滇西某铅锌矿床矿坑涌水量预测与分析
赵雪琼,程先锋,李广涛,王明伟,齐武福
【摘 要】[摘 要] 滇西某铅锌矿是近年来新发现的隐伏大型矿床,矿区水文地质条件复杂,涌水量预测的准确与否将直接影响矿山的安全生产。本文在对矿区水文地质条件系统分析的基础上,建立了矿区水文地质概念模型,通过矿区边界条件概化和水文地质参数确定,采用数值法模拟预测了矿坑的涌水量。同时,为保证模拟结果的可靠性,采用“大井”法进行了矿坑涌水量计算,并将两种方法预测结果进行了对比分析,给出了较合理的矿坑涌水量。 【期刊名称】地下水
【年(卷),期】2011(033)006 【总页数】4
【关键词】[关键词] 矿区水文地质;矿坑涌水量;数值模拟;大井法
滇西某铅锌矿是近年来新发现的隐伏大型矿床,主矿体埋藏较深,几乎全部处于当地最低侵蚀基准面之下,属岩溶充水矿床,矿床水文地质条件复杂。针对该矿区实际情况,合理计算矿坑涌水量可为矿山设计部门提供科学依据,以便于准确地进行矿坑排水方案和措施的设计。本论文在矿区水文地质项目研究基础上,开展了矿区水文地质野外调研及资料分析总结工作,采用数值模拟和“大井法”分别进行了矿坑涌水量预测,并依据计算结果提出了未来矿山开采过程中,预防矿坑涌水保证安全生产的建议。
1 矿区地质、水文地质概况
滇西某铅锌矿位于云南高原的西部边缘,区域上属施甸-保山近南北向对冲式构造带的中心部位。矿区总体构造为一北东向展布的破向斜,区内断裂构造发
育,主要有北东向、近南北向和北西向等三组断裂,断裂性质复杂,纵横交错,将矿区切割成断块状,形成“井”字形构造格局,见图1所示。赋矿层位为石炭系下统香山组(C1 x),外围出露地层有泥盆系中统何元寨组(D2 hy)、大寨门组(D3 d)、卧牛寺组(C3 w)和三叠系河湾街组(Th),第四系(Q)松散层主要分布在山间盆地和山地平缓处。矿体主要产于北东向F16、F17断层破碎带中,严格受破碎带及香山组(C1 x)泥质灰岩、炭质灰岩控制。
矿区主要含水层是香山组(C1 x),分布全矿区,岩性为泥灰岩、灰岩及炭质灰岩夹少量的白云质灰岩。通过钻孔揭露,该岩性由于受F16、F17断裂构造影响,岩体破碎,节理裂隙发育,普遍具张开性。C1 x地层中溶孔、溶槽、溶隙、岩溶洼地、漏斗、溶洞等均较为发育,既有利于降雨和地表水的下渗,也为地下水提供了良好的赋存和运移空间。矿床水文地质类型属于岩溶充水矿床中的第一亚类——溶蚀裂隙为主的矿床。
矿区地表水系主要是马桥河,长观流量60-1 500 L/s。泉点主要集中在马桥河沿岸,雨季流量0.22~24.99 L/s。矿体几乎全部处于当地最低侵蚀基准面之下,矿床水文地质条件复杂。
在矿床开采过程中,疏排地下水将形成降落漏斗,从而改变天然地下水流场,东面马桥河河水通过裂隙、溶隙补给地下水,西面F7断裂可能沟通东河渗流至矿坑,北东面三叠系中统岩溶裂隙水可能通过F1断裂涌入矿坑,而矿区C1 x碳酸盐岩则直接接受大气降水和农田灌溉水补给,下渗涌入矿坑。可见,矿区水文地质条件复杂,充水岩层富水性强,补给条件好,开采过程中,矿坑涌水量会比较大,开采前有必要对涌水量进行模拟预测。
2 矿坑涌水量的数值模拟
2.1 数学模型建立
水文地质概念模型是数值模拟的基础,本次模拟矿区岩层为香山组(C1 x),它既是容矿层又是充水含水层,其间无连续稳定的隔水层,具有较为统一的水力联系,概化为单一潜水含水系统。C1 x岩层岩溶、裂隙发育,具有明显的非均一性,概化为非均质各向异性含水介质,地下水为层流运动的潜水三维流。受裂隙、溶隙和断裂等多途径的沟通,马桥河与矿床的水力联系紧密,开采条件下,马桥河可作为矿区东部和南部的定水头边界。F7断层破碎带强透水性致使东河水可能沿之南流补入矿坑,矿区北部在F7断层东侧C1 x碳酸盐岩中形成的RD08大溶洞为这种可能性提供了潜在通道。开采某个中段时,东河补入矿坑的地下水水力坡度和过水断面基本不变,因此,F7断层可处理为矿区西部的定流量边界。F1断层具有良好导水性,在矿区东北使得T2和C1两大碳酸盐岩强含水层发生联系,由于T2含水层富水性好,开采条件下,矿区东北部T2含水层犹如一个巨大的地下水库源源不断地渗流进入矿坑。矿坑到F1断层水力坡度和过水断面也基本不变,同样可处理为矿区东北部的定流量边界。综上所述,矿区地下水流系统可概化为非均质各向异性三维非稳定地下水流系统。 根据上述水文地质概念模型,建立了矿区地下水流数学模型:
式中:Kxx、Kyy、Kzz为含水层在主轴方向上的渗透系数投影(m/d);h为含水层水位(m);W为补给强度(m/d);P为矿区巷道排水量强度 (m/d);μ为含水层给水度;Γ1为定水头边界;Γ2为定流量边界;M、C为常数。 2.2 水文地质参数选取
本项研究中渗透系数初值主要根据室内实验数值,采用渗透张量来解决三维渗透系数,由于不同深度处的渗透系数差别较大,为了能更好地反映现实情况,
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