广西某铝土矿矿坑涌水量预测

李小明

(桂林市勘察设计研究院，广西 桂林 541001)

广西某铝土矿矿山位于靖西县，采用露天开采方式，合格铝土矿生产规模为210×104t/a，属大型矿山。

1 矿坑充水影响因素分析

本矿区位于峰丛洼地、谷地和峰林谷地地貌，地形起伏变化大，矿区大部分位于碳酸盐岩分布区，地表被溶余堆积红土层覆盖，红土层由黏土、大小不等的铝土矿砾石及铝土质泥岩碎块、碎屑和铁锰质结核等组成，为堆积铝土矿的赋矿层位。地下水富水性中等—强。大气降雨入渗补给是本矿区矿坑充水的主要来源之一，大气降水后地表水沿基岩中的风化裂隙带、构造裂隙带入渗并赋存于裂隙带中，矿山露采揭穿这些含水层后，地下水沿坑壁渗入采坑形成矿坑涌水。此外，矿坑充水的影响因素还有断层破碎带、地表水、地下水等。

2 矿坑涌水量预测

2.1 地下涌水量预测公式

位于当地最高地下水位之上的矿体，矿坑充水水源只有大气降雨。位于地下水位变动带及地下水位之下的矿体，矿坑充水水源有大气降雨和地下水。大气降雨的充水方式主要有两种：一是直接洒入采坑，二是在采坑外汇集后以地表径流形式汇入采坑。地下水的充水方式有三种：一是直接从矿体下伏的碳酸盐岩裂隙溶洞含水岩组中以渗流的形式流入采坑，二是通过天窗、落水洞、溶洞大量涌入采坑，这种情形仅发生在雨季暴雨后，三是透过矿体黏土底板渗入采坑。

矿坑涌水量由大气降雨充水量和地下水涌水量两部分构成，其中地下水涌水量除受当地地下水水位变化影响之外，还与采矿水平标高有关。“探明的”储量的矿体露采场涌水量预测分别选择多个开采标高进行，采用分析计算法预测地下水涌水量，计算公式为：

Q1=10-3A[Φ1F1+Φ2(F2-F5)+F5](1)

式中：Q1为大气降雨充水量，m3/d；A为降雨量，mm/d；Φ1为基岩裸露区地表径流系数；Φ2为第四系覆盖区地表径流系数；F1为采坑地表汇水区内基岩裸露分区的水平面积，m2；F2为采坑地表汇水区内第四系覆盖分区的水平面积，m2；Q2为分析计算法计算的地下水充水量，m3/d；k1为碳酸盐岩裂隙溶洞含水岩组渗透系数，m/d；S为水位降深，m；H为碳酸盐岩含水层厚度，m；R0为引用影响半径，m；r0为引用井半径，m；F5为采坑内地下水浸没面积，m2；ε0为稳定流非完整井补充水流阻力系数。

2.2 各参数的确定

A值采用靖西县气象站1996～2002年的资料，预测大气降雨充水量最大值时采用各年日最大降雨量的平均值(113.8 mm/d)，预测大气降雨充水量正常值时采用多年雨季(5～8月)日平均降雨量(10.0 mm/d)。

Φ1值根据碳酸盐岩裸露区雨水绝大部分在当地沿裂隙、溶洞等垂直渗流补给地下水，极少在地表流向洼地低处的特点，结合经验数据考虑，在预测大气降雨充水量正常值时取零值，预测最大值时取值0.35。

Φ2的计算公式为：

Φ2=(P-V)/P(3)

根据公式计算结果取值。

式中：P为降雨强度，mm/h，预测正常值时取2002年各次大雨、暴雨主要降雨时段(>1 mm/h)的降雨强度的平均值，预测最大值时取2002年各次大雨、暴雨最大降雨强度的平均值；V为土层渗透流速，用土层渗透系数k2代替。

Φ2具体取值和计算结果见表1。

表1 Φ2计算结果表

F1为采坑地表汇水区内基岩裸露分区的水平面积，利用1/10000矿区水文地质图圈定范围并求取数值。

F2为采坑地表汇水区内第四系覆盖分区的水平面积，利用1/10000矿区水文地质图圈定范围并求取数值。

k1值以本矿区进行的提水试验以及在相邻的新圩、禄峒铝土矿区进行的抽水试验计算结果综合分析确定：①对有溢洪天窗直接充水的矿体，取凌丁地下河天窗和古标地下河天窗抽水试验的平均值；②对覆盖于地下河管道之上、无溢洪天窗直接充水或有大于50 L/s的季节泉充水的矿体，取非天窗点抽水试验结果的最大值；③对分布于一般地带的矿体，则取非天窗点抽水试验和提水试验的平均值(表2)；④对下伏无地下河管道、洼地内落水洞比较发育的矿体，取②和③的平均值(表3)。

表2 抽水、提水试验结果表(引用本矿区勘探报告成果)

表3 k1取值表(引用本矿区勘探报告成果)

k2为黏土层渗透系数，根据本矿区以及相邻新圩铝土矿区的试坑渗水试验结果平均值，取k2=0.27 m/d。

S值取计算地下水位标高与水下矿体分布区各浅井矿体底板标高平均值之差。计算地下水位在计算充水量最大值时取矿体当地的最高水位，在计算充水量正常值时取当地雨季一般水位，根据现有资料综合分析确定。

H为潜水含水层厚度。

r0值按下式计算取值：

(4)

式中：F为水下矿体底板等效面积；F3为水下矿体碳酸盐岩直接底板面积，利用1/5000矿体底板等高线图和底板岩性分布图圈定范围并求取数值；F4为水下矿体黏土底板面积，求取方法与F3相同；H1为水下矿体黏土底板平均厚度，取水下矿体分布范围内各浅井工程黏土底板厚度的平均值。

R0值按下式计算取值：

(6)

2.3 矿体涌水量预测结果

根据上述公式和参数确定方法预测“探明的”的矿体的涌水量，所得结果见表4。

表4 “探明的”矿体露天采场涌水量预测结果表

3 结语

矿区内堆积铝土矿露天采矿场涌水量与大气降雨有十分密切的关系。首先，大气降雨是矿坑的主要充水水源，采坑集雨量随降雨量增大而增加，其变化度可达数十倍。其次，地下水的动态变化与大气降雨有密切的关系，雨季变化幅度大而且变化迅速，因此地下水涌水量也与大气降雨有关，而且也具有雨季变化幅度大、变化迅速的特点。总之，矿坑涌水量在暴雨后剧增，很快达到峰值，之后便急速减小，多数矿体在数天之内即可减小到正常涌水量之下。