四川省某铜矿区涌水量计算方法探讨
2019-02-28
（四川省冶金地质勘查局水文工程大队，四川郫县 611730）
1 概况
矿区位处雅砻江西岸，矿区海拔4000m～4500m，雅砻江水面为矿区最低侵蚀基准面，矿区高出其2400m以上。区内地形复杂，地势险恶，悬崖峭壁发育，为深切割中高山地貌区。区内次级冲沟一般呈北西南东方向汇入雅砻江，矿区位于水文地质单元补给-径流区。中咀沟为矿区内的主干冲沟，由西向东流经矿区中部，是矿区地表水、地下水的排泄通道。中咀沟沟床标高均高于估算资源量矿体标高，矿体均位于地下水水位以下，但位于矿区最低侵蚀基准面以上。
2 含水层及隔水层
矿区含水层主要有两个，为第四系残坡积冲洪积孔隙含水岩组及里伍岩群风化裂隙含水岩组，隔水层为里伍岩群原生岩段隔水岩组（带）。根据矿区浅部业已形成了较为完整的探采结合系统，现采用水文地质单位涌水量比拟法、地下水动力学“大井法”对矿区未来的采场系统进行矿坑涌水量预测。
3 水文地质单位涌水量比拟法
浅、深部矿体位处同一矿体的不同标高的倾斜部分，其水文地质条件极为相似，故采用水文地质单位涌水量比拟法预测深部(332)资源量采场系统矿坑涌水量。若地下水出现紊流运动时，以哲才-克拉斯诺泼里斯基公式估算。
计算参数的确定：
S浅部：当矿区处于疏干状态时，水位降低值取里伍岩群风化岩段风化裂隙含水岩组水头值（m）。
F浅部：ZPD1-6坑道业以形成的坑道与采场系统面积：（m2）。
Q浅部：ZPD1-6坑道坑口地下水流出量：（m3/d）。
F深部：详查范围控制矿体的（332）估算资源量面积：（m2）。
S深部:水位降低值取深部矿体里伍岩群风化岩段风化裂隙含水岩组水头值（m）。
Q深部：本次估算采场系统涌水量：（m3/d）。
本次控制的资源量采场系统涌水量估算结果见表1。
表1 比拟法估算涌水量结果表
4 地下水动力学“大井法”
4.1 边界条件的确定
中咀沟溪流位于里伍岩群风化岩段风化裂隙含水岩组之上，为常年有水溪流，溪水流量偏小，流量动态变化极大。对浅部矿体而言，中咀沟溪水与风化岩段风化裂隙含水岩组相连通，中咀沟地表溪流对浅部矿体开采有一定的充水影响。对深部矿体而言，即位于风化裂隙含水岩组底界线以下原生岩段隔水岩组中的矿体，由于中咀沟沟床与拟开采的深部矿体间有较厚的原生隔水岩段相隔，自然条件下，溪沟水一般不会进入深部矿体采场系统，对深部矿体开采充水影响较小。F1正断裂远离开采矿体，对矿体开采无充水影响，F2正断裂、Z-1矿体、中咀沟沟床有104.90 m长度的重叠，F2正断裂可能构成溪沟地表水进入浅部矿体采场系统的通道。含水岩组总体向北西方向倾斜延伸，可视为无限边界。据此，本次勘查的深部矿体采场系统涌水量，采用无限边界模式进行估算。
4.2 公式的选择
矿体赋存于里伍岩群中，控制的(332)资源量多在2791.69m以上，矿区侵蚀基准面标高2606m，大部矿体位于地下水水位以下，矿区侵蚀基准面以上。属于以里伍岩群风化岩段风化裂隙含水岩组充水为主的顶板间接进水的充水矿床。矿坑涌水量估算选择潜水完整井公式。
式中：Kcp：深部矿体里伍岩群风化岩段风化裂隙含水岩组渗透系数（注水试验求得）m/d，由ZK1002、ZK1004渗透系数、风化岩段风化裂隙含水岩组厚度加权求得见表2。
表2 渗透系数计算结果表
Q深：深部矿体里伍岩群风化岩段风化裂隙含水岩组预测矿坑涌水量（m3/d）。
M：深部详查矿体里伍岩群风化岩段风化裂隙含水岩组含水层平均厚度（各钻孔厚度算数平均值）（m）。
Rw：大井引用影响半径（m）。
rw：大井引用半径（m）。
H：自里伍岩群风化岩段风化裂隙含水岩组底界起算的算术平均水柱高度。含矿岩组底板最低标高为2791.69m，矿区控制资源量（332）、平均标高2875.35m，预测涌水量标高2800m。钻孔简易水文地质观测的水柱高度见表3。
结合矿区水位埋深、含水岩组、与选定的矿坑充水模式，综合确定采用水柱值为含水层底界埋深之平均值82.98 m见表4。
S：水位降深82.98m
F：矿区控制资源量面积（332）108567.84m2
表3 钻孔水柱高度表 /m
表4 钻孔含水层厚度表 /m
4.3 计算参数的确定
4.3.1 渗透系数（K）
由于钻孔将里伍岩群风化岩段风化裂隙含水岩组岩风化裂隙发育密集带揭穿，且水位埋深大。矿区位处高海拔地区，地形切割剧烈，道路崎岖，通行十分困难，全靠人力搬运，抽水设备运输困难，故采用在风化裂隙含水岩组之下原生岩段顶界处，送入木塞架桥与水泥浆封闭以下的原生岩段，从而实现对风化岩段风化裂隙含水岩组（段）的注水试验，为了采集参数具有较强的代表性，在详查范围内选择ZK1002、ZK1004孔作注水试验，选择下列潜水完整井公式：
式中：Q：ZK1002、ZK1004钻孔里伍岩群风化裂隙含水岩组注水流量
L：ZK1002、ZK1004钻孔注水试段长度（m）。
S：ZK1002、ZK1004钻孔水头抬升高度（m）。
r：ZK1002、ZK1004钻孔试段半径（m）。
4.3.2 影响半径（R）
注水试验成果见表5：
4.4 预测结果
矿区采场系统涌水量估算结果见表6。
5 结论
通过采用不同的计算方法，对未来矿山的首采面进行了涌水量的预测，不同的计算方法得出的结果有一定的差异，其中水文地质比拟法获得的矿坑涌水量为412.44m3/d，而大井法预测的矿坑涌水量为669.89m3/d，两方法预测结果相差1.624倍，分析大井法预测结果偏大的原因，主要是钻井泥浆及岩粉对井壁裂隙堵塞导致钻孔水柱高度增大所致。建议矿山在采掘系统布设与施工时应采取适当的放水措施，避免发生人员与机械设备淹没事故。若新开拓的主干运输巷道、采掘系统标高低于该段溪水的最高洪水位，则暴雨季节溪沟水就会注入主干运输巷道及采场系统，采坑的涌水量还将会变大，其注入流量即为溪水适时流量。但矿区地形陡峭，不利于大气降水及地表水下渗补给地下水，多沿地表形成径流排泄，因此，水文地质条件总体较简单，但在雨季需注意中咀沟水倒灌进入采坑，避免引起充水事故。
表5 钻孔注水试验成果表
表6 涌水量估算结果表
