大井法中水資源論證的應用

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［摘要］在礦坑取（排）水水資源論證工作中，由于坑道內的水來自于巷道周圍基巖裂隙中的滲聚，相對于傳統的取水井來說，坑道內布局復雜，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，隨著回采工作的進行，采空區的不斷加大，礦坑涌水量也會隨之變化。“大井法”是預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階段滲透系數K值及影響半徑R值后，利用“大井法”預測礦井未來涌水量的大小，再通過相應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工作及編制論證報告書的主要任務之一，也是企業確定生產用水及疏干排水設備配套安裝的依據，涌水量的大小直接影響著企業設計生產能力。

2大井法的應用原理

在礦井疏干過程中，當礦井涌水量包括其周圍的水位降低呈現相對穩定的狀態時，即可認為以礦坑為中心形成的地下水輻射流場基本滿足穩定井流的條件。雖然礦坑的形狀極不規則，尤其是坑道系統，分布范圍大，構成復雜的邊界，要求將它理想化，在理論上可以將形狀復雜的坑道系統看成一個在工作的大井，整個坑道系統的涌水量就是大井的涌水量從而可以近似應用裘布依穩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，始建于20世紀70年代，原為小型集體企業，后經當地政府批準轉制，現為私營企業，現正在生產運行中。該企業金礦石為井下開采，同時取用采區內生產2號斜井巷道內礦坑排水為企業生產用水。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測采用了“大井法”。3.1礦區所在區域地質條件水文地質條件3.1.1地質條件該區屬大凌河二級支流蒙古營河流域上游山丘區，該區屬典型低山丘陵區，山勢陡峭，溝谷發育，基巖裸露，生產取水井處于山丘坡地上，由古老的太古界變質巖類構成。該區基巖區以古老的太古界變質巖，主要巖性為黑云角閃斜長片麻巖及石英巖為主，由于該區巖漿活動較為強烈，主要巖性的片麻巖片麻理產狀紊亂，因此區內片麻理方向不能顯示區域變質作用的指示方向。該區火成巖體為二疊系黑云母石英閃長巖，巖體內常見片麻巖俘虜體，接觸帶附近同化混染作用較強。礦區內構造以斷裂構造為主，規模較小，該礦礦脈受此構造控制，該斷裂為導礦和容礦構造。3.1.2水文地質條件1）地下水的賦存條件及分布規律該區地下水的賦存規律受氣象，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，該區地下水主要為變質巖類裂隙水。2）變質巖類裂隙水該區基巖區賦存變質巖類裂隙水。基巖由古老的太古界變質巖混合而成巖性黑云片麻巖，角閃片麻巖，夾石英巖構成。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，但受風化作用及壓扭性，張扭性小斷裂構造的影響及冰劈作用等因素進而產生裂隙，形成裂隙含水層。該礦主要生產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等一些方法評價地下水資源量，故依據《導則》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值及現階段Q和R該企業生產斜井斜長360m，坡度32°，依據三角函數計算出垂深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，井內底部蓄水，積蓄礦坑內的排水，再通過流量50m3/h潛水泵抽到地面車間用于生產用水。抽水試驗出水量使用該企業安裝的超聲波流量計計量，抽水試驗結果為：采用50m3/h的潛水泵進行抽水，穩定出水量28m3/h，抽水24h，日供水能力672m3/d。由于基巖含水層揭露，故采用承壓轉無壓及經驗公式：Q=1.366K(2H-Sω)•SωLgR-Lgr（1）R=10SωK（2）二者聯立，采用試算法，求出滲透系數K值以及現階段的影響半徑R值。式中：Q——礦井涌水量，m3/h；K——基巖滲透系數，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值由于該企業為礦坑排水取水，生產人員入升井的工作面已經疏干，實抽的地下水為井下巷道內巖石滲水，因此，礦井的涌水量會隨著井下采空區面積的增大而有所變化，抽水試驗涌水量只能代表此生產礦井現階段生產狀態下的涌水量，依據《水資源論證導則》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，由于未來井田設計開拓延伸的巖石結構及巖性與現階段巖層無變化，這樣，滲透系數K值可以取用現階段計算出的值。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。該企業的自主采區礦體長680m，現主采生產斜井共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坑道系統含水層H：40.8m，坑道內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b/a對應取值表，利用公式r0=坑道系數值×（b+a）/4，求得企業采區坑道系統在地面投影，換算成圓柱體大井半徑為r0=182m，滲透系數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K值，含水層厚度H，疏干后水位降深值Sω等以上數據代入涌水量公式。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階段及未來的Q，K，R等值，再依據《水資源論證導則》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《水資源論證導則》。

4結語

“大井法”預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值計算推算，在復雜的地下水及地質巖層構造系統中，可能會產生與實際相差誤差較大的結果，所以，該方法只適用于地質構造簡單、企業生產規模較小、地下水含水層無復雜水力聯系的區域中，在上述條件都不具備時，應采用其他的方法相結合比較，如數值模擬法、水文地質比擬法等，相互驗證，最終使預測的涌水量值更加接近實際值，從而積累出寶貴的經驗。

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作者:李秉偉 單位:遼寧省北票市水資源辦公室