黑格其尔铅锌矿床充水因素分析及涌水量计算

孙立军

[摘要]巴根黑格其尔铅锌矿于2005年7月开始筹建，现边采边探中。通过区域地质资料和周边水文地质资料的整理研究，对巴根黑格其尔矿区矿床充水因素及矿坑涌水量进行了分析和计算，为确保黑格其尔铅锌矿安全高效及扩大矿山生产规模提供了水文地质依据。

[关键词]铅锌矿 充水因素 矿坑涌水量

[中图分类号] P641.47 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-7-99-3

0引言

黑格其尔铅锌矿床位于大兴安岭山脉中部主脊地带，总体地势西南高，北东低，海拔相对高差在290m左右。该区为三条水系的发源地，北东部水系经零点、三岔河、五岔河汇入洮儿河，南侧水系由海勒斯台郭勒汇入归流河，西侧水系由宝格达山南牧场流入乌拉盖水库。该矿开采近十年，前期资源即将枯竭，为扩大生产规模，持续开采矿体的延长、延深部位，如何确定矿床充水因素及涌水量保证矿山安全高效开采成为当务之急。

1矿区水文地质条件

科尔沁右翼前旗巴根黑格其尔矿区大兴安岭山脉中部主脊地带，是三条水系的发源地，地貌单元为中低山丘陵区。呈北西-南东向延伸。地形标高990—1280m，相对高差290m，属低中山地形。当地最低侵蚀基准面标高990m，位于矿区东部的沟谷中。矿区地处中低山丘陵地区，矿体呈NE—SW向带状展布。区内部分地区基岩裸露，易接受大气降水的渗入补给，大气降水是地下水的主要补给来源。该区是地下水的补给区，但由于矿区内山区植被发育较差，地形坡降较大，一次降水的持续时间短，大部降水以地表径流形式迅速流泄，少部分直接渗入地下补给基岩裂隙水。

2矿床充水因素

（1）矿区首采地段矿体，大部分位于当地侵蚀基准面以上，岩石直接裸露地表，风化裂隙较为发育，透水性好，大气降水入渗为矿床充水的自然因素。

（2）第四系孔隙潜水，主要分布在地势低洼的山坡地带及季节性沟谷中，由冲积砂砾层、砂层组成，含水层厚度一般小于5.0 m，且地形坡降较大，富水性较差，当开采潜水含水层附近及以下矿体时，潜水将沿基岩裂隙和其它导水通道渗入矿坑，造成矿床充水，是矿床充水的间接因素。

（3）基岩裂隙潜水，含水层遍布整个矿区，主要在近地表发育不同程度的风化裂隙及构造裂隙，赋存基岩裂隙潜水，但因所处地势普遍较高，降水时可接受降水的入渗补给，过后很快便顺坡径流向沟谷排泄，因此，基岩裂隙潜水富水性较弱。当矿体与裂隙含水层直接接触，裂隙水沿风化裂隙和构造断裂带直接进入矿坑，造成矿床充水，是矿床充水的直接因素。

（4）构造裂隙水，矿区内的主要存水的断裂为F2断裂，也是矿体赋存的构造断裂带，赋存构造裂隙水，当开采矿体位于断裂构造带或附近时，构造裂隙水会沿构造裂隙和断裂带直接进入矿坑，造成矿床充水，是矿床充水的直接因素。

3矿坑涌水量预测

3.1计算参数的确定

在矿区工程控制范围内，受构造裂隙及风化裂隙的控制，各含水层的富水性和渗透性有一定的差异。由于矿体位于地势较高的中低山丘陵地区，区内主要含水层为基岩裂隙潜水，矿坑涌水量预测主要涉及基岩裂隙潜水，因此，根据矿区水文地质条件，各计算参数确定如下：

（1）含水层厚度H值的确定：基岩裂隙潜水含水层厚度，选用三个水文地质钻孔揭露的含水层厚度的平均值，为78.80m。

（2）含水层渗透系数K值的确定：依据矿区水文地质孔抽水试验资料，用裘布依潜水完整井涌水量公式求得值的平均值。由于ZK6-132 号钻孔涌水量较小，本次计算选用ZK1—1和SZK500-1号钻孔抽水试验资料计算值0.01m/d。

（3）影响半径R值的确定：选用ZK1—1和SZK500-1号钻孔抽水试验资料计算值的平均值32.55m。

（4）降深S值的确定：根据ZK1—1、SZK500-1和ZK6-132号水文地质孔资料，孔深分别为339.20m、364.40m和461.10m，水位标高为1038.88m、1041.64m、1051.53m，控制标高在699.68—677.24—590.43m。现在矿山开采标高为770m中段，根据矿体形态、产状及矿区水文地质条件，以及矿山坑道开拓现状，本次水文地质勘查工作拟对740m水平中段矿坑涌水量进行估算，在水文地质孔控制标高范围内。为达到开采阶段疏干排水的目的，设计水位降深确定为：三个水文孔揭露的基岩裂隙水含水层最大厚度作为设计水位降深，即97.90m，进行井筒及坑道涌水量预测。

3.2水文地质边界条件的确定及计算公式的选择

矿区范围内，基岩风化裂隙普遍含基岩裂隙潜水，含水层在单一水平方向边界条件为无限供水边界，垂向上穿越弱风化带后的完整基岩视为底部隔水边界。

（1）估算井筒涌水量计算

根据矿区水文地质边界条件及水文地质孔抽水试验资料，确定Q—S曲线类型属对数曲线型，含水层可认为是均质的、各向同性的潜水含水层，故采用裘布依稳定流公式进行计算。由于本次计算的井筒涌水量为矿井疏干性排水涌水量，水位降深需降至开拓水平中段或含水层底版，因此，采用计算公式如下：井筒涌水量：Q井=1.366K；井筒影响半径：R=2S

式中：H：含水层平均厚度（m）；K：渗透系数（m/d）；Q井：井筒涌水量（m3/d）；R：井筒影响半径（m）；r：设计井筒半径（m）。

（2）坑道涌水量计算

根据矿体形态和产状，坑道涌水量计算选用“大井”法和“水平坑道”法分别计算，对矿体开采水平中段的740.00m标高的坑道涌水量进行预测。

“大井”法坑道涌水量：Q坑= ；“大井”半径：r0=0.565 ；“大井”影响半径：R0=R+r0=2S+ 0.565

式中：r0：“大井”引用半径（m）；R0：“大井”影响半径（m）；S：设计水位降深（m）；H：含水层平均厚度（m）；K：渗透系数（m/d）；F：设计开采坑道系统面积（㎡）；Q坑：坑道涌水量（m3/d）；

3.3矿坑涌水量预测

在确定了水文地质边界和各计算参数之后，分别对不同开采水平中段的井筒涌水量和矿坑涌水量进行预测，计算数据及涌水量计算结果分别列于表1表2。

（1）矿区范围内，基岩风化裂隙普遍含基岩裂隙潜水，当开采矿体位于潜水水位标高以下时，基岩裂隙潜水会通过裂隙通道渗入矿井或坑道，造成矿井涌水。

（2）由于矿区构造条件的影响，基岩裂隙水与山间谷地的第四系孔隙潜水有密切的水力联系，当开拓水平降至山间谷地潜水位以下时，开采沟谷附近及以下矿层时就应考虑潜水下渗能力，开采时应引起重视，以免造成矿坑发生突水的可能性。

4结论

通过对矿区水文地质条件研究，认为大气降水是矿区地下水的唯一补给来源，矿床充水主要因素为大气降水入渗补给的基岩裂隙水。同时，结合实际采用“大井”和“水平坑道”方法计算了坑道涌水量。为矿山深部水平规划和建井的水文地质依据，为矿山进一步扩大生产规模提供了保障。