■曾向東 高會(huì)彬 楊福鵬

（遼寧省核工業(yè)地質(zhì)局241大隊(duì)遼寧鳳城118100）

露天礦坑涌水量預(yù)測(cè)的應(yīng)用

■曾向東 高會(huì)彬 楊福鵬

（遼寧省核工業(yè)地質(zhì)局241大隊(duì)遼寧鳳城118100）

礦產(chǎn)資源開發(fā)和利用為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)礦山開采的安全性問題也日益突出顯現(xiàn)，尤其是礦山突水事故的頻繁發(fā)生，給國家和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失，因此，在對(duì)礦床勘查工作中，對(duì)礦床開采技術(shù)條件提出更加嚴(yán)格的要求，尤其是對(duì)礦床開采過程中礦坑涌量的預(yù)測(cè)要求更加規(guī)范、科學(xué)、準(zhǔn)確、有效，能夠更好地指導(dǎo)礦山采礦中的給排水工作，減少和避免發(fā)生礦坑突發(fā)性涌水，導(dǎo)致淹礦災(zāi)害的發(fā)生，更加科學(xué)、合理、有效地開發(fā)利用礦產(chǎn)資源，確保礦山生產(chǎn)安全起著至關(guān)重要的作用。本文以遼寧省某地一礦山勘查工作中有關(guān)開采技術(shù)條件中的礦坑涌水量預(yù)測(cè)為例，淺析露天礦坑涌水量預(yù)測(cè)的應(yīng)用。

礦床開采技術(shù)條件 水文地質(zhì)條件 礦床充水因素 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-368-2

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展和進(jìn)步，國家對(duì)礦產(chǎn)資源的需求與日俱增，礦業(yè)開發(fā)為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)礦山開采的安全問題也日益突出顯現(xiàn)，尤其是礦山突水事故的頻繁發(fā)生，給國家和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失，因此，對(duì)礦床勘查有關(guān)開采技術(shù)條件中礦坑涌水量預(yù)測(cè)的科學(xué)有效性提出更加嚴(yán)格的要求，要能夠更好地指導(dǎo)礦山采礦中的給排水工作，減少和避免發(fā)生礦坑突發(fā)性涌水，導(dǎo)致淹礦災(zāi)害的發(fā)生，確保礦山生產(chǎn)安全起著至關(guān)重要的作用。本文以遼寧省某地一礦山勘查工作中有關(guān)開采技術(shù)條件中的礦坑涌水量預(yù)測(cè)為例，淺析一下礦山開采技術(shù)條件中礦坑涌水量預(yù)測(cè)的應(yīng)用。

1 水文地質(zhì)條件

1.1 礦山概況

礦區(qū)地處千山山脈南麓低山丘陵區(qū)，屬構(gòu)造侵蝕地貌?？傮w地勢(shì)東部高，西部低。區(qū)內(nèi)地形標(biāo)高一般在225m～300m之間，最高海拔高程為385m，最低海拔高程為210m，一般相對(duì)高差為75m，最大相對(duì)高差為175m。區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高約為158m±，地形坡度平均約為23°，局部地帶較為陡峻。區(qū)內(nèi)地表植被較發(fā)育，原始地貌保持較好，現(xiàn)有礦山露天開采區(qū)、渣石堆放區(qū)地形及植被破壞較大。

礦山目前主要采用露天采礦方式，礦區(qū)鐵礦體分布標(biāo)高一般為100m～280m，最低標(biāo)高為20m。由于礦區(qū)所處山溝中尾礦庫區(qū)的存在，抬高了礦區(qū)內(nèi)的地下水位，使礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高抬高至195m±，使本區(qū)最低礦體標(biāo)高低于侵蝕基準(zhǔn)面約175m。

1.2 水文氣象

礦區(qū)氣候?qū)俦睖貛駶檯^(qū)大陸性季風(fēng)型氣候，中緯度東亞季風(fēng)區(qū)，氣候溫暖，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季多雨，氣溫變化幅度大，每年七、八月份氣溫較高，一、二月份氣溫較低，最高氣溫可達(dá)37.3℃，最低氣溫可達(dá)-32.6℃，年平均氣溫8.2℃。結(jié)冰期為十一月至翌年三月，凍土層深度138mm，霜凍期206天。雨季降雨多集中在七、八月份，年最大降水量1692.3mm，最小降水量567.6mm，年平均降水量998.2mm，春秋季節(jié)少雨。

區(qū)內(nèi)水系屬愛河水系上游支流，礦區(qū)內(nèi)沒有大的地表水體通過，多為季節(jié)性山間溪流。礦區(qū)所處砬子溝匯水面積約為0.76km2，主溝坡度約9.15°，坡降約6.55‰。各山間溪流河水徑流量受季節(jié)性變化影響明顯，雨季徑流量明顯增大，旱季徑流量大減以致枯竭，礦區(qū)內(nèi)地表及地下水多排入山間溪流河中，并沿山間溝谷或人工排水渠道經(jīng)尾礦庫區(qū)向區(qū)外排泄或經(jīng)人工排水管道向礦區(qū)外圍北部的曲大溝中排泄。礦區(qū)地下水主要靠大氣降水和融化雪水補(bǔ)給，地下水動(dòng)態(tài)明顯受季節(jié)性制約，水量在枯水期及豐水期有明顯差異，地下水位隨季節(jié)變化變幅明顯，表現(xiàn)為氣象型特征，對(duì)礦區(qū)生產(chǎn)有一定影響。

1.3 礦區(qū)地下水類型及含水巖組的分布特征

礦區(qū)內(nèi)地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。區(qū)內(nèi)出露地層巖性主要有下遠(yuǎn)古界遼河群里爾峪組中的各種變粒巖以及呂梁期、燕山期的各類斑巖、混合巖等和第四系松散堆積物。依據(jù)區(qū)內(nèi)巖性特征及其賦水條件可劃分以下含水巖組：

1.3.1 第四系松散巖類孔隙含水巖組

1.3.1.1 全新統(tǒng)沖洪積孔隙含水巖組

主要分布于區(qū)內(nèi)河谷地帶。物質(zhì)組成為砂質(zhì)粘土、粘質(zhì)砂土、砂及礫卵石，厚度不等，富水性不均，為中等—強(qiáng)富水性。補(bǔ)給源主要為大氣降水，徑流條件較好，多以人工開采形式排泄或部分補(bǔ)給基巖裂隙水。

1.3.1.2 第四系上更新統(tǒng)殘坡積孔隙含水巖組

主要分布在山坡、山麓、溝谷地帶及巖石表層強(qiáng)風(fēng)化帶中，物質(zhì)組成為薄層亞砂土、亞粘土、砂礫石及風(fēng)化碎石層等，厚度不均。含水層直接接受大氣降水滲入補(bǔ)給，通過地表徑流、下滲補(bǔ)給基巖裂隙、構(gòu)造裂隙含水層排空，含水不均，富水性隨含水層結(jié)構(gòu)、厚度、巖性等變化較大，水位標(biāo)高受季節(jié)性降水量控制，為一中等富水性層位，此層水與基巖裂隙水聯(lián)系密切。

1.3.2 塊狀巖類裂隙含水巖組

大面積分布于區(qū)內(nèi)遼河群里爾峪組中各種變粒巖及各類巖獎(jiǎng)巖和脈巖中。巖石均含有微弱的風(fēng)化裂隙水和弱的構(gòu)造裂隙水，水量一般不大，如遇強(qiáng)含水構(gòu)造破碎帶，地下水量可能增大。地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水下滲或接受區(qū)域性地下徑流補(bǔ)給，徑流條件較差，以地下徑流形式排泄為主。為微弱—弱富水性。

1.4 地下水的補(bǔ)徑排條件及含水巖組之間的水力聯(lián)系

區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄主要受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及水文氣象等因素綜合控制。礦區(qū)地形地勢(shì)有利于地下水的排泄。各含水層主要接受大氣降水的滲入補(bǔ)給，地下水動(dòng)態(tài)變化嚴(yán)格受大氣降水的控制。

區(qū)內(nèi)各含水巖組地下水均直接或間接接受大氣降水補(bǔ)給，大氣降水后，一部分水呈地表徑流匯入小溪注入主河道形成地表水體，另一部分水則通過植被根系或直接沿松散巖類孔隙、基巖裂隙、構(gòu)造裂隙下滲，分別形成孔隙水、基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水。各含水層之間相互連通、補(bǔ)給，存在一定程度的水力聯(lián)系，其間的徑流條件好壞與補(bǔ)給程度、巖石孔隙、基巖裂隙及深部構(gòu)造裂隙的發(fā)育程度、破碎程度和充填物性質(zhì)等有關(guān)。本區(qū)地下水徑流條件一般，主要以人工開采、地下徑流形式排泄為主，蒸發(fā)及植物蒸騰作用也是重要排泄途徑，各含水層（帶）之間存在一定程度的水力聯(lián)系。由于礦山地表及地下采礦多年，礦坑長年排水，因此區(qū)內(nèi)地下水位有以礦區(qū)露天采坑及地下坑道系統(tǒng)為中心形成降落漏斗的趨勢(shì)。

2 礦床充水因素分析

區(qū)內(nèi)地表基巖表面風(fēng)化強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育，透水性良好，直接受大氣降水和融化雪水補(bǔ)給，形成松散層類孔隙水，并沿孔隙、裂隙向下滲透補(bǔ)給基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水，同時(shí)接受區(qū)外遠(yuǎn)途側(cè)向地下徑流的遙補(bǔ)，并通過基巖裂隙、構(gòu)造裂隙及斷裂破碎帶進(jìn)入礦坑，因此，區(qū)內(nèi)基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水是礦床充水的主要因素之一，同時(shí)局部巖脈穿插及構(gòu)造破碎形成的充水構(gòu)造帶，也是礦床充水的主要因素之一。

礦區(qū)采礦多年，地表形成多處采坑，極易匯集地表及地下水，尤其雨季露天采坑匯聚大量大氣降水，加大地下水滲入補(bǔ)給量，同時(shí)區(qū)內(nèi)探礦坑道亦是匯集地表及地下水的重要場(chǎng)所，并在坑內(nèi)形成積水，加大地下水滲入補(bǔ)給量。因此，區(qū)內(nèi)地表及地下的新老采礦工程匯水、積水也是礦床充水的主要因素之一。

礦區(qū)外圍建有一尾礦庫，庫中尾水及地表水徑流匯聚，將會(huì)使庫區(qū)及周邊地下水位抬高，改變區(qū)內(nèi)地表及地下水的徑流條件，進(jìn)一步加大區(qū)內(nèi)地下水的滲入補(bǔ)給量，并可能通過基巖裂隙，構(gòu)造裂隙及斷裂破碎帶進(jìn)入礦坑，如地下開采突遇大的儲(chǔ)水構(gòu)造，地下水會(huì)突入礦坑，因此，區(qū)內(nèi)尾礦庫區(qū)匯水、積水也是礦床充水的主要因素之一。

3 預(yù)測(cè)礦坑涌水量

礦區(qū)含水層主要以基巖裂隙含水層為主，第四系松散層類孔隙水、構(gòu)造裂隙水為輔，礦體及圍巖中的裂隙充水性不強(qiáng)，層間裂隙水微弱，礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上。礦體及圍巖均為屬非可溶性巖石，礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造及脈巖較發(fā)育，構(gòu)造及破碎帶容水性及充水性較強(qiáng)，施工過程中可能會(huì)出現(xiàn)大量滲水、滴水、淋水、涌水等現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)塊狀巖類裂隙含水巖組含水層主要分布在近地表10m～45m風(fēng)化殼及其下部彼此貫通的區(qū)域性構(gòu)造裂隙帶中，地下水埋深隨地形起伏而異，一般在5m～40m之間。區(qū)內(nèi)塊狀巖類裂隙含水巖組單位涌水量q=0.0086～0.1080L/s.m，滲透系數(shù)K=0.0041～0.055m/d。礦坑涌水量預(yù)測(cè)應(yīng)根據(jù)礦山開采方案及相應(yīng)開拓工程的進(jìn)展情況，并隨著對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)的深化逐步地修正和完善。

式中：Q—預(yù)測(cè)礦坑的涌水量（m3/d）

Q1—大氣降水的影響量（m3/d）

Q2—地下水的涌水量（m3/d）

F1—為露天采坑面積（m2）

F2—扣除露天采坑面積后的大氣降水影響面積（m2）

W—?dú)v年平均降水量（m）

α—大氣降水滲入系數(shù)

t—時(shí)間（d）

患者接受治療之前，F(xiàn)MA評(píng)分和BI評(píng)分沒有顯著差異，接受六個(gè)月的康復(fù)治療之后，相關(guān)患者的評(píng)分都有提升，康復(fù)組的提升幅度更高，和對(duì)照組情況對(duì)比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。見表1。

Kcp—平均滲透系數(shù)（m/d）。

H—含水層厚度（m）

S—露天采場(chǎng)中的水位降低（m）

r0—露天采場(chǎng)引用半徑（m）

R0—引用影響半徑（m）

計(jì)算參數(shù)的確定：

①露天采坑面積F1在經(jīng)實(shí)地測(cè)量為F1=157963.03m2

②露天采礦坑降水影響范圍及邊界，以采坑所處小匯水盆地降水補(bǔ)給面積及地表分水嶺界線或溝谷為邊界，作為降水的影響范圍，露天采坑所處區(qū)域降水補(bǔ)給面積約為763934.99m2，則扣除露采坑面積后的大氣降水影響面積為：

F2=763934.99-157963.03=605971.96m2。

③大氣降水量W為歷年平均降水量998.20mm（0.9982m）。

④泉水歷年平均徑流量約為 40150m3，補(bǔ)給面積為763934.99m2，由泉水歷年平均徑流量與補(bǔ)給面積和歷年平均降水量的積相比，求得大氣降水滲入系數(shù)α=0.05265。

⑤時(shí)間t按年365天計(jì)算。

⑥平均滲透系數(shù)Kcp根據(jù)以往本區(qū)鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)成果計(jì)算求得為0.02955m/d。

⑦含水層厚度H根據(jù)勘查鉆孔水文地質(zhì)觀測(cè)結(jié)果，該區(qū)裂隙含水層靜止水位平均標(biāo)高約為230.42m，向下擴(kuò)界開采至100m水平計(jì)算，按潛水完整井考慮，H=230.42-100=130.42m。

⑧露天采場(chǎng)中的水位降低S=H=130.42m。

⑩引用影響半徑R0=R+r0（其中為露天采場(chǎng)的影響半徑），則R0=R+r0=439.19+224.23=663.42 m。

將上述各計(jì)算參數(shù)分別代入（1）、（2）、（3）式后，計(jì)算求得露天采坑涌水量為Q=Q1+Q2=519.17+1457.43=1976.60m3/d

本次礦坑涌水量計(jì)算是符合礦山開采實(shí)際情況的，計(jì)算參數(shù)的選擇確定是適宜的、合理的，說明本次礦坑涌水量預(yù)測(cè)的水文地質(zhì)模型概化合理、計(jì)算結(jié)果可靠，但對(duì)于總涌水量來說如果考慮月或日最大降水量因素，其計(jì)算結(jié)果可能偏小，因此，開采中應(yīng)以日最大降水量考慮礦坑涌水量，指導(dǎo)礦山建設(shè)中的排水工作，配備相應(yīng)的排水設(shè)備，確保礦坑排水的安全。

礦山未來地下深部開采礦坑涌水量預(yù)測(cè)，應(yīng)以上部開拓工程實(shí)施狀況和礦坑長期觀測(cè)實(shí)際排水量情況，依據(jù)“水文地質(zhì)比擬法”預(yù)測(cè)礦坑深部涌水量，則更加符合實(shí)際。

4 結(jié)束語

隨著我國的物質(zhì)文明和精神文明建設(shè)的不斷向前推進(jìn)，隨著國家綜合國力的不斷提高，強(qiáng)大的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備與科學(xué)安全開發(fā)利用，是國家經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展的強(qiáng)大推進(jìn)動(dòng)力，隨之而來的礦業(yè)開發(fā)的安全問題也日益突出顯現(xiàn)，尤其近幾年的礦山突水安全問題更加明顯，國家有關(guān)部門也非常重視礦山開采中所遇到的水文地質(zhì)問題，因此，在礦山勘查中要重視對(duì)礦床水文地質(zhì)問題，特別是礦坑涌水量的預(yù)測(cè)，要嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)技術(shù)規(guī)范，為礦山安全開采提供科學(xué)有效的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，更好的指導(dǎo)礦山開采過程中的給排水工作。

［1］ 《水文地質(zhì)手冊(cè)》 [M]，地質(zhì)出版社，1990.

［2］ 《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》 [S]，（GB12719-1991）.

［3］ 《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》 [S]，（GB50027-2001）.

［4］ 《固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則》 [S]，（GB/T13908-2002）.

［5］ 《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案編制規(guī)范》，（DZ/T 223-2009）.

［6］ 《專門水文地質(zhì)學(xué)》 [M]，長春地質(zhì)學(xué)院，1985.

［7］ 《1/20萬綜合水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》 [R]，遼寧省第一水文地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，1973.

［8］ 《1/20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》 [R]，遼寧省地質(zhì)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)，1975.