大井法中水資源論證的應(yīng)用

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［摘要］在礦坑取（排）水水資源論證工作中，由于坑道內(nèi)的水來自于巷道周圍基巖裂隙中的滲聚，相對于傳統(tǒng)的取水井來說，坑道內(nèi)布局復(fù)雜，常有多個水平中斷，無固定的水面埋深，無靜止的潛水水面，其涌水量受礦坑面積的變化而增減。因此，隨著回采工作的進(jìn)行，采空區(qū)的不斷加大，礦坑涌水量也會隨之變化?！按缶ā笔穷A(yù)測礦坑涌水量的一種常用的方法。文中運用抽水試驗確定礦坑現(xiàn)階段滲透系數(shù)K值及影響半徑R值后，利用“大井法”預(yù)測礦井未來涌水量的大小，再通過相應(yīng)的公式計算未來礦坑采空疏干后最大涌水量及R值，最終完成地下水取水水資源論證工作。

［關(guān)鍵詞］礦坑取（排）水；大井法；水資源論證

1確定礦坑涌水量的重要性

在水資源論證工作中，確定取水工程的涌水量是水文地質(zhì)工作及編制論證報告書的主要任務(wù)之一，也是企業(yè)確定生產(chǎn)用水及疏干排水設(shè)備配套安裝的依據(jù)，涌水量的大小直接影響著企業(yè)設(shè)計生產(chǎn)能力。

2大井法的應(yīng)用原理

在礦井疏干過程中，當(dāng)?shù)V井涌水量包括其周圍的水位降低呈現(xiàn)相對穩(wěn)定的狀態(tài)時，即可認(rèn)為以礦坑為中心形成的地下水輻射流場基本滿足穩(wěn)定井流的條件。雖然礦坑的形狀極不規(guī)則，尤其是坑道系統(tǒng)，分布范圍大，構(gòu)成復(fù)雜的邊界，要求將它理想化，在理論上可以將形狀復(fù)雜的坑道系統(tǒng)看成一個在工作的大井，整個坑道系統(tǒng)的涌水量就是大井的涌水量從而可以近似應(yīng)用裘布依穩(wěn)定流基本方程計算礦坑涌水量，這種礦坑涌水量的計算方法稱為“大井法”。

3大井法工作實例

遼寧省北票市沙金溝金礦是北票市一家金選企業(yè)，始建于20世紀(jì)70年代，原為小型集體企業(yè)，后經(jīng)當(dāng)?shù)卣鷾?zhǔn)轉(zhuǎn)制，現(xiàn)為私營企業(yè)，現(xiàn)正在生產(chǎn)運行中。該企業(yè)金礦石為井下開采，同時取用采區(qū)內(nèi)生產(chǎn)2號斜井巷道內(nèi)礦坑排水為企業(yè)生產(chǎn)用水。在為其編制《水資源論證報告》書時，其礦井未來涌水量大小的預(yù)測采用了“大井法”。3.1礦區(qū)所在區(qū)域地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件3.1.1地質(zhì)條件該區(qū)屬大凌河二級支流蒙古營河流域上游山丘區(qū)，該區(qū)屬典型低山丘陵區(qū)，山勢陡峭，溝谷發(fā)育，基巖裸露，生產(chǎn)取水井處于山丘坡地上，由古老的太古界變質(zhì)巖類構(gòu)成。該區(qū)基巖區(qū)以古老的太古界變質(zhì)巖，主要巖性為黑云角閃斜長片麻巖及石英巖為主，由于該區(qū)巖漿活動較為強烈，主要巖性的片麻巖片麻理產(chǎn)狀紊亂，因此區(qū)內(nèi)片麻理方向不能顯示區(qū)域變質(zhì)作用的指示方向。該區(qū)火成巖體為二疊系黑云母石英閃長巖，巖體內(nèi)常見片麻巖俘虜體，接觸帶附近同化混染作用較強。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，規(guī)模較小，該礦礦脈受此構(gòu)造控制，該斷裂為導(dǎo)礦和容礦構(gòu)造。3.1.2水文地質(zhì)條件1）地下水的賦存條件及分布規(guī)律該區(qū)地下水的賦存規(guī)律受氣象，水文，地貌，地層巖性等因素影響，按地下水賦存條件及地層成因類型劃分，該區(qū)地下水主要為變質(zhì)巖類裂隙水。2）變質(zhì)巖類裂隙水該區(qū)基巖區(qū)賦存變質(zhì)巖類裂隙水。基巖由古老的太古界變質(zhì)巖混合而成巖性黑云片麻巖，角閃片麻巖，夾石英巖構(gòu)成。顆粒間有孔隙存在，孔隙度較第四系松散沉積物小得多，透水性及含水性也較弱，但受風(fēng)化作用及壓扭性，張扭性小斷裂構(gòu)造的影響及冰劈作用等因素進(jìn)而產(chǎn)生裂隙，形成裂隙含水層。該礦主要生產(chǎn)用水均為基巖裂隙水3.2地下水資源量分析由于該礦生產(chǎn)取水井所處位置的特殊性及水源取水類型特殊性不太適用于降雨入滲系數(shù)等一些方法評價地下水資源量，故依據(jù)《導(dǎo)則》采用抽水試驗實抽法評判供水井的實際供水能力，并利用“大井法”推算未來礦井涌水量的大小。3.2.1利用抽水試驗實抽法確定K值及現(xiàn)階段Q和R該企業(yè)生產(chǎn)斜井斜長360m，坡度32°，依據(jù)三角函數(shù)計算出垂深190.8m，礦井井口開口即為基巖，斜長300m處垂深150m處見有裂隙水，基巖裂隙含水層40.8m，井內(nèi)底部蓄水，積蓄礦坑內(nèi)的排水，再通過流量50m3/h潛水泵抽到地面車間用于生產(chǎn)用水。抽水試驗出水量使用該企業(yè)安裝的超聲波流量計計量，抽水試驗結(jié)果為：采用50m3/h的潛水泵進(jìn)行抽水，穩(wěn)定出水量28m3/h，抽水24h，日供水能力672m3/d。由于基巖含水層揭露，故采用承壓轉(zhuǎn)無壓及經(jīng)驗公式：Q=1.366K(2H-Sω)•SωLgR-Lgr（1）R=10SωK（2）二者聯(lián)立，采用試算法，求出滲透系數(shù)K值以及現(xiàn)階段的影響半徑R值。式中：Q——礦井涌水量，m3/h；K——基巖滲透系數(shù)，m/d；H——礦井含水層厚，m；Sω——礦井疏干后水位降深，m；R——礦井現(xiàn)階段影響半徑，m；r——礦井半徑m。通過抽水試驗及試算法得出：K=0.74m/d現(xiàn)階段：R=350.97m，Q=672m3/d。3.2.2“大井法”推測未來最大Q及R值由于該企業(yè)為礦坑排水取水，生產(chǎn)人員入升井的工作面已經(jīng)疏干，實抽的地下水為井下巷道內(nèi)巖石滲水，因此，礦井的涌水量會隨著井下采空區(qū)面積的增大而有所變化，抽水試驗涌水量只能代表此生產(chǎn)礦井現(xiàn)階段生產(chǎn)狀態(tài)下的涌水量，依據(jù)《水資源論證導(dǎo)則》要求，要推算評價礦坑未來排水量，由于礦井水的疏干，水位降深值取值為含水層厚度值，由于未來井田設(shè)計開拓延伸的巖石結(jié)構(gòu)及巖性與現(xiàn)階段巖層無變化，這樣，滲透系數(shù)K值可以取用現(xiàn)階段計算出的值。采用“大井法”再通過公式計算礦井未來最大涌水量Q及最大影響半徑R值。該企業(yè)的自主采區(qū)礦體長680m，現(xiàn)主采生產(chǎn)斜井共6個中段，巷道截面每個寬2.2m，通過先期鉆孔勘測得到該企業(yè)坑道系統(tǒng)含水層H：40.8m，坑道內(nèi)開采礦體地面投影大致為矩形，且b/a>0，（a,b為矩形的邊長）,查坑道系數(shù)b/a對應(yīng)取值表，利用公式r0=坑道系數(shù)值×（b+a）/4，求得企業(yè)采區(qū)坑道系統(tǒng)在地面投影，換算成圓柱體大井半徑為r0=182m，滲透系數(shù)K值為0.74m/d，未來礦體采空礦井疏干后水位降深值為40.8m。將大井半徑r，滲透系數(shù)K值，含水層厚度H，疏干后水位降深值Sω等以上數(shù)據(jù)代入涌水量公式。利用試算法（逼近法）計算，礦井礦體采空后礦井最大涌水量150.2m3/h，最大影響半徑532.97m。以上通過抽水試驗及大井法的運用共同確定了礦坑現(xiàn)階段及未來的Q，K，R等值，再依據(jù)《水資源論證導(dǎo)則》其他要求編制，最終完成《水資源論證報告》書的編制工作。格式及要求見《水資源論證導(dǎo)則》。

4結(jié)語

“大井法”預(yù)測礦井涌水量雖工作程度簡單，但有它的不足之處，它畢竟只是通過簡單地數(shù)值計算推算，在復(fù)雜的地下水及地質(zhì)巖層構(gòu)造系統(tǒng)中，可能會產(chǎn)生與實際相差誤差較大的結(jié)果，所以，該方法只適用于地質(zhì)構(gòu)造簡單、企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較小、地下水含水層無復(fù)雜水力聯(lián)系的區(qū)域中，在上述條件都不具備時，應(yīng)采用其他的方法相結(jié)合比較，如數(shù)值模擬法、水文地質(zhì)比擬法等，相互驗證，最終使預(yù)測的涌水量值更加接近實際值，從而積累出寶貴的經(jīng)驗。

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作者:李秉偉 單位:遼寧省北票市水資源辦公室