2条平行隔水边界干扰井矿坑涌水量预算方法——以道真县洛龙铝土矿为例

侯江勇，罗阳乔，黄海韵

（贵州省地质矿产勘查开发局117地质大队，贵州贵阳550018）

2条平行隔水边界干扰井矿坑涌水量预算方法
——以道真县洛龙铝土矿为例

侯江勇*，罗阳乔，黄海韵

（贵州省地质矿产勘查开发局117地质大队，贵州贵阳550018）

通过对道真县洛龙铝土矿区水文地质条件进行概述、分析，划分了含、隔水岩组，明确了矿床主要充水含水层为二叠系中统栖霞、茅口组（P2q+m）。根据矿区水文地质条件，建立了矿区水文地质概念模型，通过概念模型，建立了2条平行隔水边界稳定流干扰井计算数学模型，最后将各参数带入数学模型预算出矿坑涌水量。

涌水量预算方法；2条平行隔水边界；干扰井

矿区涌水量预算精确度的高低，直接影响到未来矿山的安全度及经济效益，一直以来，从事矿区水文地质工作的工作者对矿区涌水量预算较为头疼，预算出的矿坑涌水量与矿山开采后实际涌水量偏差相当大，造成这种偏差实际上是预算时选则的预算方法不妥。采用大井法预算矿坑涌水量时，有部分矿区，在工具书、教课书上往往没有适合该矿区条件现成的公式，只能自己推导。本人在预算道真县洛龙铝土矿矿坑涌水量时，在工具书、教课书、网上都无法找到适合该矿区边界条件的预算公式，即2条平行隔水边界的“稳定流潜水完整干扰井”涌水量预算公式。本人采用2条平行隔水边界单井涌水量预算公式，通过映射原理、叠加原理等推导出了2条平行隔水边界的“稳定流潜水完整干扰井”涌水量预算公式，解决了矿坑涌水量预算问题。

1　水文地质概况

从区域上看，矿区位于芙蓉江流域大塘向斜水文地质单元中段。矿区总体地势北高南低，东西高、中间低，主干河流洛龙河从矿区中部穿过，洛龙河为当地侵蚀基准面和集中排泄场所。出露的含水岩组有：三叠系下统夜郎组（T1y）、二叠系上统吴家坪组（P3w）、二叠系上统梁山—茅口组（P2l+q+m），出露的相对隔水岩组有：志留系下统韩家店群（S1Hj）、志留系下统石榴栏、龙马溪组（S1l+sh）。区内构造中等发育，发育一大塘向斜汇水构造，F1断裂构造，构造线总体走向近南北向。见图1。

矿区含矿层为二叠系下统大竹园组（P1d），矿层直接顶板为梁山—茅口组（P2l+q+m），间接顶板为吴家坪组（P3w）、夜郎组（T1y），顶板为碳酸盐岩，遍布于整个矿区。直接顶板梁山—茅口组岩性主要为灰岩、泥灰岩，底部为0.18～2.71m厚的炭质粘土岩，该层总厚395.05～484.60m，岩溶管道较发育，含裂隙溶洞水及暗河水，富水性强，泉点流量为0.26～385.90L/s，在水文孔中对栖霞、茅口做混合抽水试验，其单位涌水量平均值1.74L/（s·m），平均渗透系数（K）为0.396m/d，为矿坑直接充水含水层；间接顶板吴家坪组（P3w）、夜郎组（T1y）底部为2～5m厚的碎屑岩相对稳定，起到一定的隔水作用，且离含矿层较远，对未来矿井充水可能性较小。直接底板主要为韩家店群（S1Hj），岩性为碎屑岩，厚度大于500m，含水性弱，透水性较差，为较稳定的相对隔水层。

2　矿坑涌水量预算

2.1矿坑充水因素

未来矿坑的主要充水水源地表水主要为洛龙河河水，地下水主要为栖霞、茅口岩溶水；充水通道主要为溶洞、暗河、溶蚀裂隙等岩溶管道，顶板采动裂隙以及断层；充水方式主要为顶板直接充水。

2.2矿坑涌水量预算

根据矿区水文地质条件，采用大井法预算未来矿井的正常涌水量和最大涌水量。经勘查，所圈定的矿体为南北2个不相连的矿体，即Ⅰ号和Ⅱ号矿体，本次预算的矿坑涌水量，Ⅰ号矿体预算到资源量最低标高+280m水平，Ⅱ号矿体预算到资源量最低标高+430m水平。

图1　水文地质略图

2.2.1矿区水文地质概念模型

（1）水文地质边界条件：

底板边界：以韩家店群（S1Hj）隔水底板为界，矿层上覆直接岩溶充水层栖霞、茅口组（P2q+m）。

侧向边界：东西两侧以韩家店群（S1Hj）与栖霞组（P2q）地层界限为侧向隔水边界。南北为无限边界。

（2）含水介质特征：主要充水含水层为栖霞、茅口组（P2q+m）岩溶含水岩组，其含水介质为构造裂隙、层间裂隙、溶蚀裂隙组合岩型，含水性不均匀，其含水性可近视为各项同性。

（3）地下水动力类型：天然条件下地下水动力特征为潜水。

（4）地下水径流场：矿区地下水的运动为有限含水层中潜水自然运动。但在开采条件下，其流速、运动方向、水位都会改变，但其运动仍为潜水运动。

（5）概念模型的确定：由于大井位于东西2条平行隔水边界内，未来开采条件下，2口大井将形成相互干扰，地下水的运动形成2平行隔水边界附近地下水向积水构筑物（矿井）的无压运动。通过测量和计算（见图2），矿坑离东西2条隔水边界线的距离小于影响半径的一半，根据边界条件的概化，选择平行带状2条隔水边界的“稳定流潜水完整干扰井”公式预算矿坑涌水量，见图2。

图2　概念模型图

2.2.22条平行隔水边界稳定流干扰井计算数学模型

由于矿段内充水含水层厚度大，而排水水位降深与含水层厚相差不大，因此，为简便计算，可将含水系统近似地视为潜水水系统来处理。

对于潜水含水层降深（S）不是线性函数，不能进行简单的叠加，故有：

Δh2=H02-h2，令u=H02-h2，使u成为线性函数后再进行叠加。采用2条平行隔水边界单井涌水量预算公式进行叠加

同理：

式中:R1、R2——Ⅰ、Ⅱ号矿体未来开采井影响半径；

L——2条平行隔水边界之间的垂直距离；

b——大井距西边隔水边界的距离；

r1、r7——Ⅰ、Ⅱ号矿体未来开采大井的半径；

x——两大井之间的距离；

Q1、Q2——Ⅰ、Ⅱ号矿体未来开采大井涌水量。

2.2.3计算参数取值

（1）渗透系数（K）：取钻孔SZK52442抽水试验成果平均数0.396m/d。

（2）潜水含水层厚度（H）：由23个钻孔水位平均标高（872.81m）与矿段内含水层最低标高之差确定，矿段内含水层最低标高为280m，由此可得含水层厚度H为592.81m。

图3　矿坑涌水量预算平面图

（3）排水降深（S）：由23个钻孔水位平均标高（872.81m）与矿体最低开采标高确定，Ⅰ、Ⅱ号矿体最低开采标高分别为+280m，+430m，由此得Ⅰ号矿体排水降深为592.81m、Ⅱ号矿体排水降深为442.81m。

（4）大井半径（r）：将Ⅰ号矿体概化成不规则的圆形，由公式确定，公式中的F为未来开采区的面积；Ⅱ号矿体概化成椭圆形，由公式r7=d1+d2/4确定。d1、d2为椭圆形长轴、短轴的长，在矿坑涌水量图（图3）上量取。

Ⅱ号矿体：r7=d1+d2/4=1012m

（5）影响半径（R）：

（6）引用影响半径（R0）：

Ⅰ号矿体：R0=R+r0=15041m

Ⅱ号矿体：R0=R+r0=7797m

（7）大井中心点距西边隔水直线边界的垂直距离（b）：在矿坑涌水量图（图3）上量取，经测量得b= 3622m。

（8）2条隔水直线边界的垂直距离（L）：在矿坑涌水量图（图3）上量取得L=9298m。

（9）2大井之间的距离（x）：在矿坑涌水量图（图3）上量取得x=3750m。

2.2.4矿井涌水量预算结果

根据建立的数值模型和水文地质参数，以Ⅰ号矿体最低开采标高+280m水平之上，Ⅱ号矿体最低开采标高+430m水平之上预算矿坑涌水量，将其各参数代入公式（1）、（2）联立求解关于Q1、Q2的二元一次方程组，其计算结果见表1。

表1　矿井涌水量预算结果统计表

3　结论

以道真县洛龙铝土矿为例，根据水文地质特征、边界条件等建立水文地质概念模型，运用叠加原理建立了数学模型，最综推导出了2条平行隔水边界的“稳定流潜水完整干扰井”预算矿坑涌水量的公式，解决了矿坑涌水量预算问题。

［1］侯江勇，向通，等.贵州省道真县洛龙铝土矿详查报告［R］.贵州省地质矿产勘查开发局117地质大队，2014.

［2］薛群禹，朱学愚，等.地下水动力学［M］.2版.北京：地质出版社，1997.

［3］中国地质调查局.水文地质手册［M］.北京：地质出版社，2012.

TV131

A

1004-5716（2016）06-0123-05

2016-02-26

2016-02-26

侯江勇（1982-），男（土家族），贵州江口人，工程师，现从事矿区水工环地质灾害调查及勘查等工作。