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总第 1 2 6期 2 0 0 6年第 1 O期 西 部探矿工程 W ES TCHI NA EXPL 0RAT1 0N E NGI NEERI NG s e r i e s No . 1 2 6 0c t . 2 0 0 6 文章编号 l O 0 4 5 7 l 6 2 0 0 6 l 0 0 1 5 2 0 2 中图分类号 TD 7 4 5 . 2 1 文献标识码 B 中洞石灰岩 矿 区矿坑涌水量预测方法 邱文才, 刘旭文, 钟志芳 广东省地质勘查局七。三地质大队, 广东 惠州 5 1 6 0 0 8 摘要 介绍 了中洞石灰岩矿 区的水文地质边界 条件 、 主要含水层及岩溶发 育特征 , 研 究 了地 下水 的补 给、 径流、 排 泄条 件 , 分析了矿坑 充水 因素 , 采用 了两种 方法对矿坑 涌水量进行计算 。 关键词 含 水层 ; 隔水层 ; 充水 因素 ; 矿坑 涌水量 1 自然地 理概 况 中洞石灰岩矿区以北面中洞山、 南面山口岭、 东面罗山岭和 西面中洞山山脊分水岭为汇水边界, 汇水面积 3 . 4 8 k m ; 南西面 水库坝址为排泄边界, 形成一个完整的水文地质单元。矿区总的 地势北高南低 , 最低侵蚀基准面标高 1 0 . 8 0 m, 最低 自然排泄面标 高 9 . 0 0 m。未来矿床开采底界标高一8 O m。矿区距巴江河较远, 南部为中洞水库, 最高水位标高 2 O . 3 0 m。 2地下水 类型 1 松散岩类孔隙水 主要分布于矿区中部山间凹地第四系 冲洪积含卵石粉质粘土和粉质粘土孔隙中, 厚度 3 . 0 0 4 4 . 7 7 m, 平均厚度 1 5 . 1 5 m, 弱透水, 含水微弱; 2 层状岩类裂隙水 主要分布于矿区北部中洞山和东南部 罗山岭一带三叠系小坪组和石炭系测水组砂岩裂隙中。浅部岩 体破碎, 风化裂隙较发育, 平均厚度 2 2 . 0 0 m, 为弱富水的裂隙水 含水层; 3 碳酸盐岩类岩溶水 北部和西部与三叠系小坪组呈 不整合接触 , 为埋藏 型岩溶水 ; 中部 多 为第 四系土层所 覆 盖, 属覆 盖型 岩溶水。标 高 一5 0 m 以上灰 岩裂 隙、 溶 洞发 育 , 为矿 坑 充水 的 主要 含 水 层 , 平 均 厚 度 6 4 .3 4 m; 标 高 一 5 O ~一8 0 m灰岩裂 隙、 溶洞不发育 , 岩体完整性 较好 , 可 视为相对隔水层 。钻孔抽水试验结果表明 见表 1 , 岩溶水 分布很不均匀。Z K4 4 0 8孔无 水可抽 , 其他钻孔 的单位涌水 量0 . 0 0 2 ~0 . 5 0 L / sm, 渗透系数 0 . 0 0 4 ~1 . 4 1 m/ d , 其含 水性及透水性弱一中等。 裹 l 钻孔抽水试验成果裹 3 地下水的补给、 径流、 排泄条件 1 补给条件 ①大气降雨补给 矿区属亚热带季风气候, 温和湿润, 年降雨 量 1 2 8 5 . 7 2 7 5 3 . 1 m m。充沛的降雨为地下水补给提供了较充 足水源。矿区为四面环山的汇水盆地, 是大气降雨的补给区, 降 雨垂直入渗补给地下水。由于周边山势较陡, 有利于形成地表径 流, 不利于入渗补给; 低凹处第四系冲洪积覆盖层厚度大, 透水性 弱, 降雨入渗补给量较小; ②地 表水 补给 矿 区南西 部为 中洞 水库, 集水 面积 达 3 . 4 8 k m2 , 正常水 位 2 0 m, 调 节库 容 2 1 41 0 ‘ m3 , 最 高水 位 2 O . 3 0 m。但库底粉质粘土层厚度大于 5 m, 透水性弱, 水库水与 地下水的水力联系甚微, 地表水补给量也较小; 2 径流、 排泄条件 在天然状态下, 矿区为补给~径流区。 大气降雨垂直补给地下水 , 转换为地下水的水平径流; 水库水侧 向补给地下水。补给区与径流区基本一致。山丘地下水径流距 离短, 在地形低凹处以侵蚀下降泉排泄于地表; 天然状态下地下 水总的流向是由北向南西, 通过水库大坝沟口以地下径流形式 流出区外 ; 3 岩溶发育特征及构造破碎带的含、 导水性 ①岩溶发育特征 全区共有控矿钻孔 8 1 个 , 见溶洞钻孔 4 O 个, 见洞率 4 9 . 3 8 %, 全区岩溶率 4 . 2 9 , 浅部岩溶形态表现为溶 槽 、 溶沟、 溶蚀芽等, 深部岩溶形态为溶洞、 溶蚀裂隙, 岩溶发育程 度随着深度的增加而减弱。溶洞充填率为 6 4 . 9 6 , 空洞率为 3 5 . O 4 。岩溶在平面上具有分带性, 经钻探结合物探方法, 平面 维普资讯 2 0 06在 第 1 O期 邱文才 , 刘旭文 , 钟 志芳 中洞石灰岩矿 区矿坑涌水量预测方法 1 53 上圈出 3 个岩溶发育带 Y R1 、 YR 2 、 YR 3 。以YR1 为主要岩溶 发育带 , 面积 0 . 3 9 k m2 , 占石灰岩出露面积的 2 4 . 5 6 , 控矿钻孔 3 8个, 见洞孔 2 8 个, 见洞率 7 3 . 6 8 , 岩溶率 6 . 7 4 , 高于岩溶 全区和欠发育带, 抽水试验表明, 岩溶发育带的含水性及导水性 较好 ; ②构造破碎带的含、 导水性 矿区东部有 F 1 断层, 走向北北 西, 倾向北东东, 倾角 7 5 。 ~8 O 。 , 为张性正断层, 存在一定的导水 性, 含水性较好, 为矿床地下水的补给提供有利条件。 4 矿坑涌水量预测 1 矿坑充水 因素 ①大气降雨 矿坑露天开采时, 大气降雨可直接落人矿坑, 成 为矿坑充水的主要水源。矿坑涌水量与降雨量密切相关, 雨季充 水量增加, 尤其暴雨对矿坑充水往往构成较大的威胁; ②地下水 矿坑露天开采揭露灰岩含水层 , 使储存于灰岩含 水层中的地下水成为矿坑 主要 和直接的充水水源 ; 2 矿坑 涌水 量预测 ①大气降雨充水量; 计算公式 QF A 1 0 0 0 FoA/ 1 0 0 0 式中 Q-一大气降雨时流人矿坑的水量, / d ; F 0 按可采边界圈定的矿坑面积, m 2 ; F -_一扣 除矿坑面积的外 围汇水 面积 , m2 ; A 日降雨量, mm; t 卜大气降雨地表径流系数, 取 0 . 6 。 根据未来矿坑的边界, 在 1 / 5 0 0 0的图上, 用微机处理, 求得 F 0 面积为 1 5 8 9 4 5 2 m3 ; 用同样 的方法求 得 汇水 区面 积, 减去 矿坑 面积为外围面积即 1 8 9 0 5 4 8 m3 ; 日降雨量选用 日平均和日最大降 雨量 , 分别为 5 . 0 3 ram、 2 6 9 . 5 0 mm。 在没有降雨时, 大气降雨对矿坑的影响为 O ; 若矿坑周边有 排洪沟, 矿坑外围的降雨影响也可不计; ②地下水涌水量 计算方法一 解析法。 把矿区水 文地 质边 界 条件 进 行 简化 。以西侧 石 炭 系灰 岩 C 1 s h 2 与三叠系砂岩 r r 3 x p 及石炭系灰岩 C 1 s h 1 接触界线概 化为直线隔水边界, 东侧 F 1 导水断裂带概化为直线补给边界, 并 将两者作为平行边界, 矿床开采至一5 0 m标高以下岩溶裂隙不 发育, 含水性及透水性甚微, 视为相对隔水层 涌水量可以忽略不 计 。矿坑疏干排水后地下水由承压转为无压, 满足潜水完整井 “ 大井法” 井流条件 , 井中心位于两平行 边界 中央。 依据地下水动力学公式 Qx K 2 H s S / l n 4 L/ r o r o O .5 65 式中 一 矿坑涌水量, / d ; K一灰岩含水层的渗透系数 , m/ d ; H⋯ 一 矿坑初始水头值, I n , 分别取 6 4 . 2 8 m、 7 0 . 3 O m; s I 一 矿坑开采水位降深, m; L 『 ⋯两平行边界 间距离 , m; r o ⋯一矿坑引用半径, m, 按 r o O . 5 6 5 √ F 计算; F 矿坑开采中间面积 , m2 。 K值采用岩溶发育带与不发育带求得渗透系数面积加权平 均计算。 计算结果 ~5 0 m以上矿坑地下水平均涌水量 9 9 9 7 m / d , 最 大涌水量 1 1 9 7 8 m3 / d 。 计算方法二 比拟法。 根据水文地质条件和开采技术 条件相 似的相邻 东方 红矿 区 矿坑露天开采的实际排水资料 , 预测新建矿坑 的涌水量 。 一 般关系式为 0 _ 2 一 Q1 2 H2 ~S 2 r 2 S 2 / 2 H1 ~ s 1 r l sl 式 中 Q2 预测新建 矿坑 的涌水量 , m3 / d ; Q】 生产矿坑的涌水量 , I n 。 / d ; r 2 新建矿坑的引用半径 , m{ 1“ 1 生产矿坑的引用半径, m; s 2 新建矿坑的水位降深, m; s l 生产矿坑的水位降深, m; H 新建矿坑的水头值, m; H 生产矿坑的水头 值, I n 。 计算结果 ~5 0 m以上新建矿坑平均涌水量 7 3 2 0 m / d , 最大 涌水量 1 1 8 8 0 m3 / d 。 3 矿坑涌水量预测评价 对比分析上述两种方法对地下水 涌水量的计算结果, 比拟法预测平均涌水量偏小。原因是对相邻 东方红矿坑的实际排水观测次数偏少, 造成实际涌水量均值可 能偏低; 而两种方法对最大涌水量计算结果较接近。矿床开采至 一 8 O m标高时, 不同充水条件下的矿坑平均涌水量和最大涌水 量见表 2 。 表 2 矿坑涌水量汇总表 注 表中地下水 涌水量采用解析法计算结果 。 5 结束语 在实际工作中, 预测矿坑涌水量的方法有很多, 但要保证矿 坑涌水量预测的精度, 关键在于查明矿坑充水因素 , 查明矿区水 文地质边界条件 , 获得具代表性的水文地质参数, 建立符合客观 实际的水文地质概念模型, 选择合理的计算方法, 建立与水文地 质模型相符的数学模型, 而不能盲 目地套用计算公式。利用比拟 法来预测新建矿坑涌水量, 对 比采用解析法预测矿坑涌水量, 具 有很好的参考价值。 参考文献 [ 1 J 邱文才, 等. 中洞石灰岩矿区地质勘探报告J R ] . 2 0 0 5 . 0 7 . E 2 3 矿区水文地质工程地质勘探规范[ s ] . 国家技术监督局, 1 9 9 1 , 2 , [ 3 3 地质矿产部水文地质工程地质技术方法研究 队. 水文地质手册 [ M] . 地质出版社 , 1 9 8 5 , 8 . 维普资讯
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