范 斌，張霖鑫

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020）

1 礦床充水因素

礦區(qū)水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，根據(jù)含水層巖性、分布及埋藏條件等特征，可將區(qū)內(nèi)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?？傮w來說，主要礦帶形成于區(qū)域壓扭性斷裂帶F1及其次級斷裂的兩側(cè)，該斷裂產(chǎn)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(qū)。圍巖含水層主要受大氣降水補(bǔ)給，當(dāng)?shù)亟邓S富，含水層的補(bǔ)給條件較好，采礦圍繞斷裂帶及影響帶展開。通過調(diào)查礦區(qū)水文地質(zhì)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(gòu)造破碎帶等導(dǎo)水通道進(jìn)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(diào)查

本礦已進(jìn)行了5年多的露天開采，據(jù)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(diǎn)，淹沒采區(qū)面積160m×100m，采礦期間需一臺30m3/h（720m3/d）的泵連續(xù)抽水方能達(dá)到動態(tài)平衡，排水時水位降低70cm～80cm，大部分淹沒區(qū)露出地面[2]。2012年8月份豐水期調(diào)查礦區(qū)日排水量810m3/d。據(jù)2014年9月25日調(diào)查，礦坑涌水量已衰減為21m3/d。

3 礦坑涌水量預(yù)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(biāo)高為3310m～2350m（最低2320m），其中露天開采底部境界為3050m。設(shè)計地下開采方法為充填法，根據(jù)礦體的開采技術(shù)條件和選用的采礦方法，中段為露天開采的掛幫礦，產(chǎn)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(yù)測

露天采場涌水量是由大氣降水產(chǎn)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(shè)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(jìn)行了計算；地下涌水量采用地下水動力學(xué)“大井法”進(jìn)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(nèi)涌水量進(jìn)行估算。根據(jù)露天境界，對露天坑底3050m標(biāo)高涌水量進(jìn)行計算。

（1）地下水涌水量計算公式及參數(shù)選擇

本次采用了“大井法”對該礦井涌水量進(jìn)行預(yù)測。“大井法”采用下列公式進(jìn)行計算：

式中：

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

r0—大井引用半徑（m），按式r0=計算，F(xiàn)為坑道系統(tǒng)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(xiàn)狀露采底界3210m至設(shè)計露采底界3050m距離，為160m；

Sw—水位降深（m），為現(xiàn)狀露天采場周邊平均水位至3050m設(shè)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(shù)選擇

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

式中：Q、Qm—降水進(jìn)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(shù)，正常有效降雨系數(shù)取0.65、二十年一遇強(qiáng)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(jù)以上計算公式計算出的露天采場涌水量結(jié)果見表1。

表1 露天開采境界內(nèi)涌水量估算表

經(jīng)初步預(yù)測估算，礦區(qū)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(yù)測

地下開采段標(biāo)高為3050m～2350m，總深度700m，設(shè)計以充填法進(jìn)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(shè)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(jìn)行預(yù)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(jīng)驗公式作近似計算。

參數(shù)確定與計算：

（1）滲透系數(shù)（K）：本次滲透系數(shù)的選取主要參考新實施的SJ1號水文地質(zhì)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(cè)，根據(jù)抽水試驗成果，選擇了邊界阻水、非完整井、以下部進(jìn)水為主的滲透系數(shù)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(nèi)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(jìn)水部分長度1/2處到底板的距離（m）；ξ-不完整井阻力系數(shù)；l-過濾器進(jìn)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(shù)平均值為0.1534m/d。含水層的導(dǎo)水系數(shù)T（KM）為92.1m2/d。

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

（3）引用半徑（r0）：開采區(qū)段范圍為不規(guī)則狀，近似長方形。根據(jù)儲量核實報告，礦區(qū)金礦體規(guī)模不等，產(chǎn)狀變化較大。按式r0=計算引用半徑，F(xiàn)為坑道系統(tǒng)分布范圍所圈定的面積，經(jīng)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(qū)最大平均靜水位至開采底部中段標(biāo)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(yù)測礦井涌水量計算結(jié)果見表2。

表2 礦井涌水量及影響半徑預(yù)測表

3.2.2 各中段礦井涌水量預(yù)測

根據(jù)地下水環(huán)境影響評價導(dǎo)則要求，本次采礦礦井涌水量采用比擬法進(jìn)行預(yù)測。礦井開采深度達(dá)到2350中段時，礦井涌水量為68013.77m3/d。據(jù)此采用下列公式進(jìn)行未來不同開采中段的礦井涌水量預(yù)測：

式中：Q—各中段預(yù)測涌水量（m3/d）；Q1—已知開采礦坑涌水量（m3/d）；F—各中段預(yù)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(yù)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(chǎn)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(yù)測結(jié)果見表3。

表3 各中段涌水量預(yù)測結(jié)果一覽表

預(yù)測結(jié)果表明，隨著開采中段的推進(jìn)，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。