夏河县某金矿矿井涌水量预测研究

范 斌，张霖鑫

（甘肃省地质矿产勘查开发局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730020）

1 矿床充水因素

矿区水文地质条件较为复杂，根据含水层岩性、分布及埋藏条件等特征，可将区内地下水划分为松散层孔隙潜水、基岩裂隙潜水～承压水、碳酸盐岩岩溶裂隙水及断裂带脉状水等4类。总体来说，主要矿带形成于区域压扭性断裂带F1及其次级断裂的两侧，该断裂产状陡倾，浅部岩体相对破碎，因此，断裂带浅部是相对富水带[1]。深部由于断裂带的阻水作用，在断裂上盘影响带形成相对富水区。围岩含水层主要受大气降水补给，当地降水丰富，含水层的补给条件较好，采矿围绕断裂带及影响带展开。通过调查矿区水文地质条件，判定矿床充水主要来自矿体围岩基岩裂隙水及断裂破碎带脉状水，地下水通过裂隙、断裂及次级断裂、构造破碎带等导水通道进入采坑，形成矿坑涌水，矿井充水的可能性大。

2 矿坑排水量调查

本矿已进行了5年多的露天开采，据收集资料，2011年时该矿形成长340m，宽170m～200m，平均深15m的露采坑，揭露北北西向断裂F1及破碎带，高程3232m处地下水呈股状流出，为矿坑主要涌水点，淹没采区面积160m×100m，采矿期间需一台30m3/h（720m3/d）的泵连续抽水方能达到动态平衡，排水时水位降低70cm～80cm，大部分淹没区露出地面[2]。2012年8月份丰水期调查矿区日排水量810m3/d。据2014年9月25日调查，矿坑涌水量已衰减为21m3/d。

3 矿坑涌水量预测

矿山的开采方式为初期采用露天开采，深部矿石采用地下开采。开采标高为3310m～2350m（最低2320m），其中露天开采底部境界为3050m。设计地下开采方法为充填法，根据矿体的开采技术条件和选用的采矿方法，中段为露天开采的挂帮矿，产生的矿井涌水计入露天开采部分矿坑涌水。

3.1 露天开采矿坑涌水量预测

露天采场涌水量是由大气降水产生径流量、露采底界（3050m）以上的地下水涌水量两部分组成。本次设计对露天采场大气降雨迳流量分别按雨季日平均正常降雨迳流量及二十年一遇24h暴雨迳流量进行了计算；地下涌水量采用地下水动力学“大井法”进行计算[3]。

露天采场范围外汇水可通过境界外截水沟排出，仅对露天采场范围内涌水量进行估算。根据露天境界，对露天坑底3050m标高涌水量进行计算。

（1）地下水涌水量计算公式及参数选择

本次采用了“大井法”对该矿井涌水量进行预测。“大井法”采用下列公式进行计算：

式中：

k—渗透系数（m/d），选用本次SJ1号水文地质钻孔的抽水试验资料成果，求得渗透系数平均值为0.1534m/d；

r0—大井引用半径（m），按式r0=计算，F为坑道系统分布范围所圈定的面积（m2），平均面积109400m2，最大开采境界面积268182m2；

R0—引用影响半径（m）；

H—含水层平均厚度（m），现状露采底界3210m至设计露采底界3050m距离，为160m；

Sw—水位降深（m），为现状露天采场周边平均水位至3050m设计露采底部境界的距离，为148.5m。

（2）大气降水形成的地下水流量计算公式及参数选择

露天开采时，采场平面范围内的降雨量将直接进入矿坑，其总量按以下公式进行计算：

式中：Q、Qm—降水进入矿坑正常涌水量、最大涌水量(m3/d)。

F—矿坑面积(m2)，为1250000m2。

λ、λm—有效降水系数，正常有效降雨系数取0.65、二十年一遇强降水（频率为5%）期时取0.85。

X、Xm—雨季平均日降水量(m)、二十年一遇降水最大24h面雨量(m)，分别为3.2mm、29.9mm。

根据以上计算公式计算出的露天采场涌水量结果见表1。

表1 露天开采境界内涌水量估算表

经初步预测估算，矿区露天开采工况下矿坑正常用水量为11284m3/d，最大涌水量为42985m3/d。

3.2 地下开采矿井涌水量预测

地下开采段标高为3050m～2350m，总深度700m，设计以充填法进行开采，开采各中段高度为50m，共计14个中段，其中在2750m和2350m分别设计了井下水仓，用以储存和抽排矿井涌水。

3.2.1 最大涌水量

本次地下开采工况仍然采用“大井法”对矿井涌水量进行预测。

其中，影响半径在矿坑涌水量计算中常用库萨金和吉哈尔特经验公式作近似计算。

参数确定与计算：

（1）渗透系数（K）：本次渗透系数的选取主要参考新实施的SJ1号水文地质钻孔的抽水试验资料成果，该钻孔揭露了矿体周边围岩，深度为502m，距离F1断裂200m，位于其北侧，根据抽水试验成果，选择了边界阻水、非完整井、以下部进水为主的渗透系数计算公式：

式中：H-潜水含水层厚度（m）；h-井中水位高度（m）；Sw-井内水位降深(m)；b-井至隔水边界的距离(m)；R0-影响半径(m)；rw-井的半径(m)；T-过滤器进水部分长度1/2处到底板的距离（m）；ξ-不完整井阻力系数；l-过滤器进水部分长度（m）。

通过上述公式，将SJ1孔两次降深的抽水试验资料代入，计算得出的渗透系数平均值为0.1534m/d。含水层的导水系数T（KM）为92.1m2/d。

（2）含水层厚度（H）：现状地下水位标高为3200m左右，3050m以下地下开采后水位标高以开采境界定面计，即3050m，开采底界标高为2350m，故最大含水层厚度为700m。

（3）引用半径（r0）：开采区段范围为不规则状，近似长方形。根据储量核实报告，矿区金矿体规模不等，产状变化较大。按式r0=计算引用半径，F为坑道系统分布范围所圈定的面积，经量取，平均矿体长度为370m，平均矿体真宽度为65m。计算得F=24050m2，r0=87.5m。

（4）水位降深（s）：最大地下水位降深按照矿区最大平均静水位至开采底部中段标高计算，即为700m。

计算矿带开采至最低中段2350m时矿井最大涌水量为68013.77m3/d，预测矿井涌水量计算结果见表2。

表2 矿井涌水量及影响半径预测表

3.2.2 各中段矿井涌水量预测

根据地下水环境影响评价导则要求，本次采矿矿井涌水量采用比拟法进行预测。矿井开采深度达到2350中段时，矿井涌水量为68013.77m3/d。据此采用下列公式进行未来不同开采中段的矿井涌水量预测：

式中：Q—各中段预测涌水量（m3/d）；Q1—已知开采矿坑涌水量（m3/d）；F—各中段预测坑道控制面积（m2）；F1—已知开采坑道控制面积（m2）；s—各中段预测水位降低值（m）；s1—已知开采坑道水位降低值（m）。

由于矿体分布于断裂破碎带中，矿体呈脉状，倾角40°～60°，矿体产状较陡，各中段控制面积变化很小，因此各中段涌水量只随开采水位降低值变化而变化。各中段涌水量预测结果见表3。

表3 各中段涌水量预测结果一览表

预测结果表明，随着开采中段的推进，水位下降值逐渐增加，矿井涌水量也不断增加，矿井涌水量将从3000m中段的18177.44m3/d增加到2350m中段的68013.77m3/d。