及導水性較好;
②構造破碎帶的含、導水性:礦區(qū)南部有F1斷層,走向北西,傾向北東,傾角65°~70°,為正斷層,呈張性,含水性較好,為礦床地下水的補給提供有利條件。
(1)礦坑充水因素:
①大氣降雨:礦坑露天開采時,大氣降雨可直接落入礦坑,成為礦坑充水的主要水源。礦坑涌水量與降雨量密切相關,雨季充水量增加,尤其暴雨對礦坑充水往往構成較大的威脅;
②地下水:礦坑露天開采揭露灰?guī)r含水層,使儲存于灰?guī)r含水層中的地下水成為礦坑主要和直接的充水水源。
(2)礦坑涌水量預測:
①大氣降雨充水量:
計算公式:
式中:Q——大氣降雨時流入礦坑的水量,m3/d;
F0——按可采邊界圈定的礦坑面積,m2;
F——扣除礦坑面積的外圍匯水面積,m2;
A——日降雨量,mm;
ψ——大氣降雨地表徑流系數(shù),取0.6。
根據未來礦坑的邊界,在1/5000的圖上,用微機處理,求得F0面積為383972m2;用同樣的方法求得匯水面積,減去礦坑面積為外圍面積即900548m2;日降雨量選用日平均和日最大降雨量,分別為5.01mm、300.50mm。
在沒有降雨時,大氣降雨對礦坑的影響為0;若礦坑周邊有排洪溝,礦坑外圍的降雨影響也可不計;
②地下水涌水量:
計算方法一:解析法。
把礦區(qū)水文地質邊界條件進行簡化。以北側泥盆系砂巖(D1g)與石炭系灰?guī)r(C1ds)接觸界線概化為直線隔水邊界,南側F1導水斷裂帶概化為直線補給邊界,并將兩者作為平行邊界,礦床開采至-50m標高以下巖溶裂隙不發(fā)育,含水性及透水性甚微,視為相對隔水層(涌水量可以忽略不計)。礦坑疏干排水后大井由承壓轉為無壓,滿足潛水完整井“大井法”井流條件,井中心位于兩平行邊界中央。
依據水動力學公式:
式中:Q——礦坑涌水量,m3/d;
Κ——灰?guī)r含水層的滲透系數(shù),m/d;
H——礦坑初始水頭值,m,分別取50.20m、65.20m;
S——礦坑開采水位降深,m;
L——兩平行邊界間距,m;
r0——礦坑引用半徑,m,按r0=0.565計算;
F——礦坑開采中間面積,m2。
K值采用巖溶發(fā)育帶與不發(fā)育帶求得滲透系數(shù)面積加權平均計算。
計算結果:-50m以上礦坑地下水平均涌水量3960m3/d,最大涌水量5162m3/d。
計算方法二:比擬法。
根據水文地質條件和開采技術條件相似的相鄰平石礦區(qū)礦坑露天開采的實際排水資料,預測新建礦坑的涌水量。
一般關系式為:
式中:Q2——預測新建礦坑的涌水量,m3/d;
Q1——生產礦坑的涌水量,m3/d;
r2——新建礦坑的引用半徑,m;
r1——生產礦坑的引用半徑,m;
S2——新建礦坑的水位降深,m;S1——生產礦坑的水位降深,m;
H2——新建礦坑的水頭值,m;
H1——生產礦坑的水頭值,m。
計算結果:-50m以上新建礦坑平均涌水量3215m3/d,最大涌水量4679m3/d。
(3)礦坑涌水量預測評價:對比分析上述2種方法對地下水涌水量的計算結果,比擬法預測平均涌水量偏小。原因是的實際排水觀測次數(shù)不夠多造成,造成實際涌水量均值可能偏低;而2種方法對最大涌水量計算結果較接近。礦床開采至-78m標高時,不同充水條件下的礦坑平均涌水量和最大涌水量見表2。
P619.22
B
1004-5716(2015)03-0140-03
2015-01-13
2015-01-19
葉冠球(1962-),男(漢族),廣東清遠人,工程師,現(xiàn)從事水工環(huán)地質、巖土工程及地質礦產勘查工作。