豫西铝土矿水文地质条件研究——以渑池县某矿为例

郝 珺

（河南省煤炭地质勘察研究总院，河南 郑州 450000）

铝是国民经济中各行业不可缺少的基础原材料，广泛用于建筑、包装、交通运输、电信、电力、航空航天、军工等领域[1]。在铝土矿开采前需要开展相应的水文、工程和环境地质工作，尤其是水文地质条件的研究。

目前，矿井涌水量预测中的解析法（稳定井流）和比拟法由于可操作性强得到广泛应用。此外，前人也提出的其他预测方法：三图～双预测法[2]、模糊聚类分析法、灰色系统模型和数值模拟方法等。

1 研究区概况

研究区位于河南省三门峡市渑池县，南距陇海铁路线观音堂火车站和310国道平距12km，东南距渑池县城18km。

1.1 区域水文地质

（1）自然地理。研究区属中低山丘陵区，地势南高北低。气候属北温带大陆性季风气候，多年平均气温14.3℃，平均降水量609.7mm，平均蒸发量1858.8mm；春、夏、秋三季以东南风、东风为主，冬季以西北风为主。

（2）含水层（组）与隔水层（组）。研究区地层从老到新主要发育有寒武～奥陶系（∈-O）岩溶裂隙含水组、上石炭统本溪组（C2b）隔水岩组、石炭～二叠系太原组（C2P1t）灰岩溶蚀裂隙和砂岩（P1s^）裂隙含水岩组、风化带裂隙含水层、古近系潭头组（E2t）孔隙裂隙含水层、第四系（Q）孔隙含水层。

1.2 研究区水文地质

研究区北邻黄河，自西向东依次为煤窑沟、寺院东沟和四道沟，沟中常年有水，自南向北流入黄河。

（1）含水层（组）与隔水层（组）。含水层（组）主要是：①奥陶（O）岩溶裂隙含水岩组、②石炭-二叠系太原组（C2P1t）-下、中二叠统石盒子组（P1-2s^）灰岩砂岩岩溶裂隙含水组、③风化裂隙含水带、④古近系潭头组（E2t）砾岩透水层-第四系（Q）松散堆积物弱透水层。

隔水岩层（组）主要是：①上石炭统本溪组（C2b1-3）隔水岩组、②石炭-二叠系太原组（C2P1t）隔水岩组、③下、中二叠统石盒子组（P1-2s^）相对隔水层组。

（2）水文地质边界及水动力特征。综上所述，主要矿体所在区域石炭～二叠系岩溶裂隙含水层地下水补给面积局限，补迳排同为一区，表现出含水微弱，补给、径流排泄途径短，动态变化与降雨关系密切，地下水流向受多种因素影响的复杂渗流场特征。

（3）研究区水化学特征。研究区内地表水和地下水取样分析结果可知：研究区内地表水和浅层地下水属中性～弱碱性、微硬～硬、重碳酸（硫酸）钙钠型冷水；深部石炭～二叠系岩溶裂隙地下水属强酸性、极硬、硫酸钙镁型、咸型冷水；奥陶系灰岩岩溶裂隙地下水属中性、极硬、硫酸钙镁型、微咸型冷水，含硫酸根离子较高，矿化度高，这说明研究区地下水径流条件较差，此外与研究区内石炭～二叠系地层含有黄铁矿团块和局部存在老窑水有关。

2 涌水量预测

涌水量预测分顶板水和底板水两部分计算。

2.1 顶板水矿坑涌水量预测

2.1.1 水动力学法

（1）计算参数选择：

由收集资料可知，研究区此部分石炭-二叠系岩溶裂隙含水层地下水位标高平均为302.113m，渗透系数（k）采用钻孔上部含水层抽水试验结果平均值4.01m/d，含水层厚度（h2）采用选用孔揭露的实际厚度，坑道长度（B）分别按钻孔孔位两侧所在矿体底板等高线图上纵剖面线方向302.113m水位线以下实际长度量得，隔水层坡度（i）采用区内岩层倾角（α）平均值（14°）。

（2）石炭～二叠系岩溶裂隙含水层矿坑涌水量计算：

按石炭～二叠系岩溶裂隙含水层采用倾斜隔水层上完整坑道无压水正坡单面进水涌水量公式计算。

计算公式：

令h1=0则

而Q=qB

式中：q—单位长度坑道涌水量（m/d）；h1—预测坑道壁上的含水层厚度为0m；i—隔水层坡度（i=sinα，α=14°）

坑道长度平均541m，预测水位降深平均为69.113m，含水层厚度平均45.83m，补给带宽度平均918m，矿体底板标高平均233m，单位长度矿道涌水量27.03m3/d.m。将各项数据代入公式，计算得出矿坑石炭～二叠系含水层涌水量为14712m3/d。

2.1.2 大井法

采用潜水计算公式：

式中：H—含水层厚度（m）；S—预测降深（m）；R—影响半径（m）；r0—引用影响半径（m），r0=261。

水位以下矿体面积213774m2，预测降深69.113m，含水层厚度45.83m，影响半径918m，矿体底板标高233m。将各项数据代入公式，计算石炭-二叠系含水层涌水量为12880m3/d。

2.2 底板水矿坑涌水量预测

坑道位于上石炭统本溪组中，底部有铝土矿、粘土岩和铁质页岩等隔水层存在，坑道掘进一般不揭露中奥陶统灰岩含水层。但隔水层厚度不均，平均在5.96m左右，且属软弱-半坚硬岩石，在薄的地段奥灰水就很容易冲破上石炭统软弱的铝土页岩、粘土岩等隔水层而突入坑道，造成大量充水。本次预测不发生突水时的涌水量。计算方法取坑道宽度为一边的正方形作平底井，选用承压非完整井平底进水公式。研究区此部分含水层地下水位标高平均为272.653m，渗透系数（K）采用钻孔下部含水层抽水试验结果平均值0.18263m/d。

承压非完整井平底进水公式：

式中：S—预测降深（m）；r0—坑道宽度的一半（m），r0=2。

预测降深39.653m，矿体底板标高233m，预算O2m含水层涌水量58m3/d。

2.3 涌水量分析

通过计算，矿坑顶板涌水量利用大井法和水动力学法计算结果进行加权平均，为13797m3/d，底板涌水量58m3/d，合计矿坑涌水量为13855m3/d，在隔水层正常发育情况下，影响矿坑充水的主要因素是顶板水。

3 结论和建议

（1）研究区属以裂隙岩溶含水层充水为主、顶板间接进水、水文地质条件中等（偏下）的矿床。

（2）研究区水文地质条件中等，地表水质基本良好，地下水质较差。