清镇市猫场矿区红花寨、白浪坝矿段涌水量预测方法讨论

戴柳珍 陈立 黄汝超 钟建

【摘要】本文以贵州省清镇市猫场矿区红花寨、白浪坝矿段首采区为研究对象，在研究地下水岩溶系统的基础上，以排水巷道的排水过程为依托，确定有效含水层厚度，求取合理的水文地质参数，概化水文地质模型，通过选取合理的涌水量预测方法，预测首采区涌水量，指导未来矿山生产。

【关键词】猫场矿区 有效含水层厚度 涌水量预测

准确合理的预测矿井涌水量，能保证矿山安全有效的生产[1]。在我国岩溶地区，水文地质条件极其复杂[2]，因此，合理的水文地质条件的概化及涌水量预测方法的选取成为有效涌水量预测的保证。本文采用“大井法”C1b+∈2—3ls混合计算方法预测首采区矿井涌水量，为今后矿山安全有效生产提供依据，也为同类矿山的勘探设计和矿山的安全生产提供借鉴。

1.研究区概况

研究区处于一个完整的水文地质单元中的径流区。猫场矿区位于一个完整的水文地质单元中，共8个矿段和1个远景区（图1-矿段分布图），

面积80km2。区域构造属扬子准地台四级构造单元贵阳复杂构造变形区，矿区正处于该变形区内的北东向构造与南北向构造的交接复合部位，与矿区有关的区域构造实体主要由东、西两个构造分区组成：东区为南北向槽形羊昌向斜（又称老王冲向斜）；西区为北东向长条形三岔河背斜（又称大威岭背斜）。研究区位于大威岭背斜西翼（图2），总体属构造剥蚀中低山区，地下岩溶发育，以溶蚀孔洞裂隙为主。石炭系摆佐组为矿床的充水顶板，寒武系娄山关组为矿床的直接充水底板。区内地下水大不部分为承压水，由于后期人为活动，地下水承压性逐渐减弱，自由水区范围逐渐增大（图3）。

2.水文地质条件的概化

2.1研究区地下会系统边界

研究对象为红花寨、白浪坝矿段首采区，面积为2.02km2，南部F32、F38为透水断层，可视为无限边界，北部含水层上覆P2l隔水层，且岩层倾角小于10°，因此北部可视为无限含水层，地层走向为北东东向，东西两侧为无限含水层。C1b含水层上覆P2l隔水层，厚度10.74-33.16m，顶部可视为隔水边界，底部为娄山关组白云岩，厚度大于200m，根据中铝风井井巷编录，影响矿井排水的寒武系娄山关组有效厚度为16.90m。

2.2含水层子系统及水力类型

区内矿井充水层位为石炭系摆佐组及寒武系娄山关组，含裂隙孔洞水，含水性相对较均匀，根据勘探是158个钻孔水位判断，石炭系摆佐组有37个钻孔补给寒武系娄山关组，局部地区娄山关组补给摆佐组，摆佐组和娄山关组水力联系非常密切，无法分割，视为一个整体，由区内地质结构及地下水的类型，天然状态下区内地下水大部分为潜水，小部分为承压水，因此，含水层可概化为各项同性承压-无压含水层。

2.3汇源项

研究区主要含水层的补给：一是含水层的侧向补给；二是降雨量对裸露区的补给；根据长期观测资料计算得降雨补给量为8893.49 m3/d；三，构造裂隙带导水，由风井编录，风井井巷娄山关组揭露一导水裂隙带，水量由0L/s陡增至50L/s，稳定流量为15L/s。

研究区的排泄：一是含水层的侧向排泄；二是排水巷道的排泄，风井井巷观测资料，风井稳定排水量4910.40m3/d。

3.矿井涌水量预测方法选择

矿井涌水量的预测方法主要有水均衡法、解析法、比拟法及数值法。

针对是水均衡法，首采区所在的面积只占整个水文地质单元面积的2.52%，且地下水排泄口由于引子渡水电站的建立而淹没，水均衡项目无法收集完全，利用水均衡法计算不能反映矿区的实际情况。

比拟法，适用于已有开采矿井的开采权区的矿井涌水量预测，而在本矿区及附近水文地质条件相同的矿区，无开采权范围内的矿井涌水量预测。只有施工中的设计排水设计排水巷道。

数值法，据数学模型建立仿真模型模拟涌水量预測的一种方法，需要大量的试验数据进行识别与校核，而本次勘探时，首采区内多孔抽水试验因当地村民的强烈阻止无法施工，无法取得校核模型的数据。

解析法，一般的无限含水层内的解析法有“大井法”及干扰井群法。

干扰井群法要求排水工程布设方案满足开采过程首采区地下水位等幅下降，降落漏斗底板近似平整，首采区内由于F30断层为导水断层，加之首采区西部有一排水井巷（中铝风井井巷），使得区内地下水位水位差较大，干扰群井的干扰影响，无法使首采区降落漏斗底板近似水平，要达到开采设计的+1120m水平，靠近F30及风井抽水井附近，地下水位远低于1120m，使得计算的水量偏大。

“大井法”预测矿井涌水量，只要首采区不是狭长型，一般均能利用。

4.涌水量的计算

涌水量的计算采用“大井法”C1b+∈2—3ls混合计算方法预测首采区矿井涌水量，计算公式： ， ，

式中：Q—矿坑涌水量（m3/d）

K—摆佐组与娄山关组统一含水层渗透系数（m/d）；

H—含水层水头高度（m）；

M—含水层厚度（m）；

h0—底板有效含水层厚度（m）；

S—设计水位降深值（m）；

R—大井引用半径（m）；

R0—引用影响半径（m）；

F—首采区面积（m2）

计算参数的确定：

渗透系数K值的确定：利用中铝风井井巷排水求取的渗透系数K=0.7278m/d；

M为含水层厚度的确定：大井范围内钻孔C1b+C1jj平均厚度加娄山关组有效含水层厚度，M=114.31m；

H为含水层水头高度：采用计算水平标高1120m，与其大井范围内钻孔平均标水位标高之差加娄山关组有效含水层厚度，H=101.84m

h0底板有效含水层厚度：根据风井资料，取底板有效含水层厚度为16.90m；

水位降深S的确定：采用计算水平标高1120m大井范围内，钻孔水位平均标高与1120m之差。S=84.94m；

大井面积F的确定：采用计算水平1120m在C1jj底板等高线图上圈定的实际面积F=2021460m2；

大井引用半径R的确定：采用公式计算之，R=802.36m；

大井影响半径R0的确定：采用公式计算之，r0=1462.539m；大井引用影响半径 的确定： =2264.90m。

计算结果为21901.96m3/d。

1120米开采水平混合矿坑涌水量为25885.05 m3/d。

5.结论

1）矿床底板涌水含水层寒武系娄山关组有效厚度采用风井井巷编录渗水区厚度16.90m，解决了区内含水层厚度的不确定的难题。

2）采用“大井法”C1b+∈2—3ls混合计算方法预测首采区矿井涌水量为25885.05 m3/d。

3）勘探区内断层突水为一不可忽略的因素。

参考文献

[1]戴柳珍、朱焕然、陈立.瓮福磷矿小坝矿段内排水管理方案探讨[J].建筑工程技术与设计.2014年4月下总第24期

[2] 李兴中、徐际鑫、李双岱.贵阳地区岩溶水文地质特征[J].中国岩溶.1985年Z1期