礦坑涌水量預測分析范文

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《南方國土資源雜志》2015年第五期

1礦區概況

1.1礦區水文地質條件礦區含水層主要有第四系（Q）松散層孔隙含水層和海西—印支期堇青石黑云母花崗巖（γ4-51）風化網狀裂隙含水層。第四系松散層在礦區內分布較少，僅零星分布于山間溝谷、溪溝等低洼地帶，由花崗巖母巖風化剝蝕而成的殘坡積物組成，其成分主要為含礫中粗砂、細砂、粉質粘土和花崗巖滾石，厚度一般為0.1～1.0m，一般為包氣帶透水層。海西—印支期堇青石黑云母花崗巖（γ4-51）在礦區內風化殼厚度較大，其中全風化花崗巖厚度為0.50～30.10m，主要為含礫砂質粘土，弱富水性，多以上層滯水為主，淺部強—中風化花崗巖，節理裂隙較發育，構成風化裂隙帶,厚度20～40m,該層富含網狀裂隙水，水量受季節降雨影響。

1.2礦體及其圍巖富水性特征礦體頂底板均為蝕變花崗巖，膠結程度好，一般起隔水作用，新鮮基巖完整不含水。礦體因受后期構造運動的影響，礦石破碎，裂隙發育，局部有晶洞、空洞，透水性較好。蝕變帶本身為弱富水的裂隙承壓含水帶。礦體淺部圍巖中的風化花崗巖裂隙發育，巖石較破碎，透水性強，為弱富水的裂隙潛水含水帶。

1.3含水層滲透系數K值確定（1）花崗巖全風化帶滲透系數：調查期間，選擇礦區內現有的民井作為監測點，進行現場抽水試驗。最終根據試驗數據，計算確定花崗巖全風化帶滲透系數平均值為：K=0.7016m/d。（2）強—中風化花崗巖層綜合滲透系數：由于原有鉆孔已被封閉，未能進行鉆孔抽水試驗，故根據以往的垌表礦區+271m中段的抽排水記錄來計算，其豐水期最大總涌水量為Q=136.57m3/d，采用水平集水建筑物涌水量計算公式反算該層滲透系數K[具體見2.2章節的公式（1）]，結果為K=0.01497m/d。

2礦山涌水量預測及其影響評價

2.1礦坑充水因素該礦山主采礦層位于當地侵蝕基準面+121m以下，礦坑充水含水層分為兩部分：①淺部花崗巖風化帶網狀裂隙含水層，厚度一般為20～40m；②礦體本身的裂隙含水層，厚度即為礦體厚度，一般為0.42～1.71m。該礦充水方式主要為頂板、側向分散滴入或滲入。當斜井向下穿過上層的風化花崗巖時，風化帶中所賦存的風化網狀裂隙水通過巷道四周的裂隙直接向巷道內充水，并沿透水巷道向下層巷道匯集；因礦體本身賦存裂隙水，當沿礦體開鑿采礦巷道時，礦體本身的裂隙水會通過開鑿面直接向礦坑充水（圖1）。地下水與地表水雖然存在補排關系，但由于地表水溝底的巖石透水性弱，可以認為地表水對礦床開采影響不大。

2.2礦坑涌水量預測

2.2.1廊道法預測礦坑涌水量時，將上部風化花崗巖視為一個整體系統進行分析計算，計算礦坑涌水量所使用的花崗巖滲透系數K值為該層綜合滲透系數。開采過程中礦體本身裂隙水將由頂板或側向向采礦巷道進行充水，其充水量大小與采礦巷道的長度有直接關系，筆者采用水平集水建筑物涌水量計算公式進行礦坑預測，預測對象為-130m中段、-175m中段、-205m中段和-250m中段。開拓系統平面布置圖（圖2），按各中段長度取B-130=975m，B-175=1020m，B-205=760m，B-250=300m；L為開采至礦體最低標高時影響寬度，由于①、②、③號礦體風化破碎帶寬度為5～40m，考慮影響寬度超出破碎帶寬度，取影響寬度L=80m；H為未開采前地下水位標高至隔水層頂板之間的厚度，根據礦區以往鉆孔柱狀圖資料，開采前水位標高約在170～190m左右，微風化花崗巖標高為144～170m，可將其視為隔水層頂板，兩者差即為兩者間的厚度，平均約為25m，而根據現階段中段調查，目前130m中段局部有少量水滲出，80m中段未發現有滲水，考慮到微風化花崗巖局部發育有少量裂隙，為使計算更貼近實際，將厚度取值增加20m，即H=25+20=45m；h0為開采至礦體標高時地下水動水位標高至隔水層頂板之間的厚度，設計開采的最低中段為-250m中段，標高已低于隔水層底板，可取h0=0m。

2.2.2比擬法根據水文地質條件分析，可選擇礦山以往觀測資料做為已知數值，進行比擬計算。本次計算以原礦山延伸到-95m中段采礦巷道與未來開拓的-130m中段、-175m中段、-205m中段、-250m中段巷道的涌水量進行比擬。根據廣西國土資源廳的《廣西壯族自治區礦山地質環境恢復治理水文地質詳查規程》（試行），采掘長度（L0）比擬式為。由于礦山開采歷史較久，現有開拓系統還有以往舊的開采巷道和局部試采巷道未能統計，因此使用廊道法所計算得出的結果偏小，不能代表整個開拓系統的涌水量；比擬法參照的各分礦區現有中段涌水量是根據礦山以往開采記錄和野外調查取值，所取的已知巷道長度L0偏小，導致計算結果偏大。綜合考慮，比擬法計算結果比較接近礦山將來開采情況，取Q總=1761.95m3/d。

2.3垮落帶和導水裂隙帶高度的確定按《建設項目地質災害危險性評估規程》（廣西壯族自治區地方標準DB45/T382—2006）選取公式計算垮落帶高度及導水裂隙帶高度。礦區的生產窿道及勘探坑道標高均遠遠低于礦區內的地表水體，且礦區內全為巖性單一的花崗巖，滲透系數小，根據對各坑道涌水量的觀測，涌水量大小除與開采深度、長度、季節及降水有關外，與河水水位（雨季、枯水期）變化并無關系。因此，可以認為雖然地表水與地下水存在補給關系，但是地表水底部及兩側透水性弱，滲漏水量微弱，對礦床開采的影響小。故預測將來采礦活動可能引發地表溪溝向礦坑突水的可能性小。

2.4礦坑排水影響范圍和程度預測由于深部花崗巖富水性差，可視為隔水層。地下水主要為花崗巖風化帶網狀裂隙水及礦體本身的裂隙水。根據以下公式計算潛水影響半徑。礦山開采最低標高低于最低侵蝕基準面，采用斜井—平窿方式開采，采礦巷道均為低于+156m的平窿，不能自然排泄，因此，在礦坑集水后需要抽排。礦床屬于裂隙水充水礦床，地下水以礦體本身的裂隙水為主，沿原有的層間裂隙向低處徑流，以滲出形式匯集于采礦巷道中排泄。總體上，開采對原有地下水徑流方式影響較小，并未改變其原有的徑流和排泄方向。因此，地下開采對地下水影響范圍較小，預測將來開采至設計最低中段時排水影響半徑為73.87m。

2.5礦山排水對地下水位下降影響的評價根據影響半徑計算結果，礦山排水引起區域地下水位下降對周邊影響小，礦坑疏排水對含水層結構影響小，對礦山地質環境影響程度較輕。但礦山上下游均2.2.4確定權重直接參考DRASTIC模式中給定的權重，即地下水埋深、降雨入滲補給量、含水層介質、土壤介質、地形坡度、非飽和帶介質和含水層滲透系數的權重值分別為5、4、3、2、1、5、3。

2.2.5地下水防污性能評價程度劃分標準直接參考DRASTIC模式，將地下水防污性能評價程度劃分為5個等級，具體見表2。參照表1和表2劃分標準，各項因子取值及計算結果見表3。據表3的計算結果，廠區所在區域DRASTIC指數為123分，根據表2劃分標準，廠區包氣帶防污性能為“中等”水平，防污性能級別為“Ⅲ級”，說明廠區水文地質條件有利于防止地下水受到污染。

3廠區地下水污染防治的建議

（1）在廠區范圍及鄰近區域避免大規模高強度地抽取地下水。（2）對各個污（廢）水貯存池均用水泥硬化，四周壁用磚砌，之后再用水泥硬化防滲，全池涂環氧樹脂防腐防滲，防止選礦廢水滲入地下水而造成地下水污染，同時選礦廢水應禁止外排。定期檢修維護污水管網，杜絕跑冒滴漏，實時監控生產新水、污水、循環用水間的平衡，堅決杜絕超標排放。（3）建議在廠區的四周分別設置地下水長期觀測井，以觀測地下水位水質的變化與污染情況。設置完善的廠區及其附近地下水和地表水監測網點，定期觀測地下水水位和采集水樣作水質分析。（4）建立地下水污染監控制度和環境管理體系、監測計劃，制定地下水污染風險或突發事故的應急響應預報預案，及時采取封閉、截流、疏散、應急性供水、地表水突發性污染處理等措施。

作者：段鋮 單位：廣西地礦建設集團有限公司