露天转地下矿山的坑内涌水量预测

普文周

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

长安金矿区位于金平县城270°方向，平距约10 km，隶属金平县铜厂乡铜厂村委会管辖。矿山2003年建矿，于2015年6月底露采结束，之后转为坑内开采。矿区水文地质勘探类型属以裂隙岩溶含水层直接充水为主的中等偏复杂类型。露天开采转为坑内开采后，预测可靠的矿坑涌水量是矿床开采设计水文地质工作的中心课题。

1 矿区地质概况

矿区位于懂棕河断裂北侧，属丽江—金平地层分区之金平地层小区，为一套被动陆缘的半深海斜坡扇沉积(O)、陆棚—碳酸盐岩台地沉积(S-P)。区褶皱和断裂构造的复合作用是形成长安金矿的重要构造条件。

矿区出露地层从新到老依次为第四系人工堆积物(Qs)、残坡积物(Qedl)、志留系上中统康廊组(S2-3k)、奥陶系—志留系大坪子组(OSdp)、奥陶系中统南板河组(O2n)、奥陶系下统向阳组(O1x)。

2 矿区水文地质特征

矿区地处滇南低纬度高原地区，地处北回归线以南，具有垂直气候分带复杂、低纬山原型季风气候特点，属热带湿风无寒地区。雨量充沛，根据金平县气象局1965—2018年观测资料统计，年降水量达1 937.7～2 839.1 mm，多年平均降水量2 169.15 mm，日最大降水量197.2 mm。每年的5—10月为雨季，降雨集中，多大雨和暴雨，雨季多年平均降水量1 779.98 mm，占全年降水量的82 %；11月至次年4月为旱季，晴天多日照、风速大、雨量稀少，旱季多年平均降水量389.17 mm，占全年降水量的18 %。多年平均气温18.0 ℃。

2.1 矿区含、隔水层

矿区出露地层较简单，可划分为3个含水层：①第四系(Q)松散孔隙含(透)水层(对矿床充水影响不大)；②志留系中上统康朗组(S2-3k)、奥陶系上统—志留系下统大坪子组(OSdp)、奥陶系中统南板河组三段(O2n3)碳酸盐岩岩溶裂隙含水层(对矿床开采有影响，为矿床开采底板间接充水含水层)；③奥陶系中统南板河组一段(O2n1)、二段(O2n2)、下统向阳组二段(O1x2)碎屑岩裂隙含水层(未来开采矿体多分布于该含水层水位之下，构成矿床直接充水含水层)。

2.2 地下水的补给、径流、排泄条件

矿区为一个较完整的水文地质单元，地下水主要补给来源为大气降水。各含水层在其露头区接受大气降水下渗补给后，径流方向受岩性、构造、地形控制，一般由地形高处向地形低洼处径流，未开采前总体流向为由南东流向北西，在地形、岩性、构造有利部位排泄，总体汇入区内主要河流—鱼礼河。长安矿段露天采场和坑道排水后，逐渐形成了以采矿系统为中心的地下水降落漏斗，改变了矿区地下水的原始径流方向，现采坑四周地下水均向采坑中心汇集，以滴水、淋水及涌水的方式集中排泄。

2.3 地下水动力条件

大气降水为矿区地下水的主要补给来源，大气降水和矿区西侧S2-3k岩溶裂隙水产生的地表径流通过裂隙转为地下径流，水文地质边界清楚。S2-3k岩溶裂隙含水层分布区，大气降水除蒸发外，一部分形成地表径流，顺山坡、沟谷汇入鱼礼河排泄；另一部分通过岩溶洼地、节理裂隙及第四系松散层与基岩接触面渗入地下形成潜流，呈水平散流或集中径流，也流向鱼礼河方向排泄。O1x碎屑岩裂隙水垂向上通过层间裂隙、垂直节理、构造裂隙带，补给到更深的含水层，在坑采阶段经生产坑道揭露而流出，现阶段部分地下水在采坑坑帮溢出汇入采坑，通过机械排泄。

3 矿坑涌水量预测

3.1 涌水量估算

矿山目前露天开采已经结束，目前正在进行地下开采工程建设。开采范围为采矿权范围内10～9#勘探线平面范围，竖向标高1 542～1 250 m之间。开采顺序竖向上由上往下，平面上由回风井向进风井后退式开采。采矿方法为无底柱分段崩落法与浅孔留矿法，1 350 m标高以上采用无底柱分段崩落法为主，浅孔留矿法为辅，1 250～1 350 m标高之间采用浅孔留矿法。1 450 m标高以上的水，利用1 450 m排水平硐自流排出地表；1 250～1 450 m标高之间的水经1 250 m排水系统由电梯井排至1 450 m排水平硐，经自流排出地表，见图1。

图1 井下总体的巷道模型与露天坑的示意图

该次涌水量估算根据排水方式及开采顺序，分2个时段来估算。第一时段为开采至1 450 m中段时的涌水量，第二时段为开采至1 250 m中段时的涌水量。根据采矿专业圈定的1 250 m移动范围、1 250 m冒落带范围、1 450 m冒落带范围以及1 604 m闭合圈，见图2。将开采至1 450 m及开采至1 250 m中段的涌水量分为如下几个部分进行估算，见表1。

图2 采矿移动范围、冒落带范围及1 604 m封闭圈关系图

表1 涌水量估算分区表

图3 开采至1 450 m中段时地表水估算范围分区图

图4 开采至1 250 m中段时地表水估算范围分区图

3.2 开采至1 450 m中段时的涌水量估算

(1)Q1(移动范围降雨渗入量)

采用公式：Q=F·H·ψ

式中：

Q——1 250 m移动范围并扣除1 604闭合圈及1 450 m冒落带范围的降雨入渗量，m3/d；

F——1 250 m移动范围并扣除1 604闭合圈及1 450 m冒落带范围的汇水面积(采用采矿专业提供的图件，在图上测得面积)，m2；

H——降雨量(雨季一日最大降雨量取历史最大日降水量)，m；

ψ——降雨入渗系数(矿体近乎垂直产出，开采顺序从上到下，冒落带直接沟通地表，矿体上部无塑形隔水层，根据采矿设计手册矿产地质卷1 150页渗入系数参考值)。

(2)Q2(1 450 m冒落带及1 604闭合圈渗入量)

采用公式：Q=F·H·ψ

式中：

Q——1 604闭合圈及1 450 m冒落带范围的降雨入渗量，m3/d；

F——1 604闭合圈及1 450 m冒落带范围的汇水面积(采用采矿专业提供的图件，取两者交集，在图上测得面积)，m2；

H——降雨量(雨季1日最大降雨量取历史最大日降水量)，m；

ψ——降雨入渗系数(矿体近乎垂直产出，采矿方法为崩落法，且封闭圈区域内的水无条件截流外排，故取值1)。

(3)1 450 m中段地下涌水量

矿体在1 600 m标高以下近乎垂直，故涌水量的计算采用廊道法计算：

式中：

Q——1 450 m矿坑涌水量，m3/d；

B——1 450 m巷道长度，根据采矿提供中段平面图，测量得出；

K——据水工环地质报告进行取值；

h1——平巷至静止水位的距离；

h2——平巷中的水头高度；

开采至1 450 m中段时的涌水量估算结果为：①+②+③。

3.3 开采至1 250 m中段时的涌水量估算

开采至1 250 m中段时的涌水量估算也是采用上述同样的方法，对Q3、Q4及1 250 m中段地下涌水量进行估算，然后求和得到开采至1 250 m中段时的涌水量。

4 预测结果验证

目前长安金矿1 450 m以上总的开拓系统已形成，矿山对1 450 m中段涌水量进行了实测，1 450 m中段的实测涌水量与预测涌水量基本相同。

5 结 语

综上所述，露天转地下矿山的坑内涌水量的预测除了考虑地表水的下渗以及地下水充水因素的影响，还要充分考虑采矿移动范围、冒落带范围、露天截洪沟的设置等因素的影响。矿坑涌水量预测的可靠程度将会直接影响矿床的合理开发和安全生产。