大井法在矿坑涌水量预测中的应用（2007-5）
作者：辽宁省有色地质局101队 周凤魁 范晓东 车睿 编辑：苑西军 [ 2007-11-30 ]
在矿区水文地质勘查阶段，未来矿坑涌水量预测是矿区水文地质工作的主要任务之一，也是开采设计部门制订疏干措施、确定排水设备及生产能力的主要依据。大井法是常用方法之一，本文结合具体工程实例阐述大井法在实际中的应用，得到了较为理想的结果，对矿坑涌水量计算及实用具有一定的指导意义。
模型的建立
在矿坑疏干过程中，当矿坑的涌水量，包括其周围的水位降低呈现相对稳定的状态时，即可认为以矿坑为中心形成的地下水辐射流场，基本满足稳定井流的条件。矿坑的形状极不规则，尤其是坑道系统，分布范围大，构成复杂的边界，要求将它理想化，在理论上可将形状复杂的坑道系统看成是一个大井在工作，而把不规则的坑道系统圈定的面积，相当于大井的面积，整个坑道系统的涌水量，就相当于大井的涌水量，从而可以近似应用裘布依的稳定流基本方程。这种方法，在矿坑涌水量预测中称为“大井法”。
工程实例
王家大沟金矿位于辽宁省东部，行政区划隶属于辽宁省抚顺市清原满族自治县苍石乡王家大沟村。矿区位于浑河南岸的低山丘陵地带，矿体赋存于与浑河近平行的破碎带中，围岩为黑云花岗混合岩及片麻岩类等。
矿区水文地质条件
含水层（带）
第四系砂砾石孔隙潜水含水层。分布于区内的王家大沟河及陆家沟河两岸一带，宽50～200米，为第四系冲洪积、坡积砂砾石层，厚2～5米，水位埋深0.45～2.74米，涌水量为0.279升／秒，单位涌水量0.289升／秒·米，渗透系数13.843米/日，主要接受大气降水补给，以渗流形式排泄于王家大沟及陆家沟河，水位变幅1～1.5米，水质类型HCO3—SO42－—K＋—Na＋—Ca2+型水，矿化度230毫克／升，PH值6.4。
风化裂隙含水带。分布于基岩上部，受地形条件控制，厚度不均，分布不连续，由大气降水补给，以泉及地下迳流形式排泄，含水带主要分布于沟溪处，据泉和其它出水点的揭露，涌水量为0.071～0.102升/秒，水质类型为HCO3-—SO42－—K＋—Na＋型水，PH值6.4。
含矿破碎带含水带。分布在含矿破碎带中，由近似平行的39号脉和39－1号脉两个含矿破碎带组成，为矿区内主要含水体，也是矿床开采主要充水来源。破碎带间距4.54～21.43米，平均总厚度2.705米，走向290°～310°，倾向南西，倾角65°～75°，在钻孔水文地质观测中，遇此层时有少量钻孔发生轻微漏水，坑道揭露此层时大部分为滴水、潮湿，局部见有小水流，经ZK40－6号钻孔抽水试验，得出涌水量为0.018升／秒，单位涌水量0.00045升／秒·米，渗透系数0.01147米／日，属弱含水带，水位变幅1.1～3.3米，水质类型SO42－—HCO3—K＋—Na＋型水。该层接受大气降水和上覆风化裂隙水补给。
隔水层
矿围岩为混合岩及片麻岩类等，钻孔及坑道所见岩石完整，裂隙不发育，未见漏水涌水现象，为较好的隔水岩体。
矿坑涌水量预测
根据矿区的水文地质条件，含矿破碎带含水带分布在含矿破碎带中，由近似平行的39号脉和39－1号脉两个含矿破碎带组成，由于这两条矿脉是未来开采的主要矿体，因此是矿坑充水的主要因素，预测涌水量的计算也应根据这两条破碎带的相关数据进行。勘查过程中在矿体的中部进行了单孔抽水试验，大井法使用的基本参数来自于这两个方面。
计算公式的确定
本区为地下开采，根据地质勘查资料矿体分布，向下预算三个中段的涌水量，预算标高分别为40米、0米和-100米，计算公式采用承压转无压完整井裘布依公式：
式中 Q－矿坑涌水量（米3／日）;K－渗透系数（米／日）;M－含水层厚度（米）;H－水头高度（米）;R0－引用影响半径（米）;ro－引用半径（米）。
计算参数的确定
渗透系数（K）。根据ZK40－6号钻孔的抽水试验数据进行计算，采用承压水完整井裘布依公式：
式中 K－渗透系数（米／日）；Q－钻孔涌水量（米3／日），Q＝1.5552； M－含水层厚度（米），M＝3.788；S－水位降深（米）,S＝39.66；r－钻孔半径（米）,r＝0.04；R－影响半径（米）。
将各参数代入公式中，得出
K＝0.01147（米／日）
R＝42.467（米）
含水层厚度（M）。各钻孔、探矿坑道、地表探槽揭露的含矿破碎带含水带厚度进行平均，得出含水层厚度为2.705米。
水头高度（H）。静止水位的确定是根据部分勘查钻孔的水位标高进行平均，平均值为165.569米，水头高度（H）为静止水位标高与各预算中段的差。各预算中段的水头高度（H）为： 40米中段：125.569米；0米中段：165.569米；-100米中段：265.569米。
引用半径（ro）。因开采矿体在地面的垂直投影为矩形，a／b＞10（a、b分别为矩形的长、短边的边长），采用公式ro＝0.2a，各中段引用半径如下： 40米中段：87.588米；0米中段：83.563米；-100米中段：44.325米。
引用影响半径（RO）。根据预算各中段的水位降低分别计算影响半径，与相应的矿坑引用半径相加即为各中段的引用影响半径，分别为： 40米中段：222.070米；0米中段：260.884米；-100米中段：328.744米。
矿坑涌水量计算
将各相应参数代入承压转无压完整井裘布依公式中，得出各预算中段的涌水量见表1：
以上是大井法计算的结果，下面是用水文地质比拟法得出的涌水量数据（即利用现有80米和120米两个中段探矿坑道的单位长度富水系数kL计算得出，详细计算方法略）： 40米中段：38.460（米3／日）；0米中段： 30.324（米3／日）；-100米中段： 20.314（米3／日）。
通过数字对比可以看出，各预算中段的涌水量用两种方法得出的值相差不大。
对于水文地质条件简单或中等的矿区，勘查阶段用大井法预测矿坑涌水量是比较适宜的。大井法作为地下水动力学方法，为理想化的模型，计算公式适于均质、各向同性的含水层，而本区裂隙含水带不可能完全非均质、各向同性，计算时只能视为均质层求得渗透系数等，计算结果与实际会有少量偏差。
含矿破碎带含水带属弱含水带，在勘探坑道揭露时涌水量较大，而后逐渐减小，对矿床充水初期可能以静储量为主，矿坑越向深处采掘，水量不会增大，反面会减少，因此可能会出现预算结果与实际的偏差。□