浅论恩平市某建筑用石灰岩矿区坑涌水量预测

叶冠球

（广东省地质局第六地质大队，广东江门529040）

浅论恩平市某建筑用石灰岩矿区坑涌水量预测

叶冠球*

（广东省地质局第六地质大队，广东江门529040）

主要通过分析恩平市某建筑用石灰岩矿区的地下水类型、补径排条件、岩溶发育特征等水文地质条件与气象条件，采用解析法与比拟法对地表水与地下水的进行矿区涌水量分析，为矿区设计提供重要依据，也为同类矿区提供重要参考。

石灰岩；地下水；涌水量；解析法；比拟法

1 自然地理概况

石灰岩矿区以北面农田，南面有村庄，并以锦江河支流为汇水边界，汇水面积1.28km2；东、西侧面较远处为有丘陵，为分水岭，形成一个完整的水文地质单元。矿区总的地势东高西低，最低侵蚀基准面标高20.00m，最低自然排泄面标高9.00m。未来矿床开采地界标高-80m。

2 地下水类型

（1）松散岩类孔隙水：主要分布于矿区中部凹地第四系冲洪积含卵石粉质粘土和粉质粘土孔隙中，厚度3.00～10.77m，平均厚度5.0，弱透水，含水微弱；

（2）层状岩类孔隙水：主要分布于矿区北部泥盆系桂头组砂岩裂隙中。浅部岩体破碎，风化裂隙较发育，平均厚度22.00m，为弱富水的裂隙水含水层；

（3）碳酸盐岩类岩溶水：主要分布在矿区中部，为埋藏型岩溶水，为第四系土层所覆盖，属覆盖型岩溶水。标高-30m以上灰岩裂隙、溶洞发育，为矿坑充水的主要含水层，平均厚度50.25m；标高-52～-80m灰岩新鲜，较完整，裂隙溶洞不发育，岩体完整性较好，可视为相对隔水层。钻孔抽水试验结果表明（见表1），岩溶水分布很不均匀。ZK02孔无水可抽，其他钻孔的单位涌水量0.005～0.552L/（s·m），渗透系数0.004～1.41m/d，其含水性及透水性弱—中等。

3 地下水的补给、径流、排泄条件

表1 钻孔抽水试验成果表

（1）补给条件：

①大气降雨补给：矿区属亚热带季风气候，年降雨量1385.7～2776.3mm。充沛的降雨为地下水补给提供了较充足水源。矿区平原地貌，是大气降雨的补给区，降雨垂直入渗补给地下水。由于周边山势略高，有利于形成地表径流，不利于入渗补给；低凹处第四系冲洪积覆盖层厚度大，透水性弱，降雨入渗补给量较小；

②地表水补给：矿区南西部为锦江河支流，集水面积达1.28km2，正常水位4m。但河底粉质粘土层厚度大于5m，透水性弱，地表水与地下水的水力联系甚微，地表水补给量也较小。

（2）径流、排泄条件：在天然状态下，矿区为补给—径流区。大气降雨垂直补给，转换为地下水的水平径流；河水水侧向补给地下水。补给区与径流区基本一致。山丘地下水径流距离短，在地形低凹处以侵蚀下降泉排泄于地表；天然状态下地下水总的流向是由东向西，以地下径流形式流出区外。

（3）岩溶发育特征及构造破碎带的含、导水性：

①溶发育特征：全区共有控矿钻孔61个，见溶洞钻孔50个，见洞率81.96%，全区亚岩溶率10.36%，浅部岩溶形态表现为槽、溶沟、溶蚀芽等，深部岩溶形态为溶洞、溶蚀裂隙，岩溶发育程度随着深度的增加而减弱。溶洞充填率为60.53%，空洞率为39.47%。溶洞在平面上具有分带性，经钻探结合物探方法，平面上圈出3个岩溶发育带（A1、A2、A3）。以A2为主要岩溶发育带，面积0.40km2，占石灰岩出露面积的31.25%，控矿钻孔28个，见洞孔20个，见洞率71.43%，岩溶率7.85%，高于岩溶全区和欠发育带，抽水试验表明，岩溶发育带的含水性及导水性较好；

②构造破碎带的含、导水性：矿区南部有F1断层，走向北西，倾向北东，倾角65°～70°，为正断层，呈张性，含水性较好，为矿床地下水的补给提供有利条件。

4 矿坑涌水量预测

（1）矿坑充水因素：

①大气降雨：矿坑露天开采时，大气降雨可直接落入矿坑，成为矿坑充水的主要水源。矿坑涌水量与降雨量密切相关，雨季充水量增加，尤其暴雨对矿坑充水往往构成较大的威胁；

②地下水：矿坑露天开采揭露灰岩含水层，使储存于灰岩含水层中的地下水成为矿坑主要和直接的充水水源。

（2）矿坑涌水量预测：

①大气降雨充水量：

计算公式：

式中：Q——大气降雨时流入矿坑的水量，m3/d；

F0——按可采边界圈定的矿坑面积，m2；

F——扣除矿坑面积的外围汇水面积，m2；

A——日降雨量，mm；

ψ——大气降雨地表径流系数，取0.6。

根据未来矿坑的边界，在1/5000的图上，用微机处理，求得F0面积为383972m2；用同样的方法求得汇水面积，减去矿坑面积为外围面积即900548m2；日降雨量选用日平均和日最大降雨量，分别为5.01mm、300.50mm。

在没有降雨时，大气降雨对矿坑的影响为0；若矿坑周边有排洪沟，矿坑外围的降雨影响也可不计；

②地下水涌水量：

计算方法一：解析法。

把矿区水文地质边界条件进行简化。以北侧泥盆系砂岩（D1g)与石炭系灰岩（C1ds)接触界线概化为直线隔水边界，南侧F1导水断裂带概化为直线补给边界，并将两者作为平行边界，矿床开采至-50m标高以下岩溶裂隙不发育，含水性及透水性甚微，视为相对隔水层（涌水量可以忽略不计）。矿坑疏干排水后大井由承压转为无压，满足潜水完整井“大井法”井流条件，井中心位于两平行边界中央。

依据水动力学公式:

式中：Q——矿坑涌水量，m3/d；

Κ——灰岩含水层的渗透系数，m/d；

H——矿坑初始水头值，m，分别取50.20m、65.20m；

S——矿坑开采水位降深，m；

L——两平行边界间距，m；

r0——矿坑引用半径，m，按r0=0.565计算；

F——矿坑开采中间面积，m2。

K值采用岩溶发育带与不发育带求得渗透系数面积加权平均计算。

计算结果：-50m以上矿坑地下水平均涌水量3960m3/d，最大涌水量5162m3/d。

计算方法二：比拟法。

根据水文地质条件和开采技术条件相似的相邻平石矿区矿坑露天开采的实际排水资料，预测新建矿坑的涌水量。

一般关系式为：

式中：Q2——预测新建矿坑的涌水量，m3/d；

Q1——生产矿坑的涌水量，m3/d；

r2——新建矿坑的引用半径，m；

r1——生产矿坑的引用半径，m；

S2——新建矿坑的水位降深，m；S1——生产矿坑的水位降深，m；

H2——新建矿坑的水头值，m；

H1——生产矿坑的水头值，m。

计算结果：-50m以上新建矿坑平均涌水量3215m3/d，最大涌水量4679m3/d。

（3）矿坑涌水量预测评价：对比分析上述2种方法对地下水涌水量的计算结果，比拟法预测平均涌水量偏小。原因是的实际排水观测次数不够多造成，造成实际涌水量均值可能偏低；而2种方法对最大涌水量计算结果较接近。矿床开采至-78m标高时，不同充水条件下的矿坑平均涌水量和最大涌水量见表2。

P619.22

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1004-5716(2015)03-0140-03

2015-01-13

2015-01-19

叶冠球（1962-），男（汉族），广东清远人，工程师，现从事水工环地质、岩土工程及地质矿产勘查工作。