新疆哈巴河县金坝铜矿矿坑涌水量预测

摘 要 在对哈巴河金坝铜矿现有地质、水文地质资料综合研究的基础上，分别利用水文地质孔抽水试验成果和竖井水文地质资料对矿坑涌水量进行了预算，并对计算结果进行了分析，为后续矿山勘探工作开展及开采方案制定提供理论参考依据。

关键词 金坝铜矿；充水因素；涌水量预测；计算结果；评价

中图分类号：TD742 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）22-0114-02

矿坑涌水量是指矿山在开拓与开采过程中，单位时间内涌入矿坑（包括井、巷和开采系统）的水量。矿坑涌水量是一项重要而复杂的工作，是矿床水文地质勘探的重要组成部分。它是确定矿床水文地质条件复杂程度的重要指标之一，关系到矿山的生产安全与成本，对矿床的经济技术评价有很大的影响，并且也是设计与开采部门选择开采方案、开采方法，制订防止疏干措施，设计水仓、排水系统与设备的主要依据。本文以哈巴河县金坝铜矿为例，在基本查明矿区水文地质条件的基础上，采用大井法对矿坑涌水量做了初步预测，并对计算结果进行了评价，为矿井防治水工作提供了可靠依据。

1 概况

金坝铜矿区北距哈巴河县城约18千米，处在阿尔泰山脉西段南麓与额尔齐斯河谷平原的过渡地带。属低山丘陵地貌，地形较为平坦，呈波状起伏，地形切割较弱，地质构造相对较简单。布哈依塔勒德河为区内唯一常年性地表水流，从矿区东部通过。出露的地层主要为中泥盆统阿勒泰组、托克萨雷组，少量华力西中期花岗岩，第四系松散沉积物，地质构造相对较简单。

1.1 含（隔）水层划分

根据钻孔地质编录资料、简易水文地质观测结果及抽水试验成果，将矿区地层划分为6个含（隔）水层，包括第四系全新统冲积层孔隙潜水含水层、第四系全新统冲积-沼泽堆积孔隙潜水含水层、第四系全新统残坡积层透水不含水层、第四系上更新统冲-洪积层透水不含水层、中泥盆统托克萨雷组、阿勒泰组基岩裂隙弱富水含水层和华力西中期基岩裂隙含水层。其中，矿体直接充水含水层为中泥盆统托克萨雷组、阿勒泰组基岩裂隙弱富水含水层。

1.2 地下水补给、径流、排泄条件

地下水的补给主要来源于泥盆系地下水的远距离径流补给、大气降水及部分的河水渗漏，其中暴雨形成的洪水及冰雪融水可通过地表岩石风化裂隙、构造裂隙、岩石孔隙或其它途径顺地层渗入到地下补给地下水。地下水总体由北往南缓慢运移或顺地层向更深处运移，少部分以蒸发形式排泄。未来矿井建成之后，矿井疏干排水将是地下水的主要排泄方式之一。北部花岗岩分布区裂隙水接受降水渗入补给之后，依北高南低的地势向南运动，通过裂隙直接补给中泥盆统托克萨雷组变质岩裂隙水，再经变质岩基岩裂隙渗入山前笫四系冲-洪积砂砾石孔隙潜水之内，最终向当地最低侵蚀基准面额尔齐斯河谷排泄，完成了地下水的整个径流过程，转为地表水向西过境流出。

1.3 矿床充水因素分析

影响矿区矿床充水的主要因素为地层岩性、构造、大气降水及地表暂时性水流。

1）地层含水性。矿区内地层岩性主要为青灰色变石英砂岩、变砂岩，各矿体主要接受第四系地层的间接充水，接受托克萨雷组地层的直接充水。通过抽水试验，该含水层单位涌水量0.015-0.020升/秒·米，渗透系数0.0093-0.0129米/日，富水性弱，地层岩性不利于矿床充水。

2）构造。矿区内地质构造主要为F5断裂，位于矿区南部边缘。沿断裂带两侧常形成岩石破碎带，呈线状延伸破碎带宽2-10米。这些断裂破碎带常形成相对富水的脉状水，并相互沟通形成网脉状水。因此该基岩裂隙潜水富水性不均匀，具各向异性。虽能形成一定地下水的赋存空间，然地下水的补给量有限，地层赋水性较弱。在正常排水条件下，构造因素利于矿床充水。

3）大气降水及暂时性地表水流。矿区地层地表总体露头较好，局部第四系残坡积层发育，但厚度较小。当井下矿层开采后，打破了岩层原有的稳定性，使上覆岩层节理裂隙增大。大气降水、冰雪消融水易通过地表风化裂隙向下渗透进入矿井，造成矿坑涌水量增大，甚至造成淹井事故，应引起矿方重视。

4）邻近生产矿井概况。在矿区内有正在施工的竖井一个，西距布哈依塔勒德河直线距离约90米，当前施工深度为255米，井径5.0米，竖井正常排水量为672立方米/日。

2 矿坑涌水量预测

2.1 预测原则

1）涌水量计算范围的确定。根据目前铜矿矿体的赋存现状，结合矿业权人及设计部门初步确定赋存厚大矿床（体）易于开采的范围，初步确定26-29勘探线之间工程控制区域为首采区。东西长340米，南北宽220米，以+540米水平至地面所圈定的范围，面积74800平方米。

2）矿床开采方法。该矿采用井下开采的方法，所以矿坑涌水来源主要为地下水侧向流入矿坑的水量。

2.2 预测方法、公式和涌水量

预测方法采用分析计算法中的大井法。

2.2.1 采用钻孔抽水试验数据进行计算

1）计算方法。

利用坑道系统的长度（a）与宽度（b）的比值确定引用半径r0之后，再利用大井法预算矿井涌水量。预算范围东西长340米，南北宽220米，b与a的比值为0.65。

2）计算公式的选择。

采用承压转无压完整井计算公式。

Q=

式中：Q—拟建新井潜水的涌水量（m3/d），K—渗透系数（m/d）；H—潜水含水层厚度（m）；S—潜水从井底算起的水位标高（m）；r0—引用半径（m），R0—引用影响半径（m）。

3）计算参数的选用。

①渗透系数（K）：采用抽水试验孔ZK2605、ZK2402两个钻孔渗透系数的平均值0.00135m/d，作为矿床正常涌水量预算的含水层渗透系数。

②潜水自孔底算起的水位标高（S）：水位标高采用所有钻孔水位标高的平均值650.32米，与矿体底板水平标高+540米之差，即110.32米。

③潜水含水层厚度（H）：含水层厚度计算值采用钻孔含水层视厚度的平均值作为计算参数，含水层厚度平均值为183.32米。

④引用半径（r0）：

r0=η，坑道系统：a=340m，b=220m

=0.65 η=1.18，r0=1.18=165.20

⑤引用影响半径（R0）：

R0=r0+R，R=2S

疏干后S=H=110.32m

R=2×110.32=109.76，R0=74.96

⑥先期开采地段+540米水平正常矿坑涌水量预算：

已知：K=0.00135m/d，H=183.32m，S=110.32m，r0=165.20m，R0=274.96m

代入公式：

另外，潜水从井底算起的水水位标高（H）采用ZK2605孔静止水位650.32米与先期开采水平标高+540米之差为110.32米，渗透系数（K）采用ZK2605孔第一次落程抽水试验的渗透系数0.0017米/日，其它同上，计算出矿区先期开采地段最大涌水量值为296.81立方米/日。

2.2.2 采用竖井水文地质数据进行计算

竖井当前施工深度为255米，井径5.0米。将竖井疏干的过程视为一次大降深抽水试验，水位埋深39.41米，正常排水量672立方米/日，渗透系数0.0278米/日。将相关参数带入上述公式进行计算，求得先期开采地段+540米水平正常矿坑涌水量1598.43立方米/日。

3 涌水量计算结果评价

通过计算，金坝铜矿（+540米水平）矿坑涌水量预算结果：利用钻孔抽水试验孔数据预算的矿坑涌水量正常值为235.81立方米/日，利用竖井数据预算的矿坑涌水量正常值为1598.43立方米/日。

大井法对矿坑涌水量的预算结果误差较大，原因是大井法采用的渗透系数是单孔抽水试验计算的结果，有较大的误差；其影响半径也是经验公式计算的结果，也具有较大的误差；另外，大井法计算的应用条件须具备地下水充分的补给条件，影响半径边界上的水头高度也要始终不变。但就其预算依据、过程及结果而言均较客观，所计算出的涌水量值，对于矿业权益人进行矿区的总体规划以及设计合适的井口并配备适当的排水设备均有较好的指导作用。

4 结束语

本文分别利用矿区内的抽水试验孔和施工的竖井采用大井法对矿坑涌水量进行了预算，通过预算数据分析，采用钻孔抽水试验孔数据计算的涌水量值与通过竖井数据计算的涌水量值，数据之间的差值较大，在一定程度上反映了矿区地层在富水程度上不均匀，局部存在富水程度大的地段。同时，由于矿区内的竖井正在施工过程中，下部还未形成一系列巷道的开拓系统，所以通过区内竖井计算的矿坑涌水量值，只能作为当前阶段对矿坑涌水量评价的参考值。

本次评价是根据该矿详查阶段施工的水文地质孔、竖井等工程确定的涌水量资料进行分析而确定的。但随着矿井开采深度的增加，其地质、水文地质条件是动态变化的，在后续的矿山建设中，应进一步加强对矿井水文地质条件的研究，必要时对矿井涌水量进行核算，研究其变化规律；要特别加强对矿坑排水量和观测孔的动态观测，做好超前探水工作，防止矿坑突水事故的发生；加强对矿床地质构造及其组合关系的研究，特别要注意次级构造对矿床开采的影响。

参考文献

[1]国家技术监督局.GB1219-91矿区水文地质工程地质勘探规范[S].中国标准出版社，1991.

[2]中国地质调查局.水文地质手册（第二版）[M].北京：地质出版社，2012.

[3]薛禹群.地下水动力学（第2版）[M].北京：地质出版社，1997.

作者简介

韦方圆，河北唐山人，水文地质、工程地质、环境地质助理工程师，2007年毕业于云南国土资源职业学院环境地质专业。