矿坑涌水量预测分析范文

《南方国土资源杂志》2015年第五期

1矿区概况

1.1矿区水文地质条件矿区含水层主要有第四系（Q）松散层孔隙含水层和海西—印支期堇青石黑云母花岗岩（γ4-51）风化网状裂隙含水层。第四系松散层在矿区内分布较少，仅零星分布于山间沟谷、溪沟等低洼地带，由花岗岩母岩风化剥蚀而成的残坡积物组成，其成分主要为含砾中粗砂、细砂、粉质粘土和花岗岩滚石，厚度一般为0.1～1.0m，一般为包气带透水层。海西—印支期堇青石黑云母花岗岩（γ4-51）在矿区内风化壳厚度较大，其中全风化花岗岩厚度为0.50～30.10m，主要为含砾砂质粘土，弱富水性，多以上层滞水为主，浅部强—中风化花岗岩，节理裂隙较发育，构成风化裂隙带,厚度20～40m,该层富含网状裂隙水，水量受季节降雨影响。

1.2矿体及其围岩富水性特征矿体顶底板均为蚀变花岗岩，胶结程度好，一般起隔水作用，新鲜基岩完整不含水。矿体因受后期构造运动的影响，矿石破碎，裂隙发育，局部有晶洞、空洞，透水性较好。蚀变带本身为弱富水的裂隙承压含水带。矿体浅部围岩中的风化花岗岩裂隙发育，岩石较破碎，透水性强，为弱富水的裂隙潜水含水带。

1.3含水层渗透系数K值确定（1）花岗岩全风化带渗透系数：调查期间，选择矿区内现有的民井作为监测点，进行现场抽水试验。最终根据试验数据，计算确定花岗岩全风化带渗透系数平均值为：K=0.7016m/d。（2）强—中风化花岗岩层综合渗透系数：由于原有钻孔已被封闭，未能进行钻孔抽水试验，故根据以往的垌表矿区+271m中段的抽排水记录来计算，其丰水期最大总涌水量为Q=136.57m3/d，采用水平集水建筑物涌水量计算公式反算该层渗透系数K[具体见2.2章节的公式（1）]，结果为K=0.01497m/d。

2矿山涌水量预测及其影响评价

2.1矿坑充水因素该矿山主采矿层位于当地侵蚀基准面+121m以下，矿坑充水含水层分为两部分：①浅部花岗岩风化带网状裂隙含水层，厚度一般为20～40m；②矿体本身的裂隙含水层，厚度即为矿体厚度，一般为0.42～1.71m。该矿充水方式主要为顶板、侧向分散滴入或渗入。当斜井向下穿过上层的风化花岗岩时，风化带中所赋存的风化网状裂隙水通过巷道四周的裂隙直接向巷道内充水，并沿透水巷道向下层巷道汇集；因矿体本身赋存裂隙水，当沿矿体开凿采矿巷道时，矿体本身的裂隙水会通过开凿面直接向矿坑充水（图1）。地下水与地表水虽然存在补排关系，但由于地表水沟底的岩石透水性弱，可以认为地表水对矿床开采影响不大。

2.2矿坑涌水量预测

2.2.1廊道法预测矿坑涌水量时，将上部风化花岗岩视为一个整体系统进行分析计算，计算矿坑涌水量所使用的花岗岩渗透系数K值为该层综合渗透系数。开采过程中矿体本身裂隙水将由顶板或侧向向采矿巷道进行充水，其充水量大小与采矿巷道的长度有直接关系，笔者采用水平集水建筑物涌水量计算公式进行矿坑预测，预测对象为-130m中段、-175m中段、-205m中段和-250m中段。开拓系统平面布置图（图2），按各中段长度取B-130=975m，B-175=1020m，B-205=760m，B-250=300m；L为开采至矿体最低标高时影响宽度，由于①、②、③号矿体风化破碎带宽度为5～40m，考虑影响宽度超出破碎带宽度，取影响宽度L=80m；H为未开采前地下水位标高至隔水层顶板之间的厚度，根据矿区以往钻孔柱状图资料，开采前水位标高约在170～190m左右，微风化花岗岩标高为144～170m，可将其视为隔水层顶板，两者差即为两者间的厚度，平均约为25m，而根据现阶段中段调查，目前130m中段局部有少量水渗出，80m中段未发现有渗水，考虑到微风化花岗岩局部发育有少量裂隙，为使计算更贴近实际，将厚度取值增加20m，即H=25+20=45m；h0为开采至矿体标高时地下水动水位标高至隔水层顶板之间的厚度，设计开采的最低中段为-250m中段，标高已低于隔水层底板，可取h0=0m。

2.2.2比拟法根据水文地质条件分析，可选择矿山以往观测资料做为已知数值，进行比拟计算。本次计算以原矿山延伸到-95m中段采矿巷道与未来开拓的-130m中段、-175m中段、-205m中段、-250m中段巷道的涌水量进行比拟。根据广西国土资源厅的《广西壮族自治区矿山地质环境恢复治理水文地质详查规程》（试行），采掘长度（L0）比拟式为。由于矿山开采历史较久，现有开拓系统还有以往旧的开采巷道和局部试采巷道未能统计，因此使用廊道法所计算得出的结果偏小，不能代表整个开拓系统的涌水量；比拟法参照的各分矿区现有中段涌水量是根据矿山以往开采记录和野外调查取值，所取的已知巷道长度L0偏小，导致计算结果偏大。综合考虑，比拟法计算结果比较接近矿山将来开采情况，取Q总=1761.95m3/d。

2.3垮落带和导水裂隙带高度的确定按《建设项目地质灾害危险性评估规程》（广西壮族自治区地方标准DB45/T382—2006）选取公式计算垮落带高度及导水裂隙带高度。矿区的生产窿道及勘探坑道标高均远远低于矿区内的地表水体，且矿区内全为岩性单一的花岗岩，渗透系数小，根据对各坑道涌水量的观测，涌水量大小除与开采深度、长度、季节及降水有关外，与河水水位（雨季、枯水期）变化并无关系。因此，可以认为虽然地表水与地下水存在补给关系，但是地表水底部及两侧透水性弱，渗漏水量微弱，对矿床开采的影响小。故预测将来采矿活动可能引发地表溪沟向矿坑突水的可能性小。

2.4矿坑排水影响范围和程度预测由于深部花岗岩富水性差，可视为隔水层。地下水主要为花岗岩风化带网状裂隙水及矿体本身的裂隙水。根据以下公式计算潜水影响半径。矿山开采最低标高低于最低侵蚀基准面，采用斜井—平窿方式开采，采矿巷道均为低于+156m的平窿，不能自然排泄，因此，在矿坑集水后需要抽排。矿床属于裂隙水充水矿床，地下水以矿体本身的裂隙水为主，沿原有的层间裂隙向低处径流，以渗出形式汇集于采矿巷道中排泄。总体上，开采对原有地下水径流方式影响较小，并未改变其原有的径流和排泄方向。因此，地下开采对地下水影响范围较小，预测将来开采至设计最低中段时排水影响半径为73.87m。

2.5矿山排水对地下水位下降影响的评价根据影响半径计算结果，矿山排水引起区域地下水位下降对周边影响小，矿坑疏排水对含水层结构影响小，对矿山地质环境影响程度较轻。但矿山上下游均2.2.4确定权重直接参考DRASTIC模式中给定的权重，即地下水埋深、降雨入渗补给量、含水层介质、土壤介质、地形坡度、非饱和带介质和含水层渗透系数的权重值分别为5、4、3、2、1、5、3。

2.2.5地下水防污性能评价程度划分标准直接参考DRASTIC模式，将地下水防污性能评价程度划分为5个等级，具体见表2。参照表1和表2划分标准，各项因子取值及计算结果见表3。据表3的计算结果，厂区所在区域DRASTIC指数为123分，根据表2划分标准，厂区包气带防污性能为“中等”水平，防污性能级别为“Ⅲ级”，说明厂区水文地质条件有利于防止地下水受到污染。

3厂区地下水污染防治的建议

（1）在厂区范围及邻近区域避免大规模高强度地抽取地下水。（2）对各个污（废）水贮存池均用水泥硬化，四周壁用砖砌，之后再用水泥硬化防渗，全池涂环氧树脂防腐防渗，防止选矿废水渗入地下水而造成地下水污染，同时选矿废水应禁止外排。定期检修维护污水管网，杜绝跑冒滴漏，实时监控生产新水、污水、循环用水间的平衡，坚决杜绝超标排放。（3）建议在厂区的四周分别设置地下水长期观测井，以观测地下水位水质的变化与污染情况。设置完善的厂区及其附近地下水和地表水监测网点，定期观测地下水水位和采集水样作水质分析。（4）建立地下水污染监控制度和环境管理体系、监测计划，制定地下水污染风险或突发事故的应急响应预报预案，及时采取封闭、截流、疏散、应急性供水、地表水突发性污染处理等措施。

作者：段铖 单位：广西地矿建设集团有限公司