黑格其爾鉛鋅礦床充水因素分析及涌水量計(jì)算

孫立軍

[摘要]巴根黑格其爾鉛鋅礦于2005年7月開始籌建，現(xiàn)邊采邊探中。通過區(qū)域地質(zhì)資料和周邊水文地質(zhì)資料的整理研究，對(duì)巴根黑格其爾礦區(qū)礦床充水因素及礦坑涌水量進(jìn)行了分析和計(jì)算，為確保黑格其爾鉛鋅礦安全高效及擴(kuò)大礦山生產(chǎn)規(guī)模提供了水文地質(zhì)依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]鉛鋅礦 充水因素 礦坑涌水量

[中圖分類號(hào)] P641.47 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2014）-7-99-3

0引言

黑格其爾鉛鋅礦床位于大興安嶺山脈中部主脊地帶，總體地勢(shì)西南高，北東低，海拔相對(duì)高差在290m左右。該區(qū)為三條水系的發(fā)源地，北東部水系經(jīng)零點(diǎn)、三岔河、五岔河匯入洮兒河，南側(cè)水系由海勒斯臺(tái)郭勒匯入歸流河，西側(cè)水系由寶格達(dá)山南牧場(chǎng)流入烏拉蓋水庫。該礦開采近十年，前期資源即將枯竭，為擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，持續(xù)開采礦體的延長(zhǎng)、延深部位，如何確定礦床充水因素及涌水量保證礦山安全高效開采成為當(dāng)務(wù)之急。

1礦區(qū)水文地質(zhì)條件

科爾沁右翼前旗巴根黑格其爾礦區(qū)大興安嶺山脈中部主脊地帶，是三條水系的發(fā)源地，地貌單元為中低山丘陵區(qū)。呈北西-南東向延伸。地形標(biāo)高990—1280m，相對(duì)高差290m，屬低中山地形。當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面標(biāo)高990m，位于礦區(qū)東部的溝谷中。礦區(qū)地處中低山丘陵地區(qū)，礦體呈NE—SW向帶狀展布。區(qū)內(nèi)部分地區(qū)基巖裸露，易接受大氣降水的滲入補(bǔ)給，大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來源。該區(qū)是地下水的補(bǔ)給區(qū)，但由于礦區(qū)內(nèi)山區(qū)植被發(fā)育較差，地形坡降較大，一次降水的持續(xù)時(shí)間短，大部降水以地表徑流形式迅速流泄，少部分直接滲入地下補(bǔ)給基巖裂隙水。

2礦床充水因素

（1）礦區(qū)首采地段礦體，大部分位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，巖石直接裸露地表，風(fēng)化裂隙較為發(fā)育，透水性好，大氣降水入滲為礦床充水的自然因素。

（2）第四系孔隙潛水，主要分布在地勢(shì)低洼的山坡地帶及季節(jié)性溝谷中，由沖積砂礫層、砂層組成，含水層厚度一般小于5.0 m，且地形坡降較大，富水性較差，當(dāng)開采潛水含水層附近及以下礦體時(shí)，潛水將沿基巖裂隙和其它導(dǎo)水通道滲入礦坑，造成礦床充水，是礦床充水的間接因素。

（3）基巖裂隙潛水，含水層遍布整個(gè)礦區(qū)，主要在近地表發(fā)育不同程度的風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙，賦存基巖裂隙潛水，但因所處地勢(shì)普遍較高，降水時(shí)可接受降水的入滲補(bǔ)給，過后很快便順坡徑流向溝谷排泄，因此，基巖裂隙潛水富水性較弱。當(dāng)?shù)V體與裂隙含水層直接接觸，裂隙水沿風(fēng)化裂隙和構(gòu)造斷裂帶直接進(jìn)入礦坑，造成礦床充水，是礦床充水的直接因素。

（4）構(gòu)造裂隙水，礦區(qū)內(nèi)的主要存水的斷裂為F2斷裂，也是礦體賦存的構(gòu)造斷裂帶，賦存構(gòu)造裂隙水，當(dāng)開采礦體位于斷裂構(gòu)造帶或附近時(shí)，構(gòu)造裂隙水會(huì)沿構(gòu)造裂隙和斷裂帶直接進(jìn)入礦坑，造成礦床充水，是礦床充水的直接因素。

3礦坑涌水量預(yù)測(cè)

3.1計(jì)算參數(shù)的確定

在礦區(qū)工程控制范圍內(nèi)，受構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙的控制，各含水層的富水性和滲透性有一定的差異。由于礦體位于地勢(shì)較高的中低山丘陵地區(qū)，區(qū)內(nèi)主要含水層為基巖裂隙潛水，礦坑涌水量預(yù)測(cè)主要涉及基巖裂隙潛水，因此，根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件，各計(jì)算參數(shù)確定如下：

（1）含水層厚度H值的確定：基巖裂隙潛水含水層厚度，選用三個(gè)水文地質(zhì)鉆孔揭露的含水層厚度的平均值，為78.80m。

（2）含水層滲透系數(shù)K值的確定：依據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)孔抽水試驗(yàn)資料，用裘布依潛水完整井涌水量公式求得值的平均值。由于ZK6-132 號(hào)鉆孔涌水量較小，本次計(jì)算選用ZK1—1和SZK500-1號(hào)鉆孔抽水試驗(yàn)資料計(jì)算值0.01m/d。

（3）影響半徑R值的確定：選用ZK1—1和SZK500-1號(hào)鉆孔抽水試驗(yàn)資料計(jì)算值的平均值32.55m。

（4）降深S值的確定：根據(jù)ZK1—1、SZK500-1和ZK6-132號(hào)水文地質(zhì)孔資料，孔深分別為339.20m、364.40m和461.10m，水位標(biāo)高為1038.88m、1041.64m、1051.53m，控制標(biāo)高在699.68—677.24—590.43m?，F(xiàn)在礦山開采標(biāo)高為770m中段，根據(jù)礦體形態(tài)、產(chǎn)狀及礦區(qū)水文地質(zhì)條件，以及礦山坑道開拓現(xiàn)狀，本次水文地質(zhì)勘查工作擬對(duì)740m水平中段礦坑涌水量進(jìn)行估算，在水文地質(zhì)孔控制標(biāo)高范圍內(nèi)。為達(dá)到開采階段疏干排水的目的，設(shè)計(jì)水位降深確定為：三個(gè)水文孔揭露的基巖裂隙水含水層最大厚度作為設(shè)計(jì)水位降深，即97.90m，進(jìn)行井筒及坑道涌水量預(yù)測(cè)。

3.2水文地質(zhì)邊界條件的確定及計(jì)算公式的選擇

礦區(qū)范圍內(nèi)，基巖風(fēng)化裂隙普遍含基巖裂隙潛水，含水層在單一水平方向邊界條件為無限供水邊界，垂向上穿越弱風(fēng)化帶后的完整基巖視為底部隔水邊界。

（1）估算井筒涌水量計(jì)算

根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)邊界條件及水文地質(zhì)孔抽水試驗(yàn)資料，確定Q—S曲線類型屬對(duì)數(shù)曲線型，含水層可認(rèn)為是均質(zhì)的、各向同性的潛水含水層，故采用裘布依穩(wěn)定流公式進(jìn)行計(jì)算。由于本次計(jì)算的井筒涌水量為礦井疏干性排水涌水量，水位降深需降至開拓水平中段或含水層底版，因此，采用計(jì)算公式如下：井筒涌水量：Q井=1.366K；井筒影響半徑：R=2S

式中：H：含水層平均厚度（m）；K：滲透系數(shù)（m/d）；Q井：井筒涌水量（m3/d）；R：井筒影響半徑（m）；r：設(shè)計(jì)井筒半徑（m）。

（2）坑道涌水量計(jì)算

根據(jù)礦體形態(tài)和產(chǎn)狀，坑道涌水量計(jì)算選用“大井”法和“水平坑道”法分別計(jì)算，對(duì)礦體開采水平中段的740.00m標(biāo)高的坑道涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

“大井”法坑道涌水量：Q坑= ；“大井”半徑：r0=0.565 ；“大井”影響半徑：R0=R+r0=2S+ 0.565

式中：r0：“大井”引用半徑（m）；R0：“大井”影響半徑（m）；S：設(shè)計(jì)水位降深（m）；H：含水層平均厚度（m）；K：滲透系數(shù)（m/d）；F：設(shè)計(jì)開采坑道系統(tǒng)面積（㎡）；Q坑：坑道涌水量（m3/d）；

3.3礦坑涌水量預(yù)測(cè)

在確定了水文地質(zhì)邊界和各計(jì)算參數(shù)之后，分別對(duì)不同開采水平中段的井筒涌水量和礦坑涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算數(shù)據(jù)及涌水量計(jì)算結(jié)果分別列于表1表2。

（1）礦區(qū)范圍內(nèi)，基巖風(fēng)化裂隙普遍含基巖裂隙潛水，當(dāng)開采礦體位于潛水水位標(biāo)高以下時(shí)，基巖裂隙潛水會(huì)通過裂隙通道滲入礦井或坑道，造成礦井涌水。

（2）由于礦區(qū)構(gòu)造條件的影響，基巖裂隙水與山間谷地的第四系孔隙潛水有密切的水力聯(lián)系，當(dāng)開拓水平降至山間谷地潛水位以下時(shí)，開采溝谷附近及以下礦層時(shí)就應(yīng)考慮潛水下滲能力，開采時(shí)應(yīng)引起重視，以免造成礦坑發(fā)生突水的可能性。

4結(jié)論

通過對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件研究，認(rèn)為大氣降水是礦區(qū)地下水的唯一補(bǔ)給來源，礦床充水主要因素為大氣降水入滲補(bǔ)給的基巖裂隙水。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際采用“大井”和“水平坑道”方法計(jì)算了坑道涌水量。為礦山深部水平規(guī)劃和建井的水文地質(zhì)依據(jù)，為礦山進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模提供了保障。