关于露天采矿场涌水量的预测方法

郭广成

（中陕核工业集团二一一大队有限公司，陕西 西安 710024）

本文以新疆阿克苏市硝尔布拉克3号水泥用石灰岩矿为例，对露天采场涌水量进行评价分析。

1 矿山概况

新疆阿克苏市硝尔布拉克3号水泥用石灰岩矿位于新疆阿克苏市230°方位，直线距离48km处，面积0.0144 km2。该矿山开采标高+1330～+1257m，累计查明资源量为137.72万吨。开拓方式为公路开拓、汽车运输，开采方式为山坡露天开采，采矿方法为自上而下台阶式开采。

2 矿区水文地质条件

2.1 地下水赋存特征

通过对矿区进行深部钻探及地表水文地质调查证实：第一，矿区范围内未见泉露头；第二，+1257（钻孔最终深度）m标高以上，钻孔揭穿矿层深度范围内岩溶裂隙不发育；第三，钻孔终孔后，终孔稳定水位观测未发现地下水，故钻孔揭露矿层深度范围内没有地下岩溶裂隙水，对开采几乎无影响。

由于矿区范围内全部为基岩裸露区，无第四系分布，岩溶裂隙不发育，影响控制着该区地下水赋存特征。总体而言，该矿区地下水赋存形式为：以岩溶裂隙水的形式赋存于石灰岩的基岩岩溶裂隙中。

2.2 矿区地下水补给、径流、排泄条件

通过对区域水文地质条件的认识和了解，划定矿区为区域水文地质单元补给区。区内无地表水体，仅在暴雨季节发育南北流向的季节性河流。由于受区内气候、地形、地层岩性、构造等特征的控制，矿区范围内地下水补给、径流、排泄条件完整，构成次一级小型水文地质单元。

矿区范围内地下水主要接受大气降水和冰雪融水的补给，风化裂隙不发育，风化深度约1.5m，在基岩裸露区，降水或雪融水缓慢地通过地表风化裂隙、补给地表风化裂隙潜水，通过围岩破碎带或裂隙发育密集带直接补给矿床地下水，是矿床地下水的一个主要补给来源。通过矿区地质特征可知：矿区地下水受地形，地层产状及构造等因素的制约，总体由北西向南东径流。本区地下水排泄主要受气候及地形地质条件的制约，通过地质及水、工、环地质调查可知：本区为一单斜构造，区内未见地下水露头（泉）且蒸发量是降水量的数倍以上，上述条件决定了：矿山排水为区内地下水的主要排泄方式，蒸发和地下径流为次要排泄方式。降雨多以地表径流、大气蒸发及从采矿场排水沟中自然排泄到区外，渗入量微弱。总体而言，本区地下水补给、径流条件较差，排泄条件较好，地下水动、静储量补给有限，区内地下水对矿区开发不具制约条件。

2.3 矿床充水因素分析

矿区范围内无泉水出露，且岩性全为灰色致密块状灰岩，在勘查深度内（+1257m）钻孔施工过程中无涌水漏水情况且岩心裂隙不发育，终孔稳定水位观测未发现地下水，故钻孔揭露矿层深度范围内没有地下岩溶裂隙水。矿区充水的自然因素主要为北高南低的地形；地质因素为基岩岩溶裂隙水；人为因素为露天开采形成的采坑。充水水源主要为大气降水。

2.4 岩溶特征

矿区范围内岩溶特征主要表现为三种形式：裸露地表的碳酸盐岩表面溶蚀凹槽、小孔洞；岩溶裂隙：节理、裂隙呈条带状、网脉状发育。经地表观察，节理、裂隙倾向延伸20m左右，溶蚀轻微，裂隙微张或紧闭，充填粘土质及钙华层。溶洞：地表水文地质调查过程中未发现溶洞。

总之，矿区岩溶的发育与我国北方岩溶发育特征基本一致，程度较弱，岩溶率小于3%，属弱岩溶发育区。因此，岩溶发育程度对矿山资源量估算及开采影响较小。

3 预测原则

（1）露天采矿场涌水量是由地下水流入采矿场的水量和大气降水沿地面流入采矿场的水量所组成，大气降水沿地面流入采矿场的水量可按正常降雨量和设计频率暴雨量分别计算。

（2）由于受矿区气象水文、地质构造、地形地貌等自然因素的制约，地下水对露天采坑的补给甚微，计算时可不予考虑地下水涌水量。

（3）预算范围。本矿区水文地质条件具有以下特点：矿区处于相对独立的水文地质单元之补给区，周边地区没有大的地表水体存在，大气降水是地下水的唯一补给来源。根据主矿体所在矿区的位置，结合地形条件确定露天采场的范围，其采场地面形状为正方形，边长约120m。由于采场位于补给区山顶，故汇水面积亦为采场面积。

4 涌水量计算方法、公式的选择及计算参数的确定

4.1 计算方法

利用采矿场所处位置及地形确定采矿场汇水面积，并在当地气象站查询至少20年以上的水文气象资料，包括历年雨季降水量、历年雨季天数、暴雨强度递减系数n、降雨历时t、地区暴雨数m等参数，然后按正常降雨量和设计频率暴雨量分别计算露天采矿场涌水量。

4.2 计算公式的选择

正常降雨量时，流入采矿场的水量Q为：

式中：F——采矿场的汇水面积，m2；

A——历年雨季日平均降雨量，m；

设计频率暴雨时，流入采矿场的水量（Qp）可按下式确定：

Qp=FA爆′

式中：A爆——设计频率的雨量，m/日；

4.3 计算参数的确定

（1）汇水面积，由图上矿权边界范围线利用MapGis软件面积量算功能查询，面积为14400m2。

（2）历年雨季日平均降雨量，经查询，每年雨季日平均降雨量（见表1）。

经计算，历年雨季日平均降水量约为0.00077m。

（3）由于未收集到暴雨强度递减系数n、降雨历时t、地区暴雨

数m等参数，故无法计算设计频率暴雨量，参照邻区设计频率暴雨量为0.005m/日。

（4）正常降雨时和设计频率暴雨时的地表径流系数，查询地表径流系数表（见表2），分别为0.7、0.8。

注：①适用于暴雨径流量计算，对正常降雨径流量应将表中数值减去0.1～0.2。②当岩石有少量裂隙时，表中数值减去0.1～0.2，中等裂隙时，减去0.2，裂隙发育时，减去0.3～0.4。③当腐殖土、粘性土中含砂时，按其含量将表中地表径流系数值减去0.1～0.2。

5 计算结果、修约及精度评价

5.1 计算结果

5.5.1 正常降雨时

5.1.2 设计频率暴雨量时

Qp=FA爆′=14400×0.005×0.8=57.6m3/日，根据《GB8170-2008数值修约规则与极限数值的表示和判定》，指定修约间隔为10，则设计频率暴雨量时，每日流入采矿场的水量Q为60m3/日。

5.2 修约及精度评价

考虑历年雨季日平均降雨量的观测序列（n）长达21年；但暴雨地表径流系数值选用0.7、0.8有较大的误差。参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》，报告计算的历年雨季日平均降雨量（Q），其精度相当于D级，最大误差范围在60%～80%以内。

6 结语

硝尔布拉克3号石灰岩矿水文地质条件简单，充水因素主要为大气降水，计算时未考虑地下水涌水量。本文着重计算了正常降雨时和设计频率暴雨量时的降雨径流量，计算方法相对简单、有效，降雨径流量较小，对矿山开采影响相对较小。