矿区水文地质的分析与涌水量计算

严 强

（山西省潞安集团漳村矿，山西 长治 046032）

在矿区排水工程建设、排水设备选取中，必须要对矿区涌水量进行计算， 计算结果直接决定着矿区能否安全生产和合理开发，所以进行矿区涌水量计算意义重大。当前计算矿区涌水量的方法很多，并且大多较为复杂，应根据不同地质水文条件来选择，在实际计算过程中结果也会存在很大的差异，因此在实际计算时一定要慎而重之。

1 矿区简介

某金属矿区，东西长约2.5km，南北长约4.5km，现该矿已经探明存储有金属铜100 万吨、锑80 万吨以及其他一些金属矿床。矿区设计露天开挖，开采场地设计高程为401-636m，开采上口面积为0.95km2， 矿区最低高程设计为304m， 底面积则为1.029 5km2。 为了科学确定矿区开采排水设施，必须要对矿区水文地质情况进行分析，对矿区涌水量进行计算，为工程设计及设备选取提供依据。

2 矿区水文地质情况分析

2.1 矿区地下水

经过工程勘测人员勘测，发现矿区内的岩石主要有凝灰岩类、花岗岩类、闪长岩类及第四系松散堆积层等，前三种岩石主要位于矿区的西部、南部与东北部，而第四系松散堆积层则主要分布在矿区下游斜坡及沟谷等地带。 整个矿区的地下水主要有松散岩类孔隙水、基岩类裂隙水两部分。（1）基层类裂隙水。基层岩类裂隙水占矿区地下水的大部分， 大多数赋存于岩石节理裂隙当中，其厚度与基岩风华带厚度大致相当，大多数为25-40m，而最后处达到了100m。 而整个基岩的发育由于岩性的差异而存在不同，从整个矿区分布来说，花岗岩＜闪长岩＜凝灰岩。（2）松散岩类孔隙水。 松散岩类孔隙水在不同地段分布差异很大，地下水位的埋深大部分处于7-44m，最后处达到了85m。 而对于整个矿区地下水分布来说，上层主要为潜水含水层，但是一些区域因为地质构造因素使得其变为承压水， 但是因为整个松散岩层具有较多的粘土，富水性差，胶结性好，因此整个松散层水流量通常均不超过1L/S[1]。

2.2 矿区内的径流、补水及排泄

（1）径流。 经过勘测发现，该矿区地下水总体上呈现为从上游向下游径流，从斜坡两侧向沟内径流。 径流流动时，因为含泥质较多，同时受到弱透水层及一些完整岩石的影响，局部露出地表形成地表水。（2）补水。经过调查发现，该矿区内地下水大多数依靠大气降水来补给，主要补给区是上游松散的堆积区、坡积区及基岩出露区。但是因为整个矿区山谷在上游的坡度较大，这些补给区面积有限，因此地下水水量补给并不是很多。（3）排泄。松散层堆积及岩石节理裂隙发育等存在差异， 导致冲沟岩石透水性存在较大差异，最终使得沟水部分区域出现断流现象[2]。

2.3 矿区水文条件分析

经过以上水文地质情况调查，该矿在前期开挖时，矿坑当中主要水源为松散层潜水，而当将松散层挖透之后，矿坑内的主要水源就主要以基层裂隙水为主了。 基层裂隙水水量受到基层裂隙的影响，而随着矿坑的不断开挖，周边基岩裂隙发育不断降低，矿坑内必然会被疏干，此时矿区涌水量会明显降低。 另外，大气降水会直接进入矿坑内， 并且大气降水引起的一些地表径流也可能汇入矿坑。

3 矿区涌水量计算

3.1 公式选取

该矿区露天上口实际为1 402.7m×1 020.8m，这样其长宽比例则为1.37:1，总体形态呈圆形，因此在计算涌水量时，采用了大井法：

在以上三式中，渗透系数k 是矿井渗透系数，单位为m/d。r0是矿井大井所用半径，单位为m，使用公式（2）进行计算。 在公式（2）中，F 是整个矿井的开挖面积，R0是影响半径，单位为m，使用公式（3）计算。 在公式（3）中，H 是矿井含水层的平均厚度，单位为m。 公式中Sw是矿井内水位下降值，单位为m。 整个计算中参数r0、R0、H、Sw等均来自实验数据或图面量取[3]。

3.2 矿区涌水量计算水平的划分

对于矿区涌水量水平划分，主要考虑因素是基岩风化带的实际发育情况，在该矿中，主要划分了两个计算水平：（1）中等风化带顶面以上；（2）开挖底界到中等风化带顶面。 先期勘测资料显示，整个矿区覆盖层存在一定差异，总体厚度在0-60.5m。 整个矿区，沟岸较厚，冲沟内薄，江侧较厚，矿坑上部则较薄。 经过对比资料及分析最终确定，矿区覆盖层厚度大约为40m，强风化带的厚度为25-40m，最厚处可能达到100m。 按照最大值为中等风化带厚度来计算，中等风化带至地表约厚140m。 另外整个矿区高程为518m，因此两个计算水平分别为404m 和374m。

3.3 公式中k 的确定

对于渗透系数k 来说，不同厚度其值是不同的，中等风化带顶面以上这一计算水平中，有中等风化带、松散带、基岩强风化带，因此渗透系数要取这三个渗透系数进行综合计算。 表1 为四组抽水试验的数据及对应的渗透系数，通过计算，最后确定该计算水平渗透系数的平均值为0.33 158。

表1 404 计算水平勘测试验数据

开挖底界到中等风化带顶面这一计算水平，因为当开挖至404m 以下之后，基岩渗透系数不断降低，通过计算定量注水或降水头等试验，计算出了渗透系数，如表2 所示。 该数据共分三个区间，第一区间为小于0.001，有两个，平均值为0.000 639，在整体中占8%；第二区间为0.001-0.01，有15 个，平均值为0.00 453，在整体中占60%；第三区间为0.01-0.04，有8 个，平均值为0.0 227，在整体中占32%。 经计算，这25 组数据区间值为0.00 057-0.0 397， 而平均值则为0.01。 对这些数据进行处理统计，试验标准值为0.0 063。 并且结合渗透系数在第二区间中占大部分的实际情况，该范围内的值大多数均是从较深处测得的，其对岩体渗透性的反应更加直接。所以347m 计算水平渗透系数取第二区间平均值，即0.00 453。 就此经过计算如表2 所示即为该矿区的涌水量计算结果。

表2 该矿区涌水量计算结果

4 矿区其他一些涌水量计算

对于该矿区来说，因为矿区坡度大，如果不修建截洪渠等，那么一些地表径流亦可能流入矿坑。 对于这一部分水量，可通过下式进行计算：

在该式中F 是受水面积，X 则为矿区所在区域日最大降水量，为地表的径流系数。 有关资料显示，该矿区年平均径流系数为0.45，而洪峰径流系数则为0.787，经过计算就可得出具体水量。

5 结语

对矿区实际水文条件进行研究后，通过科学计算能够较为准确地算出矿区涌水量。 在具体计算过程中，首先，在矿区开采初期，大气降水对矿区涌水量影响较大，在进行计算时，应当加以注意；其次，在计算矿区涌水量时，一定要依据实际矿区的水文特点，这样才能够使得计算更加准确，以切实保证矿区的安全生产；最后，矿区深部开采中，矿区涌水主要以裂隙为主，针对这一情况，可采用预注浆堵水等方法，以最大可能地节约矿区生产成本，提高经济效益。

[1]李定欧.露天转地下开采矿山防洪排水的探讨[J].冶金矿山设计与建设，2010（02）.

[2]胡凤英，李笑峰.采矿塌陷区降雨渗水特点及其防治[J].金属矿山，2011（23）.

[3]李伟铭.塔源二支线矿坑涌水量预测[J].昆明冶金高等专科学校学报，2011（27）.