關(guān)于露天采礦場涌水量的預(yù)測方法

郭廣成

（中陜核工業(yè)集團(tuán)二一一大隊有限公司，陜西 西安 710024）

本文以新疆阿克蘇市硝爾布拉克3號水泥用石灰?guī)r礦為例，對露天采場涌水量進(jìn)行評價分析。

1 礦山概況

新疆阿克蘇市硝爾布拉克3號水泥用石灰?guī)r礦位于新疆阿克蘇市230°方位，直線距離48km處，面積0.0144 km2。該礦山開采標(biāo)高+1330～+1257m，累計查明資源量為137.72萬噸。開拓方式為公路開拓、汽車運輸，開采方式為山坡露天開采，采礦方法為自上而下臺階式開采。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 地下水賦存特征

通過對礦區(qū)進(jìn)行深部鉆探及地表水文地質(zhì)調(diào)查證實：第一，礦區(qū)范圍內(nèi)未見泉露頭；第二，+1257（鉆孔最終深度）m標(biāo)高以上，鉆孔揭穿礦層深度范圍內(nèi)巖溶裂隙不發(fā)育；第三，鉆孔終孔后，終孔穩(wěn)定水位觀測未發(fā)現(xiàn)地下水，故鉆孔揭露礦層深度范圍內(nèi)沒有地下巖溶裂隙水，對開采幾乎無影響。

由于礦區(qū)范圍內(nèi)全部為基巖裸露區(qū)，無第四系分布，巖溶裂隙不發(fā)育，影響控制著該區(qū)地下水賦存特征?？傮w而言，該礦區(qū)地下水賦存形式為：以巖溶裂隙水的形式賦存于石灰?guī)r的基巖巖溶裂隙中。

2.2 礦區(qū)地下水補給、徑流、排泄條件

通過對區(qū)域水文地質(zhì)條件的認(rèn)識和了解，劃定礦區(qū)為區(qū)域水文地質(zhì)單元補給區(qū)。區(qū)內(nèi)無地表水體，僅在暴雨季節(jié)發(fā)育南北流向的季節(jié)性河流。由于受區(qū)內(nèi)氣候、地形、地層巖性、構(gòu)造等特征的控制，礦區(qū)范圍內(nèi)地下水補給、徑流、排泄條件完整，構(gòu)成次一級小型水文地質(zhì)單元。

礦區(qū)范圍內(nèi)地下水主要接受大氣降水和冰雪融水的補給，風(fēng)化裂隙不發(fā)育，風(fēng)化深度約1.5m，在基巖裸露區(qū)，降水或雪融水緩慢地通過地表風(fēng)化裂隙、補給地表風(fēng)化裂隙潛水，通過圍巖破碎帶或裂隙發(fā)育密集帶直接補給礦床地下水，是礦床地下水的一個主要補給來源。通過礦區(qū)地質(zhì)特征可知：礦區(qū)地下水受地形，地層產(chǎn)狀及構(gòu)造等因素的制約，總體由北西向南東徑流。本區(qū)地下水排泄主要受氣候及地形地質(zhì)條件的制約，通過地質(zhì)及水、工、環(huán)地質(zhì)調(diào)查可知：本區(qū)為一單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)未見地下水露頭（泉）且蒸發(fā)量是降水量的數(shù)倍以上，上述條件決定了：礦山排水為區(qū)內(nèi)地下水的主要排泄方式，蒸發(fā)和地下徑流為次要排泄方式。降雨多以地表徑流、大氣蒸發(fā)及從采礦場排水溝中自然排泄到區(qū)外，滲入量微弱?？傮w而言，本區(qū)地下水補給、徑流條件較差，排泄條件較好，地下水動、靜儲量補給有限，區(qū)內(nèi)地下水對礦區(qū)開發(fā)不具制約條件。

2.3 礦床充水因素分析

礦區(qū)范圍內(nèi)無泉水出露，且?guī)r性全為灰色致密塊狀灰?guī)r，在勘查深度內(nèi)（+1257m）鉆孔施工過程中無涌水漏水情況且?guī)r心裂隙不發(fā)育，終孔穩(wěn)定水位觀測未發(fā)現(xiàn)地下水，故鉆孔揭露礦層深度范圍內(nèi)沒有地下巖溶裂隙水。礦區(qū)充水的自然因素主要為北高南低的地形；地質(zhì)因素為基巖巖溶裂隙水；人為因素為露天開采形成的采坑。充水水源主要為大氣降水。

2.4 巖溶特征

礦區(qū)范圍內(nèi)巖溶特征主要表現(xiàn)為三種形式：裸露地表的碳酸鹽巖表面溶蝕凹槽、小孔洞；巖溶裂隙：節(jié)理、裂隙呈條帶狀、網(wǎng)脈狀發(fā)育。經(jīng)地表觀察，節(jié)理、裂隙傾向延伸20m左右，溶蝕輕微，裂隙微張或緊閉，充填粘土質(zhì)及鈣華層。溶洞：地表水文地質(zhì)調(diào)查過程中未發(fā)現(xiàn)溶洞。

總之，礦區(qū)巖溶的發(fā)育與我國北方巖溶發(fā)育特征基本一致，程度較弱，巖溶率小于3%，屬弱巖溶發(fā)育區(qū)。因此，巖溶發(fā)育程度對礦山資源量估算及開采影響較小。

3 預(yù)測原則

（1）露天采礦場涌水量是由地下水流入采礦場的水量和大氣降水沿地面流入采礦場的水量所組成，大氣降水沿地面流入采礦場的水量可按正常降雨量和設(shè)計頻率暴雨量分別計算。

（2）由于受礦區(qū)氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌等自然因素的制約，地下水對露天采坑的補給甚微，計算時可不予考慮地下水涌水量。

（3）預(yù)算范圍。本礦區(qū)水文地質(zhì)條件具有以下特點：礦區(qū)處于相對獨立的水文地質(zhì)單元之補給區(qū)，周邊地區(qū)沒有大的地表水體存在，大氣降水是地下水的唯一補給來源。根據(jù)主礦體所在礦區(qū)的位置，結(jié)合地形條件確定露天采場的范圍，其采場地面形狀為正方形，邊長約120m。由于采場位于補給區(qū)山頂，故匯水面積亦為采場面積。

4 涌水量計算方法、公式的選擇及計算參數(shù)的確定

4.1 計算方法

利用采礦場所處位置及地形確定采礦場匯水面積，并在當(dāng)?shù)貧庀笳静樵冎辽?0年以上的水文氣象資料，包括歷年雨季降水量、歷年雨季天數(shù)、暴雨強度遞減系數(shù)n、降雨歷時t、地區(qū)暴雨數(shù)m等參數(shù)，然后按正常降雨量和設(shè)計頻率暴雨量分別計算露天采礦場涌水量。

4.2 計算公式的選擇

正常降雨量時，流入采礦場的水量Q為：

式中：F——采礦場的匯水面積，m2；

A——歷年雨季日平均降雨量，m；

設(shè)計頻率暴雨時，流入采礦場的水量（Qp）可按下式確定：

Qp=FA爆′

式中：A爆——設(shè)計頻率的雨量，m/日；

4.3 計算參數(shù)的確定

（1）匯水面積，由圖上礦權(quán)邊界范圍線利用MapGis軟件面積量算功能查詢，面積為14400m2。

（2）歷年雨季日平均降雨量，經(jīng)查詢，每年雨季日平均降雨量（見表1）。

經(jīng)計算，歷年雨季日平均降水量約為0.00077m。

（3）由于未收集到暴雨強度遞減系數(shù)n、降雨歷時t、地區(qū)暴雨

數(shù)m等參數(shù)，故無法計算設(shè)計頻率暴雨量，參照鄰區(qū)設(shè)計頻率暴雨量為0.005m/日。

（4）正常降雨時和設(shè)計頻率暴雨時的地表徑流系數(shù)，查詢地表徑流系數(shù)表（見表2），分別為0.7、0.8。

注：①適用于暴雨徑流量計算，對正常降雨徑流量應(yīng)將表中數(shù)值減去0.1～0.2。②當(dāng)巖石有少量裂隙時，表中數(shù)值減去0.1～0.2，中等裂隙時，減去0.2，裂隙發(fā)育時，減去0.3～0.4。③當(dāng)腐殖土、粘性土中含砂時，按其含量將表中地表徑流系數(shù)值減去0.1～0.2。

5 計算結(jié)果、修約及精度評價

5.1 計算結(jié)果

5.5.1 正常降雨時

5.1.2 設(shè)計頻率暴雨量時

Qp=FA爆′=14400×0.005×0.8=57.6m3/日，根據(jù)《GB8170-2008數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定》，指定修約間隔為10，則設(shè)計頻率暴雨量時，每日流入采礦場的水量Q為60m3/日。

5.2 修約及精度評價

考慮歷年雨季日平均降雨量的觀測序列（n）長達(dá)21年；但暴雨地表徑流系數(shù)值選用0.7、0.8有較大的誤差。參照GB 15218-94《地下水資源分類分級標(biāo)準(zhǔn)》，報告計算的歷年雨季日平均降雨量（Q），其精度相當(dāng)于D級，最大誤差范圍在60%～80%以內(nèi)。

6 結(jié)語

硝爾布拉克3號石灰?guī)r礦水文地質(zhì)條件簡單，充水因素主要為大氣降水，計算時未考慮地下水涌水量。本文著重計算了正常降雨時和設(shè)計頻率暴雨量時的降雨徑流量，計算方法相對簡單、有效，降雨徑流量較小，對礦山開采影響相對較小。