上庄矿区矿坑涌水量预测

杨广立

（招金矿业股份有限公司蚕庄金矿，山东 招远 265402）

矿井涌水量不仅是矿床开采技术条件的重要组成部分，还关乎矿井的安全生产，因此，较为准确的预测矿井涌水量，对指导矿井的安全和高效生产有重大意义。国内外相关专家也是在这方面做了许多研究。连会青等通过分析相关文献，对矿井涌水量的预测方法和和适用性进行了评价[1]，温文富等分析了解析法和比拟法在涌水量预测中的应用[2]，段俭君等探讨了在涌水量预测中应用相关分析法来分析[3]，于孝民等应用数值法和大井法对司家营铁矿进行了涌水量预测[4]。还有其他相关专家也做过相关分析。为了给本矿安全生产提供依据，本文在分析矿井水文地质资料的基础上，探讨了采用大井法和水文地质比拟法来预测矿坑涌水量。

1 区域地质概况

矿区位于山东省招远市西北方向30km处，行政区划隶属招远市辛庄镇管辖（镇政府驻地西南10km）。区域地层划分属鲁东地层分区，在区域大地构造位置上，处于华北陆块(Ⅰ)，胶辽隆起区(Ⅱ)，胶北隆起(Ⅲ)，胶北断隆(Ⅳ)，胶北凸起(Ⅴ)的西北部，西临沂沭断裂带，北邻龙口断陷盆地，基底由呈东西展布的新太古代胶东岩群变质岩系构成，区内地层简单，断裂构造发育，岩浆岩广布。区域内出露地层有新太古界胶东岩群、新生界古近系五图群和新生界第四系。区内以断裂构造发育为其突出特征，按其展布方向的差异将其大致分为北东向和近南北向两组。区内岩浆岩广布，约占总面积的60%以上，主要为中生代玲珑序列，大面积展布；新太古代五台—阜平期马连庄序列、栖霞序列(原划为胶东群)分布于焦家断裂带以西；中生代燕山晚期郭家岭岩体侵入燕山早期玲珑序列内，区内派生脉岩不甚发育。

2 矿区地质概况

矿区地处焦家断裂带北段，大部分为第四系松散沉积物覆盖，岩浆岩广布，断裂构造发育。区内出露新生界第四系地层广泛分布，除东部丘陵区有部分基岩出露外，其余均被第四系覆盖。新太古代胶东岩群呈残留体状分布于岩浆岩中。区内以北东向断裂构造发育为特点，主要分布有焦家断裂及与其配套的东庄子断裂、侯家断裂、望儿山断裂。区内以望儿山断裂为界，以西为中生代燕山早期玲珑序列，以东为中生代燕山晚期郭家岭序列，新太古代马连庄序列零星分布。

区内脉岩相对不发育，主要以煌斑岩、辉绿岩、闪长玢岩、石英脉为主，呈北北东或南北向产出。区内沿断裂构造带围岩蚀变作用发育，主要有钾长石化(红化)、黄铁绢英岩化、硅化和碳酸盐化等，蚀变的强度和规模取决于断裂、裂隙的性质和矿液动力的强度。其特点是：蚀变作用延续时间长，各蚀变作用相互叠加，蚀变分带明显，各带之间为渐变关系。

3 矿坑涌水量预测

矿体赋存于构造裂隙含水带中，因此构造裂隙含水带中的地下水为矿坑充水的主要来源，构造裂隙含水带的顶底板为花岗岩隔水层，大气降水仅在地表浅部通过第四系岩层和花岗岩风化裂隙含水层补给构造裂隙含水带，为矿坑充水的间接补给来源。

矿坑充水主要来自浅部上覆第四系含水层及基岩风化裂隙含水层，补给带宽度较窄，补给条件较差。由于下盘弱富水岩层的透水性、富水性较弱，为了减化条件，便于计算，将其视为水平分布无限边界承压含水层。开采条件下，下盘弱富水岩层是矿床充水的直接来源。

矿床开采过程中会在下盘弱含水带中施工较为复杂的坑道系统。第一开拓水平应主要在-780m左右。本次研究根据矿体分布的总体情况，选择长度、深度代表性较强的望儿山构造蚀变带中③-12号矿体预测矿坑开拓初期的涌水量和最大涌水量。决定选择-780m中段预测做为矿山开拓初期的代表性矿坑涌水量，选择③-12号矿体-1555m中段预测矿山开采期内的最大涌水量。

考虑到矿坑排水量是多种复杂因素综合作用的代表，选择大井法和水文地质比拟法预测矿坑的涌水量。

3.1 大井法

选择承压完整井稳定流计算公式来预测。由于327ZK3钻孔完全穿过赋存矿体周边的含水带，含水带上有隔水层且厚度较大，底板埋深-1000m以下，且为裂隙水，因此，确定采用大井法估测矿坑涌水量，并选择承压完整井公式：

式中：Q—预测矿坑涌水量（m3/d）；

S-预测坑道的水位降深值（m）；

k-渗透系数（m/d）；

m-含水层厚度（m）；

R-影响半径（m）；

r0-大井引用半径（m）；

R0-大井引用影响半径 (m)。

根据已有资料分析，静水位采用水文孔327ZK3抽水试验前后观测的平均值标高为-38.7m。降深采用从静止水位至预测矿坑底板的垂直距离，即-780m中段水位降深S1=741.3m、-1555m中段水位降深S2=1516.3m。渗透系数-780m中段预测采用水文孔327ZK3上盘抽水试验含水层最大渗透系数k1=0.00111m/d，-1555m中段预测采用水文孔327ZK3上下盘含水层混合抽水试验最大渗透系数k2=0.000974m/d，含水层厚度利用327ZK3钻孔抽水试验中含水层顶底板数据求得，即-780m中段预测采用水文孔上盘含水层厚度m1=489.6m、-1555m中段预测采用水文孔上下盘含水层厚度m2=620.5m等。根据各种数据，可以得到，采用大井法预测的-780m标高的矿坑涌水量为1840.34m3/d；③-12号矿体-1555m中段的矿坑涌水量为2833.17m3/d，根据邻近采矿权多年的开采经验，平均排水与丰水期最大月平均排水量的相关系数约为1.6，则③-12号矿体-1555m中段的最大矿坑涌水量为4533.07m3/d。

3.2 水文地质比拟法

矿床与所比的望儿山断裂带-780m中段矿坑在同一个矿区、距离相近、含水层岩性、富水性、地下水赋存状态、水力特征十分相近，只是在深度和范围有一定差异，根据上庄采矿权以往矿山排水量统计简表以及《山东省招远市上庄矿区金矿资源储量核实报告》，2014年、2015年以后，随开采面积的增加，涌水量增加不大，趋于稳定，随开拓深度的增加而涌水量有所增加，因此开采面积对涌水量的影响可忽略不计。根据这一特征采用比拟法进行矿坑涌水量预测：

公式：

式中：Q—预测涌水量（m3/d）；

Q0—已知平均涌水量（m3/d）；

S—设计巷道预测水位下降值（m）；

S0—已知水位下降值（m）。

根据已有资料分析，Q0采用上文所述矿井涌水量计算值1894m3/d。S采用从静止水位至预测矿坑底板的垂直距离，即-1555m中段水位降深S=1516.3m，S0采用从静止水位至-780m中段水位降深即S0=741.3m。

所以，

据坑道排水资料，最大矿坑排水量为4990 m3/d，采用此值预测矿坑最大涌水量。

最大涌水量

因此，采用水文地质比拟法预测的③-12号矿体-1555m中段的矿坑涌水量为2709.79m3/d，最大涌水量为7136.68m3/d。

3.3 预测结果分析

大井法是依据水文孔327ZK3的参数进行计算，与实际开采存在较大差异，参数的代表性较差，因此预测结果精度较差。比拟法是利用位于本矿权范围内的上庄矿区望儿山断裂带-780m中段矿坑的排水资料进行比拟的，地理位置相近，水文地质条件相同，只是矿坑标高和长度有所差异，可比性较强。

预测的矿坑涌水量是多种水文地质因素的综合体现，代表性强，准确度高。代表着矿坑的实际涌水量，可做为矿山开采设计的主要依据。

预测的实际汛期涌水量代表了矿坑涌水量受大气降水、拓进中揭露张性裂隙带等多种情况下的实际矿坑涌水量，基本代表了矿坑的实际最大涌水量。因此，最终估算结果采用比拟法预测的矿坑涌水量。

4 结论

通过分析已有的水文地质资料，分别采用了大井法和水文地质比拟法预测了矿坑用水量，并分析结果，采用比拟法作为最终的涌水量计算值。由于估测结果是在现有开采条件下取得的，如改变开采条件或矿床的边界条件，则矿坑的实际涌水量也得随之改变。本次涌水量预计结果将为矿井的安全高效开采提供依据。