石芒坑金矿抽水与注水试验及涌水量预测

李中权

（安徽省地质矿产勘查局322地质队）

石芒坑金矿位于安徽省宣城市泾县黄村镇，详查阶段水文工作主要任务之一是基本查明矿区水工环地质条件，矿床主要含水层的性质、分布及地下水的补、径、排泄条件，预测矿坑涌水量。根据矿区水文地质勘查规范要求，利用钻孔ZK1102 进行了稳定流抽水试验，求取渗透系数，从而准确预测矿坑涌水量［1］。

1 水文地质条件

1.1 区域水文地质概况

石芒坑金矿区域上属于皖南中低山水文地质区，具有良好的补、径、排泄条件，区域水文地质条件属于简单类型。按含水介质、孔隙类型和地下水的赋存条件，区域内地下水类型有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水和基岩裂隙水3 种［2］。其中基岩裂隙含水岩组岩性主要为石英砂岩、粉砂岩，构造裂隙发育，且裂隙开启程度好，地下水较丰富，泉流量常见为0.5～1.0 L/s。

1.2 矿床水文地质特征

1.2.1 含水岩组

（1）中等—强富水的第四系孔隙含水岩组［3］主要分布于矿区的中北部低洼地段及山间坳陷，为河流冲洪积物，厚度为0.80～9.63 m（钻孔揭露）。上部岩性为粉质黏土，可塑—软塑状态，下部为砂砾层及砾石夹层，富水性中等—强，透水性强。该含水层主要接受大气降水补给，下部与弱富水的砂岩裂隙含水岩组接触，并存在水力联系。

（2）弱富水性的第四系孔隙含水岩组零星分布于矿区东侧山间坡地，为残坡积物，岩性主要为含碎石黏土，富水性弱。

（3）弱富水的志流系砂岩裂隙含水岩组［3］分布于整个矿区，岩性主要为浅紫、紫红色细砂岩、粉砂岩、石英砂岩，为矿床主要充水含水层。根据详查工作钻孔编录资料，该含水层裂隙发育程度一般，弱富水性。以往工作未进行专门水文地质工作，无相应的水文地质参数。详查阶段工作须进行抽水试验、注水试验求取主要含水层（志留系砂岩、粉砂岩）的渗透系数，进行矿坑涌水量预测，研究矿区主要志留系砂岩的含水性质及含水层之间的水力联系等，为矿山后期开采设计提供参考依据。

1.2.2 相对隔水岩组

隔水岩组主要由新近系安庆组、古近系双塔寺组、晚白垩系赤山组及岩体组成，岩性主要为土黄、灰黄色砾卵石，浅灰砂质泥岩、泥岩，灰紫、紫红色厚层砾岩、砂砾岩夹黄褐、灰紫色砂岩透镜体，花岗闪长斑岩。其富水性差，构成相对隔水层。

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2 抽水与注水试验

2.1 试验方案

（1）抽水试验方案。利用钻孔ZK1102，采用口径91 mm 深井泵进行稳定流抽水试验，抽水过程中保持流量固定，连续抽取地下水，在钻孔内形成人工降深场，利用水量与水位下降的历时变化关系，计算主要含水层渗透系数［4］。

（2）注水试验方案。利用清水泵往钻孔ZK1102进行定水头注水试验。注水过程中保持孔内水位固定，通过水位与注水量的函数关系，求取主要含山层的渗透系数［5］。抽水试验的原理与抽水试验相同，但抽水试验是在含水层内形成降落漏斗，而注水试验是在含水层上形成反漏斗。其观测要求和计算方法与抽水试验类似。

2.2 稳定流抽水试验过程及结果

正式抽水之前采用钻杆进行洗孔，洗至孔口返清水结束。第一次抽水持续9 min 掉泵，水位降至水泵以下，导致抽水中断。抽水中断后观测恢复水位，发现钻孔水位恢复很慢，推断含水层补给不足，无法进行持续抽水试验。观测恢复水位一定时间后分别进行了第2 次和第3 次抽水试验，均仅持续1 min 就掉泵。试验结果详见图1。

抽水试验采用工程地质手册经验公式［4］进行计算：

式中，K为渗透系数，m/d；Qy为涌水量，取值0.49 L/s；H代表含水层厚度，取值80.61 m；S 为水位降升，取值12.80 m；r为钻孔内半径，取值0.046 m；R 代表抽水影响半径，m。

将参数代入式（1）、式（2），求得渗透系数K1=0.126 m/d。

2.3 注水试验过程及结果

2.3.1 现场试验

在注水试验前先进行地下水位观测，注水试验初始水位为42.0 m。用水桶注入水量，并记录数据。固定水位降升为2 m，当连续2 次量测的注入量之差不大于最后1次注入量的10%时，试验结束，取最后1次注入流量作为计算值。试验结果详见图2。

注水试验采用工程地质手册中的经验公式［5］计算渗透系数，在试段长度L 与钻孔内半径r 的比值大于4时，有

式中，Qz为注水量，取值为0.025 L/s；L为试段长度，取值为60.37 m。

将各参数代入式（3），求得渗透系数K2=0.023 m/d。

2.4 渗透系数对比分析及选取

抽水试验取得渗透系数是注水试验取得的5.478倍，造成抽水试验与注水试验渗透系数相差较大的原因如下：

（1）抽水试验泵水量偏小，抽水持续时间短，取得的渗透系数代表性较差，导致抽水试验求得的渗透系数较注水试验求得的渗透系数偏大。

（2）抽水试验与注水试验段位置及长度不一致，导致渗透系数相差较大。

砂岩渗透系数经验值K3=3×10-6～6×10-6m/s（0.26 ～0.52 m/d），粉砂岩渗透系数经验值 K4=1×10-11～1.4×10-8m/s（8.6×10-7～1.2×10-3m/d）。根据试验结果，K4＜K2＜K1＜K3。工作区主要含水层岩性为砂岩、粉砂岩、石英砂岩，根据钻孔岩心水文地质工程地质编录情况，岩心裂隙一般发育，仅局部较发育。根据钻孔岩心揭露情况及以往工作经验综合考虑，确定选取注水试验取得的渗透系数K2值进行矿坑涌水量预测。

3 矿坑涌水量预测

3.1 预测方法及结果

矿体主要赋存于岩体与砂岩接触带，矿床主要含水层为志留系唐家坞组砂岩，富水性弱，根据其空间分布特征，石芒坑金矿属于裂隙直接充水矿床。

依据矿床含水层结构及分布特征，主要含水岩组分布范围延伸至区外，水文地质单元可视为无限边界，为此，矿坑涌水量Q 计算采用大井法计算［4］。对于潜水完整井，计算公式为

式中，K为渗透系数，m/d，h代表计算矿坑最大涌水量时含水层厚度，m。

K 采用注水试验渗透系数K2；H 利用详查工作16个钻孔编录资料确定，H=90.60 m；h 以主矿体最低赋存标高为基准，取0 m；矿体平面投影总面积约为0.16 km2，求得R=225.7 m。

将参数代入式（4）、式（5），得到矿坑涌水量Q=166 m3/d。

3.2 预测结果可靠性说明

（1）本次预测的矿坑涌水量不包括因开采不当及未查明的隐蔽导水构造带水量。钻孔按照规范要求的工程网度进行布设，钻孔只能揭露钻孔区域的裂隙发育情况，对于钻孔探测范围外的隐蔽型的矿床天然充水通道无法揭露，隐蔽导水构造带的地下水量无法进行预测，因此隐蔽导水构造带水量不包含在本次矿坑涌水量预测结果内。将来在矿山开采前须进行超前探放水工作。

（2）由于矿区详查阶段仅进行了单孔抽水试验，计算参数代表性有限，矿坑涌水量预测值与未来矿山开采排水量可能存在差异，亦属正常。

（3）区域基岩裂隙含水岩组泉流量常见为0.5～1.0 L/s，属于弱富水性。矿区主要含水层岩性为砂岩、粉砂岩、石英砂岩，富水性弱。试验结果中确定渗透系数K 为0.023 m/d，涌水量Q=166 m3/d，均可证明矿区主要含水层为弱富水性。这也从侧面说明抽水试验及注水试验结果较可靠。

4 结 论

（1）通过注水试验与抽水试验结果对比分析，求得工作区渗水系数为0.023 m/d，采用大井法进行矿坑涌水量预测，计算涌水量为166 m3/d，预测结果具有一定参考价值，可为后期矿山开采设计提供参考。

（2）详查阶段工作因工程网度等原因，仅进行了单孔抽水试验，隐蔽导水构造带分布未查明，建议矿山开采前进行专门水文地质工作，详细查明矿区水文地质条件。