入渗系数在矿坑涌水量预测中的应用_邱建强.pdf

2020年第12期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-03-11修回日期 2020-03-13 作者简介 邱建强 （1987-） ， 男 （满族） ， 河北承德人， 工程师， 现从事水文地质、 工程地质研究方面的工作。 入渗系数在矿坑涌水量预测中的应用 邱建强* （华北地质勘查局五一四地质大队， 河北 承德 067000） 摘要 矿坑涌水量的预测是矿区水文地质研究的主要问题之一。常用的矿坑涌水量的预测方法为 大井法、 水文地质比拟法、 解析法和水均衡法等。以北三段银铅多金属矿为例， 浅谈利用入渗系数验 算大井法预测得出的矿坑涌水量， 为矿坑涌水量的计算提供依据和保障。 关键词 入渗系数； 矿坑涌水量预测； 大井法 中图分类号 TD741 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202012-0149-03 矿坑涌水量预测是矿区水文地质研究的主要问题 之一， 如何根据矿山所处不同地质、 水文地质条件,正 确预测矿坑涌水量显得格外重要。常用的矿坑涌水量 的预测方法很多,如大井法、 水均衡法、 水文地质比拟 法、 解析法等， 其中大井法由于其原理通俗易懂、 方法 切实可行， 而在矿坑涌水量预测中被广泛使用。 大井法是通过将矿区复杂的水文地质条件概化成 等厚、 均值的含水层， 再利用裘布依公式计算进行求解 预测矿坑涌水量。由于大井法概化条件导致的概化误 差， 会使涌水量求解的可信度降低， 因此， 为了进一步 验证大井法所求的矿坑涌水量是否可信， 需要进行利 用其它方法去验证所得涌水量的正确性。 本文以北三段银铅多金属矿中矿坑涌水量的预测 计算为例,浅谈入渗系数在大井法预测矿坑涌水量计 算中的应用。 1矿区概况 北三段银铅多金属矿位于内蒙古自治区林西县官 地镇北三段， 交通便利。矿区所属山脉是大兴安岭支 脉， 山势高低起伏， 沟谷交错， 第四系覆盖地区冲沟较 发育， 地势北高南低， 地貌单元为中低山地貌， 海拔一 般为775～1080.9m， 相对高差305.9m。矿区沟谷内冲 沟发育， 纵横交错， 在沟谷两侧呈树枝状分布， 多数形 成陡坎， 陡坎坡脚近乎垂直， 高约2～5m。矿区内沟谷 近南北向走向。沟谷大致呈 “U” 字型， 两侧山体呈不对 称分布， 大部分山体基岩裸露， 山坡坡度10～25， 植被 覆盖率较低。主沟谷宽度约200～400m， 大致北南 向延伸， 沟底比降40‰～60‰。 根据地貌形态和成因将矿区分为构造剥蚀地貌和 侵蚀堆积地貌两种类型。构造剥蚀地貌主要分布于矿 区内沟谷两侧的基岩山地， 山体基岩地表出露为强风 化中等风化层， 山体跌宕起伏， 山势平缓， 山坡坡度 多介于10～25左右， 地形高差一般较大。侵蚀堆积地 貌主要分布于矿区中沟谷和斜坡山麓地带， 岩性主要 为残坡积物和冲洪积物。残坡积物多呈带状及片状分 布于沟谷两侧的斜坡， 地形起伏较大， 山坡上植被不发 育。冲洪积物呈狭长条带状展布于沟谷中， 地形起伏 较小。 本区属于中温带大陆性季风气候， 风沙干旱严重， 四季分明， 降水量少， 降雨很集中， 日照很充足， 年最低 气温-31.2℃， 最高气温38.9℃， 年平均气温5.6℃。蒸 发量大于降雨量， 气候干燥， 年平均降水量317.2mm。 雨季集中在6～8月。通常10月初冰冻， 10月底11月迎 来降雪。翌年4月份解冻， 冰冻期长达6个月， 无霜期 约120d左右。年均日照2900h。多东北风， 从八月份 开始风季， 至翌年四月为止， 长达9个月之久。 矿区内无地表水出露， 无常年性河流， 只有在降雨 集中季节形成沿沟谷的季节性流水。 2矿区水文地质条件 矿区地层岩性较简单， 主矿体最低开采标高在当 地侵蚀基准面以上。矿区内无地表水体出露， 综上所 述， 矿区可划定为无限边界的水文地质边界类型矿 床。区内地表沟谷地形起伏较大， 有利于自然排水， 矿 体及围岩的主要含水层富水性弱， 含水量较小； 矿床充 水因素主要以基岩裂隙含水层充水为主， 属于水文地 149 2020年第12期西部探矿工程 质条件简单类型的矿床。 根据矿区地下水的赋存条件及水力特征等因素， 现将矿区含水层划分为松散岩类孔隙含水层和基岩裂 隙含水层两种类型。 （1） 根据地层岩性及形成原因， 可将松散岩类孔隙 含水层分为第四系全新统孔隙水和第四系上更新统乌 尔吉组孔隙水， 现分述如下 ①第四系全新统孔隙水 第四系全新统孔隙水分 布在矿区下游沟谷处， 呈狭长条带状分布， 出露面积较 小， 岩性主要为砂土及砂砾石层， 厚度约5～30m， 水位 埋深一般为13.10～18.80m， 地下水化学类型为HCO3- Ca型， 富水性中等。 ②第四系上更新统乌尔吉组孔隙水 第四系上更 新统乌尔吉组孔隙水分布在矿区下游沟谷两侧， 呈树 枝状展布在第四系全新统孔隙水两侧， 岩性主要为粉 土， 局部含砾石， 厚度约3～30m， 富水性弱。 （2） 根据地层岩性及形成原因， 矿区内基岩裂隙含 水层主要为变质岩类基岩裂隙水， 主要分布在矿区内 矿体和围岩区域， 地表基岩裸露， 是矿区内的主要含水 层。岩性主要为二叠系上统林西组变质砂岩， 该地层 形成时代较早， 受风化及地质构造等作用， 形成了风化 裂隙带及构造裂隙带。局部岩芯裂隙较发育， 裂隙多 呈网状及脉状， 裂隙宽度约1～5mm， 在风化裂隙发育、 构造裂隙及岩石破碎地段形成裂隙型潜水， 并以下降 泉的形式溢出地表， 根据水文地质勘探孔的抽水试验 数据， 单位涌水量小于0.1L/ （sm） ， 富水性弱。地下水 化学类型为HCO3-Ca型。 3地下水补径排条件 矿区所在沟谷为一单独的水文地质单元， 矿区属地 下水的补给区， 中间沟谷为地下水的补给径流区。大气 降水为地下水的主要补给来源， 大气降水通过松散堆积 物孔隙和山区裸露基岩裂隙渗入地下， 形成地下径流并 以潜流的形式向下游径流， 地下水的排泄方式主要为泉 的方式、 人工开采的方式和向下游径流排泄。 松散岩类孔隙水分布范围较小， 在矿区下游沟谷 中展布， 透水性较好， 其补给区与分布区一致， 主要接 受大气降水的补给。以地下径流及人工开采的方式向 下游排泄。 基岩裂隙水为矿区主要含水层， 透水性较弱， 其补 给区与分布区一致， 主要接受大气降水补给， 以地下径 流及泉的方式向下游排泄。 地下水动态特征受大气降水影响显著， 地下水最 高水位出现在7～8月份， 与大气降水雨季基本同期， 地 下水位的高低与降雨量的多少呈现同步关系， 然而降 雨入渗需要一个时间过程， 因此地下水水位升降要滞 后降雨5～7d时间。地下水位动态特征为降雨入渗 径流排泄型， 多年地下水水位变幅1.5～2.0m。 4矿坑涌水量预测 本次矿坑涌水量计算采用大井法进行预测。矿山 开采需要疏干矿体底板以上的地下水， 现将静水位面至 矿体底板间的岩石概化为均值的含水层。按照疏干至 矿体底板标高， 采用大井法公式进行矿坑涌水量预测。 （1） 计算公式 Q πK2H-SS lnR-lnr 式中 K渗透系数， m/d； H含水层厚度， m； S地下水疏干水位降深， m； r引用半径， m， r0.565F F矿体面积， m2； R影响半径， m， RR0r； R0引用影响半径m， R02S HK。 （2） 计算参数的确定。 含水层的渗透系数K， 根据抽水试验数据确定K 0.00032m/d； 疏干含水层厚度H， 通过水文地质钻孔平均水位 标高 851.088m 和矿体底板标高 470.000m 确定 H 381.088m； 地下水疏干水位降深S， 按照疏干至矿体底板标高 确定S381.088m； 矿体面积F， 通过矿体大小规模在地形图上投影圈 定确定F30400m2； 引用半径r0.565F0.5653040099 （m） ； 引 用 影 响 半 径 R02S HK2 381.088 381.0880.00032266 （m） ； 影响半径RR0r99266365 （m） 。 将上述确定的水文参数带入大井法公式计算得 出， 预测的矿坑涌水量为Q112m3/d。 5利用入渗系数验算矿坑涌水量 矿区为中低山地貌， 矿区在一个单独的水文地质 单元内， 汇水面积为F1052000m2， 根据水文地质手册 及地区经验， 矿区内降雨入渗系数取α0.2， 平均降水 量c317.2mm， 根据公式QgαcF得， 矿区内总降雨入 渗量为Qg183m3/d。（下转第153页） 150 2020年第12期西部探矿工程 的末端处理技术取得了一定的成效， 但是面对煤矸石 的不断产生和酸性废水的持续排放， 考虑从源头上控 制是非常必要的。通过源头控制技术的广泛应用和提 高煤矸石的资源化利用水平以减少存放量可从根本上 解决煤矸石山酸性废水的污染问题， 这对于改善煤矿 区的生态环境是非常有效的。 （2） 各类污染控制技术在应用过程中还存在着一 系列的问题， 为了更加有效地控制煤矸石山酸性废水 的产生， 未来的控制技术应该重点关注以下问题 在氧 化控制技术方面， 应开展无机矿物覆盖层的性能劣化 问题、 外部环境条件对覆盖效果的影响问题并提出相 应的对策、 克服酸碱中和产物的包裹问题、 新型抑菌剂 的研发问题； 在资源化综合利用技术方面， 应提高煤矸 石的综合利用效率， 不断完善和研发煤矸石高端利用 的关键技术， 进一步加快煤矸石高附加值利用的产业 化进程。 参考文献 [1]贾希荣,李林涛,宁建宏,等.煤矿区可持续发展中的环境问题 与对策[J].煤田地质与勘探,2001,29139-42. 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