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(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

礦坑涌水量預(yù)測(cè)，是礦山安全生產(chǎn)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)；但實(shí)際工作中，或因預(yù)測(cè)明顯偏小而導(dǎo)致淹井事故，或因預(yù)測(cè)明顯偏大而導(dǎo)致礦山排水系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重浪費(fèi)[1]。影響預(yù)測(cè)可靠性的主要因素，大體可概括為：(1)受勘查程度等因素影響，對(duì)礦床充水條件的控制程度不夠[1～4]；(2)對(duì)水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)存在明顯偏差，計(jì)算方法或重要參數(shù)選擇不當(dāng)[3～8]；(3)預(yù)測(cè)設(shè)置的條件，與礦床開發(fā)利用方案結(jié)合不緊[6～10]。

巖漿熱液型鐵礦，多呈似層狀、透鏡狀不連續(xù)產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀復(fù)雜多變，上述影響礦坑涌水量預(yù)測(cè)的因素(在中小型礦山，水文地質(zhì)勘查程度不夠尤為突出)，影響往往更為顯著。本文以安徽省某鐵礦中的主礦體為例(①號(hào)礦體、也是該礦山的北礦段)，基于現(xiàn)有的勘查成果，結(jié)合礦床開發(fā)利用方案，就充水條件概化、計(jì)算方法選擇等內(nèi)容，討論礦坑最大涌水量預(yù)測(cè)，為類似問題提供參考。

1 礦體特征

本礦床位于長(zhǎng)江中下游的最重要的鐵礦成礦區(qū)內(nèi)，該礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)大型鐵礦床3個(gè)、中型鐵礦床7個(gè)。

本礦床產(chǎn)于接觸帶附近，有 10個(gè)礦體，其中①號(hào)礦體是主礦體(北礦段)，其資源儲(chǔ)量占全礦床的68.34%；②號(hào)礦體次之，其資源儲(chǔ)量占全礦床的22.70%；主礦體特征，參見表1。

圖1 礦體產(chǎn)狀及開采水平關(guān)系示意圖

2 水文地質(zhì)條件及其概化

依據(jù)該礦床的《詳查報(bào)告》，該礦床開采技術(shù)條件，屬以水、工、環(huán)復(fù)合問題為主的中等復(fù)雜類型礦床；《詳查報(bào)告》對(duì)北礦段，進(jìn)行了礦坑涌水量預(yù)測(cè)。

隔水頂、底板及含水巖組水文參數(shù)概化 ①號(hào)礦體以三疊系中統(tǒng)黃馬青組砂頁巖裂隙弱富水巖組作隔水頂板；以閃長(zhǎng)巖體作為隔水底板；隔水底板底標(biāo)高為-1 050 m。

礦床充水，主要是圍巖(砂頁巖)裂隙側(cè)向補(bǔ)給；砂頁巖裂隙含水層組厚度284.54 m、頂板標(biāo)高為-765.46 m；根據(jù)抽水試驗(yàn)，含水層組滲透系數(shù)k為0.052 4 m/d。

邊界條件概化 北礦段主要南西受近于垂直的F1、F2斷層作供水邊界。北及東側(cè)因黃馬青組砂頁巖裂隙弱富水巖組與閃長(zhǎng)巖裂隙弱富水巖組富水性相當(dāng)，視為無側(cè)限邊界。

表1 主礦體特征

3 涌水量預(yù)測(cè)

依據(jù)大井法基本原理，位于直交的二供水邊界之間的承壓井涌水量計(jì)算公式：

(1)

(2)

(3)

式中：Q為涌水量(m3/d)、K為滲透系數(shù)(m/d)、B為非完整井系數(shù)(無量綱)、m為承壓含水層厚度(m)、S為計(jì)算水平對(duì)應(yīng)的水位降深=初始水頭-計(jì)算水平(m)、Rc為邊界水流阻力系數(shù)(無量綱)、rw為根據(jù)礦體水平投影擬合的大井半徑(m)、d1/d2為大井中心至邊界距離(m)、L為非完整井進(jìn)水段高度=含水層頂板標(biāo)高-計(jì)算水平(m)

《詳查報(bào)告》對(duì)北礦段-796 m、-900 m、-1 000 m、-1 050 m水平，預(yù)測(cè)的礦坑涌水量分別為5.25萬 m3/d、11.82萬 m3/d、16.25萬 m3/d、18.05萬 m3/d。

表2 各開采水平礦坑涌水量計(jì)算結(jié)果

4 問題討論

《詳查報(bào)告》開展的礦坑涌水量預(yù)測(cè)，存在以下主要問題：

開采范圍的影響 ①號(hào)礦體呈似層狀、緩傾斜產(chǎn)出，礦體賦存標(biāo)高-778～-1 050 m；則，不論首采是哪個(gè)水平，其開采范圍的水平投影都將遠(yuǎn)小于上述“大井”范圍；以首采水平-796 m為例，此時(shí)，-796 m水平以上可以采的礦體水平投影，不超礦山全礦體水平投影的1/2～1/3(參見圖1)；

僅考慮開采水平所控制的可采礦床水平投影S-796與全礦床水平投影Smax之不同，而形成的對(duì)涌水量預(yù)測(cè)值的影響。

《詳查報(bào)告》中的預(yù)測(cè)方法與公式、水文地質(zhì)參數(shù)、以及初始流場(chǎng)與邊界條件等，全面繼承；僅是大井范圍按-796 m水平的可采礦床水平投影面積S-796計(jì)。

承壓轉(zhuǎn)無壓的影響 承壓含水層分布于-765.46～-1 050 m之間、厚284.54 m。

綜上，上述因素，每個(gè)因素都是導(dǎo)致涌水量計(jì)算偏大的因素；因素迭加，將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。

5 涌水量預(yù)測(cè)復(fù)核

根據(jù)礦床開發(fā)利用初步方案，該礦床采用嗣后充填法采礦，采用由西向東的開采方式；這將形成一狹長(zhǎng)的廊道，即涌水量預(yù)測(cè)，采用水平廊道法；采用承壓——無壓公式：

Q=CK (2S - m) m/D

(4)

式中：D為水平廊道影響寬度、C為進(jìn)水廊道長(zhǎng)度；其它符號(hào)意義同上。

水平坑道影響寬度D=R+b/2； b為綜采面長(zhǎng)度，本次計(jì)算，不考慮b的影響，即b=0; R為影響半徑，在2條近直交充水?dāng)鄬痈浇?，參考大井法R的計(jì)算方法，R=2d1d2/(d12+d22)1/2。

水文地質(zhì)參數(shù)，與上述礦坑涌水量預(yù)測(cè)所用的數(shù)值相同；進(jìn)水廊道長(zhǎng)度C，應(yīng)為開采水平對(duì)應(yīng)

的可采礦體水平投影最大長(zhǎng)度，按開采水平可采礦體水平投影最大長(zhǎng)度；-796 m水平、C=300 m，-1 050 m水平(可采礦體范圍是-1 000～-1 050 m之間的礦體部分)、C=500 m。

表3 北礦段各礦坑涌水量復(fù)核參數(shù)與復(fù)核結(jié)果

參考地質(zhì)與水文地質(zhì)條件與本礦高度一致的鄰近礦山的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，排水水平為-300 m(對(duì)應(yīng)降深約310 m)時(shí)礦坑最大涌水量為2 965 m3/d；與本礦山，在排水水平為-796 m(對(duì)應(yīng)降深792.02 m)，復(fù)核預(yù)測(cè)礦坑最大涌水量為7 333.4 m3/d；在排水水平為-1 050 m(對(duì)應(yīng)降深=1 046.02 m), 復(fù)核預(yù)測(cè)礦坑最大涌水量為27 798.0 m3/d；就降深這一因素，復(fù)核預(yù)測(cè)與鄰近礦山實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合。

6 結(jié)論與建議

上述研究過程中，得到以下結(jié)論：

(1)采用 “大井法”進(jìn)行礦坑涌水量預(yù)測(cè)時(shí)，大井范圍應(yīng)是開采水平所對(duì)應(yīng)的該水平可采礦床水平投影，而不是全礦床水平投影；

(2)當(dāng)?shù)V床充水地層為承壓含水層、且開采水平位于承壓含水層頂板之下時(shí)，充水地層的地下水一般多由承壓轉(zhuǎn)無壓，注意采用公式的適用性；

(3)解析法公式眾多，其中，應(yīng)用相對(duì)廣泛的是大井法、廊道法；應(yīng)根據(jù)礦床開發(fā)利用方案，根據(jù)采礦范圍的形態(tài)，選擇合適的方法，這在產(chǎn)狀復(fù)雜多變的巖漿熱液型鐵礦床涌水量預(yù)測(cè)中，尤為突出。

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