陕西省镇安县东沟金矿生产坑道系统涌水量预测方法对比

郭昂青

（黑龙江省齐齐哈尔矿产勘查开发总院，黑龙江齐齐哈尔161006）

1 矿区概况

矿区位于陕西省镇安县张家乡，面积1.08 km2.矿区地处秦岭南麓低中山区，山脉多呈东西向展布，地势北西高，东南低，地形切割强烈［1］.由灰岩组成的山系多形成陡峭的山坡或悬崖峭壁，由页岩组成的山坡则比较平缓，地形有利于降水的自然排泄.勘查区范围内最低侵蚀基准面标高为900 m.矿体主要赋存于当地侵蚀基准面以上.矿体附近无地表水体.

本区1970～2008年历年最大降雨量1244.1 mm（1983年），最小降水量 506.7 mm（1997年），相差737.4 mm.多年平均降水量760.2 mm，一般600～1000 mm，每年6～8月份为雨季，降水量359.8 mm，占年降水量的47.3%.

矿区现有3个中段坑道系统，分别为1150 m中段长度3274 m、1110 m中段长度3959 m和1050 m中段长度3437 m.

2 矿区水文地质条件

2.1 主要充水含水层分布及特征

2.1.1 碳酸盐岩裂隙岩溶含水层

主要分布于矿区北西及南西部，走向北西，主要由石炭系中统四峡口组（C2s）和石炭系下统袁家沟组（C1y）薄—中厚层状灰岩组成.在裂隙发育、碳酸盐纯度较高岩溶发育的地带，地下水流量大小随季节和降雨量变化显著，泉流量大于0.80 L/s.矿区岩溶主要分布于 1290～1270 m、1214～1197 m、951.20～950.71 m 三个标高段，且从上至下岩溶发育程度逐渐减弱，规模逐渐变小［2］.本层富水性弱—中等，为矿区主要充水含水层.

2.1.2 碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙岩溶含水层

主要分布于矿区中部丘岭背斜的两翼，东沟四周的陡坡上和矿区北部.由泥盆系上统南羊山组上段（D3n3）、中段（D3n2）、中统杨岭沟组上段（D2y3）、中段（D2y2）砾状生物碎屑—粒屑灰岩、中薄层状泥晶灰岩、泥质灰岩夹粉砂质页岩、泥质页岩、粉砂岩等细碎屑岩组成.岩溶发育较弱.在断裂构造发育和裂隙密集地带，岩溶较发育，但规模较小.当钻孔揭露到该层灰岩地段时，普遍漏水.该岩组岩溶、含水性、导水性不均，地下水位一般埋深均在100 m以下.地下水主要在地势低洼和断裂带附近以泉的形式排泄，泉水流量0.11～1.15 L/s.本层富水性弱—中等，为矿区主要充水含水层.矿体赋存于南羊山组地层内，赋矿围岩为泥灰岩、粉砂岩夹粉砂质页岩、钙质砂岩.

2.1.3 断裂构造含水带

矿区地下水主要受断裂构造控制，虽然围岩富水性中等—弱，甚至不含水，赋矿断裂带含水微弱，但在横向和斜交断裂的应力作用下，形成了脉状承压含水带.由于断裂构造的力学性质、方向和规模不同，对矿床的充水程度也不同.如北东向断裂含水带富水性中等，局部较强，坑道最大涌水量3.43 L/s，为矿区主要充水含水带.

2.2 隔水层

矿区内分布的页岩、粉砂岩、灰岩在节理裂隙不发育岩石完整地带，其含水性、透水性极弱，基本不透水，可视为隔水层.此外，压扭性断裂带也可视为相对隔水层.

2.3 矿区地下水补给径流排泄条件

大气降水是矿区地下水最主要的补给来源，也是矿床主要充水水源，降水通过地表风化带、岩溶发育带及构造裂隙发育带渗入而补给地下水.天然状态下地下水通过断裂破碎带、裂隙密集带和灰岩溶隙径流，在地势低洼处以泉的形式排泄于地表沟溪.地下水由北、东、西三面向矿区汇集，总体流向与地形坡向基本一致，水力坡度小于地形坡度.在矿坑排水的强烈干扰下，矿区地下水环境受到严重破坏，致使地下水补给、径流和排泄条件急剧改变.

2.4 水文地质边界条件

坑道系统的上部边界为大气降水补给边界；北、东、西侧向边界为地下水侧向补给边界，南侧边界为地下水侧向排泄边界.

3 生产坑道系统涌水量预测

生产坑道系统涌水量预测是为矿山排水设计提供重要的基础依据，对矿山安全生产具有重要的意义.目前主要的预测方法有：解析法、数值法、Q-S曲线外推法、相关外推法、水均衡法及比拟法.根据矿区的水文地质条件、勘探坑道系统长期排水量动态观测资料和钻孔抽水试验资料，分别采用水文地质比拟预测法和Q-S曲线外推预测法，对矿区将来生产坑道系统涌水量进行预测.

由于最上部的1150 m中段坑道系统地下水已处于疏干状态，故本次只进行1110 m和1050 m中段坑道系统的涌水量预测.

3.1 坑道系统充水条件

3.1.1 充水水源

根据区域和矿区的水文地质条件，矿区坑道系统的充水水源以大气降水为主，地下水储存量为辅.

3.1.2 充水通道

上部（1150 m中段以上）充水通道主要为岩溶通道、构造风化裂隙通道.中部充水通道（1150～1110 m中段）以风化构造裂隙通道为主.下部（1110～1050 m中段）充水通道主要为构造裂隙通道.此外，还存在人为充水通道（钻孔、风钻炮眼、放炮震开裂隙等充水通道）.

3.1.3 充水强度

根据各中段坑道系统排水量长期观测资料，1110 m中段坑道系统充水强度，枯水期平均为2.46 L/s，丰水期平均为4.41 L/s.1050 m中段坑道系统充水强度，枯水期平均为1.41 L/s，丰水期平均为13.84 L/s.根据本次坑道系统排水量长期观测资料，最大排水量为3124.48 m3/d，属中水矿山.

3.2 坑道系统涌水量预测方法

3.2.1 水文地质比拟预测法

该方法是以相似比拟理论为基础建立起来的.要求比拟地段的水文地质条件与预测地段的水文地质条件相似.此方法最适用于已勘探矿区深部水平（中段）和外围矿段的涌水量预测，也可用于具相似条件的新矿区.该方法一般是在整理坑道系统排水量和掘进资料的基础上，求得某些真实的坑道系统水文地质指标，并做为比拟因子进行预测的.

本次采用了富水系数比拟法和单位涌水量比拟法.其预测的1110 m中段和1050 m中段生产坑道系统涌水量见表1.

3.2.2 Q-S曲线外推预测法

利用矿区抽水试验孔三次降深的抽水试验资料，建立Q-S曲线方程，进行外推降深和井径换算来预测坑道系统的涌水量.降深允许外推范围，一般不超过抽放水试验最大降深的2～3倍.此法的优点在于避开了求取各种水文地质参数，计算简便［3］.因此，它适用于水文地质条件复杂，且难于取得有关参数的矿区.

本次利用Q-S曲线外推法，对1110 m中段和1050 m中段坑道系统进行了涌水量预测，其预测的坑道系统涌水量见表1.

4 生产坑道系统涌水量预测方法对比

4.1 水文地质比拟预测法

水文地质比拟法中的富水系数比拟法和单位涌水量比拟法所采用的计算参数Q0（勘探坑道系统实际排水量），分别由1110 m中段和1050 m中段勘探坑道系统实际排水量长期观测得来；S0（勘探坑道系统实际降深）由长期观测孔地下水水位平均值确定；F0（勘探坑道系统实际疏干面积）分别根据1110 m中段和1050 m中段坑道系统分布范围，在1∶1000水文地质图上确定.由此可见，预测计算所采用的参数精度较高.预测的生产坑道系统涌水量接近勘探坑道系统实测排水量（1110 m中段生产和勘探坑道系统最大涌水量相差0.07～0.30倍，1050 m中段生产和勘探坑道系统最大涌水量相差 0.12～0.65倍，见表 1）.

表1 矿区生产坑道系统涌水量预测方法对比表Table 1 Forecasting methods for inflow in the production tunnel system of mine

4.2 Q-S曲线外推预测法

Q-S曲线外推法所采用的计算参数Q孔（钻孔外推涌水量）为水文地质孔抽水试验外推的钻孔涌水量.F（大井影响面积）根据1110 m中段和1050 m中段坑道系统分布范围，从1∶1000水文地质图上确定.S（钻孔外推降深）根据长期观测孔地下水水位资料确定.r井（大井引用半径）与r孔（钻孔半径）相差3710倍，.由此可见，预测计算所采用的参数精度不高.预测的生产坑道系统涌水量与勘探坑道系统实测排水量相差较大（1110 m中段生产和勘探坑道系统最大涌水量相差9.69倍，1050 m中段生产和勘探坑道系统最大涌水量相差0.98倍，见表1）.

5 结语

由水文地质比拟法和Q-S曲线外推法预测的1110 m中段和1050 m中段生产坑道系统涌水量，与1110 m中段和1050 m中段勘探坑道系统的实际排水量对比可以看出，利用水文地质比拟法预测的生产坑道系统涌水量，比较接近勘探坑道系统的实际排水量.以此方法预测的生产坑道系统最大涌水量，可以作为生产坑道系统设计排水量的依据.对条件类似的矿山可采用水文地质比拟法预测坑道系统的涌水量.

［1］地质部水文地质工程地质技术方法研究队.水文地质手册［M］.北京：地质出版社，1978.

［2］西安地质学院，等.水文地质学［M］.北京：地质出版社，1979.

［3］房佩贤，卫中鼎，廖资升.专门水文地质学［M］.北京：地质出版社,1996.