某擬建鐵礦裂隙-巖溶礦區(qū)開(kāi)采涌水量數(shù)值模擬研究.pdf

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1、地質(zhì)學(xué)刊第36卷第4期doi：10．3969／j．issn．1674-3636．2012．04．428某擬建鐵礦裂隙一巖溶礦區(qū)開(kāi)采涌水量數(shù)值模擬研究劉德朋1，楊蘊(yùn)2，李金華1，馬玉寬3，曾子華(1．江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007；2．南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210093；3．鄭州市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南鄭州450052)摘要：礦坑涌水是礦產(chǎn)安全開(kāi)發(fā)的主要威脅，如何精確地預(yù)測(cè)開(kāi)采涌水量直接關(guān)系到礦山開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)景和生產(chǎn)安全。以某擬建鐵礦為例，建立地下水系統(tǒng)水文地質(zhì)概念模型和數(shù)

2、學(xué)模型，并對(duì)地下水流模型的參數(shù)進(jìn)行識(shí)別校正和敏感性分析，采用有限差分?jǐn)?shù)值模擬方法，評(píng)價(jià)礦體一400、一500、一600m共3個(gè)開(kāi)采水平的礦坑開(kāi)采涌水量。計(jì)算結(jié)果表明，數(shù)值模擬技術(shù)可以系統(tǒng)地描述礦區(qū)地下水系統(tǒng)，評(píng)價(jià)涌水量的主要來(lái)源，并對(duì)后期礦產(chǎn)開(kāi)采和水量的優(yōu)化配置具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：裂隙一巖溶礦區(qū)；數(shù)值模擬；敏感性分析；開(kāi)采涌水量；安徽中圖分類號(hào)：P641．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674—3636(2012)04—0428—060引言礦坑涌水量預(yù)測(cè)在地質(zhì)勘探中占有重要位置。它是對(duì)礦坑充水的定量描述

3、，同時(shí)，礦床充水程度又是決定礦山取舍的條件之一。常用的礦坑開(kāi)采涌水量預(yù)測(cè)方法有水均衡法(戴巖柯等，2010)、涌水量回歸曲線方程(禹祥裕等，1992)、水文地質(zhì)比擬法(王瑞華等，2009)、解析法(王瑞華等，2009；劉丹青等，2000)和數(shù)值法(戴巖柯等，2010；林中湘等，2010)等。對(duì)于擬建鐵礦，因?yàn)槿狈ΦV坑涌水量的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，所以存在礦坑涌水水源諸多不確定性。筆者在綜合分析研究礦區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和抽水試驗(yàn)等相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，利用GMS建立了礦區(qū)地下水系統(tǒng)數(shù)值模型，通過(guò)PEST參數(shù)反演模

4、塊(Harbaughetal，2000；Doherty，2004)，對(duì)模型進(jìn)行了識(shí)別校正和敏感性分析，預(yù)測(cè)結(jié)果可作為今后礦區(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中涌水量評(píng)價(jià)的重要參考。1礦區(qū)水文地質(zhì)概況1．1自然地理概述該擬建鐵礦位于蕪湖一和睦山水文地質(zhì)單元東北側(cè)(圖1)。礦區(qū)水系發(fā)育，總體流向由南向北，距礦區(qū)東北部的青山河3km，平均水位高程為7m，最大流量568m3／s。該區(qū)氣候溫暖濕潤(rùn)，四季分明，年平均氣溫16℃。雨季5月_9月份，降雨量占全年60％，最大年降雨量為1880．1mm，年平均降雨量為1087．6mm，年平均蒸

5、發(fā)量1107．9mm。1．2礦區(qū)含水巖組劃分為了最大程度地反映礦區(qū)水文地質(zhì)條件及各含水層的空間埋藏特征，利用64個(gè)鉆孑L的相關(guān)地質(zhì)信息，將研究區(qū)含水系統(tǒng)在垂向上概化為3個(gè)模擬層，分別對(duì)應(yīng)于3個(gè)含水巖組。自上而下分別是：第1層由第四系全新統(tǒng)(Q)松散巖孔隙含水巖組潛水弱含水層和孔隙承壓強(qiáng)富水含水層組成；第Ⅱ?qū)佑扇B系中統(tǒng)黃馬青上段(T：h，)沉積碎屑裂隙含水巖組沉積巖裂隙水弱含水層組成；第Ⅲ層由三疊系中統(tǒng)黃馬青下段(T：h：)和徐家山組(T：戈)沉積巖裂隙一巖溶強(qiáng)富水含水層組成。1．3礦區(qū)地下水系統(tǒng)補(bǔ)徑

6、排關(guān)系和水力聯(lián)系礦區(qū)地下水的徑流流向與地形的起伏保持一致，由北北東和睦山一前鐘山丘陵地流向南南西的河谷平原，多年長(zhǎng)觀孔資料說(shuō)明第四系水和基巖水的流向是穩(wěn)定的；礦區(qū)地下水排泄形式，少部分由地下徑流排出礦區(qū)，大部分排出地表(長(zhǎng)觀孔的水位曲線為排收稿日期：2012—01—11；編輯：侯鵬飛作者簡(jiǎn)介：劉德朋(1980一)，男，工程師，碩士，主要從事水文地質(zhì)和工程地質(zhì)研究工作，E—mail：ldpyunyan@163．tom第36卷劉德朋等：某擬建鐵礦裂隙一巖溶礦區(qū)開(kāi)采涌水量數(shù)值模擬研究429回I圈2田3囫4目

7、5目6目7日8回9圖1礦區(qū)范圍及交通位置圖1．省轄市；2-區(qū)、縣；3一鄉(xiāng)鎮(zhèn)；4-河流；5一一般公路；6一高速公路；7一鐵路；8一省界；9一礦區(qū)水型)。所有鉆孑L資料顯示，黃馬青上段沉積巖巖性完整，針對(duì)第Ⅱ含水層的穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)均表明該層的水量較少，滲透系數(shù)較小，為相對(duì)隔水層。同時(shí)該層在整個(gè)計(jì)算區(qū)域分布完整，厚度最薄處約為50m，能夠有效地阻止第1含水層和第Ⅲ含水層之間的水力聯(lián)系。為此建立礦區(qū)地下水流模型評(píng)價(jià)礦坑涌水量時(shí)，只考慮第Ⅲ含水巖組。1．4礦坑充水因素分析第Ⅲ含水層處在鐵礦體及其頂部圍

8、巖蝕變帶和接觸破碎帶之中，為礦體賦存部位，構(gòu)成礦體的直接頂?shù)装?，是礦坑的直接充水含水層。該含水巖組巖溶發(fā)育，形態(tài)以溶孑L、晶洞、溶蝕裂隙為主。從平面上看，礦區(qū)的西南部為裂隙一巖溶發(fā)育區(qū)，東北部為不發(fā)育區(qū)。垂向上，裂隙一巖溶發(fā)育程度隨深度增加而減弱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，礦區(qū)巖溶率為1．03％。徐家山組裂隙一巖溶含水巖組中的地下水從含水層的破碎帶、節(jié)理密集帶、溶洞經(jīng)由坑道頂?shù)装寤蛘谱用嬷苯訚B人坑道。2水文地質(zhì)概念模型2．1礦區(qū)模擬區(qū)域礦區(qū)西側(cè)距長(zhǎng)江16km，北東延伸3～