甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院 741020
摘要：随着人们生活水平的提高，对矿物资源需求量增加。其中，预测金属矿井涌水量是一项比较复杂的工作。在详细调查矿井水文地质条件后，根据矿井实际开采情况，预测金属矿井的正常涌水量和最大涌水量，为矿井防排水提供技术依据。
关键词：地质条件；水文地质；涌水量；充水
引言
矿井涌水量就是流入矿井巷道内的地表水、裂隙水、老窑水、岩溶水等的总量，它是金属矿开发的一个重要技术条件。地质勘探工作区应查明水文地质条件和预计开采矿井的涌水量，以便在建井和生产时采取相应的流、排、堵、防等措施。
1矿区水文地质特征
地处黄河水系榆溪河流域范围内，井田地下水水文地质单元四周边界均为人为划定边界，无隔水地层或隔水断层。根据地下水赋存条件及水力特征，井田内自上而下可划分为五个含水岩层（组），两个隔水岩（组）。根据导水裂隙带发育高度计算可知井田内开采3#金属层形成导水裂隙带均导通了其顶板直罗组底部“七里镇砂岩”及延安组第四段底部“真武洞砂岩”，故二者为该矿井直接充水水源；井田大部分地段第四系松散层孔隙含水层未在导水裂缝带范围内，为矿井间接充水含水层，南部地段与第四系松散层潜水沟通，使之转换成为矿井的直接充水水源。充水通道有断层点、风化裂隙带等天然通道，也有开采后形成的导水裂缝带、封闭不良钻孔、小窑井巷等人为通道。充水强度取决于充水含水层的富水性、空间分布特征，也是本论文研究重点内容。
2金属矿井水文地质条件
2.1地表水系
自西向东从金属矿井南缘流过，河流年平均径流深度43.8mm，年径流量4.994×106m3，径流系数0.09。矿井最低点位于安峪河河床，高程1540m。过去未进行过地表水文观测，此次在地形图计算得矿井以上汇水面积23km2。此次依据年平均径流深度43.8mm计算得出，矿井所在区多年平均径流量1.01×10m3。矿井最高点为矿区中部的一号山梁，是安峪河和矿井北部木瓜沟的地表水分水岭，矿井南、北两侧发育2条冲沟，雨季洪水沿沟谷汇集后向东流入安峪河。由于前期该矿为露采，造成矿井中部原生山梁形成露采坑，采坑两侧为露采遗弃的废弃矿渣和地表剥离岩土体。
2.2充水通道
（1）渗入性通道。渗入性通道是一种具有分散性质的细小空隙，无论是直接充水水源还是间接充水水源，在通过它时，均能正常进入矿井。岩石发育成岩后，其中的胶结物被地下水溶解，形成后生溶蚀孔隙。矿井内含水层的孔隙发育特征是碎屑的粒度小、钙质胶结，并且含水层之间的水交替主要以孔隙、岩石的原生裂隙来完成。（2）溃入性通道。溃入性通道主要是在构造断裂时突发性地大量涌入矿井的通道。断裂带本身的水力性质和采矿作业的方式与强度是构造断裂成为充水通道的充分条件。断裂时产生的断层破碎带透水性较好，其中规模较大的也可构成重要的充水水源。（3）封闭不良钻孔及水文钻孔。井田施工产生了许多钻孔，虽然已经做了封孔措施，但封闭质量无法全部保证，因此个别封闭质量不达标的钻孔会成为金属矿生产的安全隐患。
2.3含水隔水层
地下水的主要类型是承压水。大多数含水层暴露在地面上，在那里它们可以接受大气降雨并增加其含水量。矿井含水层和地质条件比较复杂，如含水层可分为奥陶系上马家沟组、石炭系上统太原组以及峰峰组。地层具有发达的岩溶裂隙，不同地区岩溶裂隙发育程度不同。岩层富水性强。就其性质而言，峰峰组地层厚度很大，所以富水性很差。石炭系上统太原组以薄灰岩为主，岩溶形态以溶蚀孔隙和裂隙为主，常为次生生物充填。矿山防渗层又分为三层，三层的性质各异，按照不同地质情况其本身的特性也不同。
2.4计算公式
综合上述情况分析，矿井的充水水源为大气降水，其次为后期开采矿区南缘深部金属层时接受安峪河孔隙水的侧向入渗补给。在安峪河一带预留防隔水金属柱后，将不再受其影响。
由于矿井所处区域未实施过降水入渗试验，为合理估算矿区的降水入渗数据，选择地下水径流模数法来估算矿区地下水量。计算公式如下：
.png)
式（1）中，Q涌为矿井年涌水量，m3；Q入渗为年降水入渗量，m3；F汇为汇水面积，km2，地形图上圈定面积为0.57km2；M为地下水径流模数，104m3/（a•km2），依据《山西省水资源二次评价》资料，本区地下水径流模数为6.621×104m3/（a•km2）。
3构造导水性
矿井在掘进前需采取物探、钻探等探测措施，探清断层导水性，根据断层导水性考虑采取注浆、疏水和留设防水金属柱等措施，防止构造导通含水层导致突水事故发生。若井田内存在断层或发现新断层，则采掘过程中需采取以下措施：
巷道掘进时要对断裂区进行超前探查，探查距离应大于60m，对异常区要进行钻孔验证，钻孔至少有一个终孔于巷道底板6m以下，并要求最先施工，并确定断层的导水性及断层附近是否有瓦斯或有毒有害气体聚集。钻孔要安装套管，配备闸阀，以防水压过高失去控制。此类钻孔可以防止遗漏隐伏导水断裂或陷落柱突水。如果断层导水要对巷道实施注浆，形成筒状帷幕，确保安全。工作面形成后，要在工作面的各巷道对底板进行探查，对异常区、断裂带等处要施工钻孔探查和验证孔，若发现水情，则应采取注浆处理。如果断层附近有瓦斯或有毒有害气体聚集，则应立即停止掘进，待处理至安全水平后再继续施工。
开采过程中要过断层时，如断层断距不大且不导水或断层水量不大，则需加强探放水，并坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，待治理并达到安全水平后方可生产。若断层断距过大，则工作面需跨过断层重新开切眼、搬家，而后方可生产。根据具体情况在保证矿井安全的情况下考虑是否留设保护金属柱。
4水害防治措施
4.1落实堵水措施
在对矿井的水源处理过程中，工作人员需要根据风险合理处理相应的水文地质资源，了解工程可能对地质结构产生的影响。在分析范围的基础上，结合岩石本身的力学特性，来分析含水层和采集区域结构的变化情况，总结整体特征，以便于后续施工。在开采过程中，对高渗水风险的区域可以缩小勘察范围，利用数值模拟和应力场演化模型来分析地质结构的影响，以保证高效开采。事实上，在疏通和堵水时，很难完全堵死水源，主要的治理目标应是控制在水压范围内。通过有效落实堵水策略，可以从根本上消除项目中存在的渗水危险性，解决隐患和安全问题，提高工程开采的效率和安全性。
4.2使用矿井顶板支护
最常用的支护方法是加强顶板的支护。基本支撑结构主要由木、石、钢三部分组成。采用木制支撑结构的优点是重量轻，容易放在架子上。适用于金属矿井下各种施工环境，但木材支撑结构的不足、易腐、防水差等弊端明显。而石头支架是由灰浆和石头制成的，可以使用石材来源，具有经济性，同时石头支撑结构还可以防止围岩的风化现象出现。
结语
矿井的含水层发育简单，补给来源单一，富水性弱，对矿井充水影响较小；南缘安峪河一带采取治理措施后也不会对矿井充水造成影响。此次采用地下水径流模数法估算矿井正常涌水量为100m3/d，最大涌水量为150m3/d。
参考文献
[1]赵海清，李向国，李学勤.矿坑涌水量分析［J］.西部探矿工程，2006，117(1)：8-10．
[2]肖广惠.计算矿坑涌水量需考虑的有关影响因素探讨［J］.四川建材，2008(6)：286-287．
[3]李志明.大采深高承压矿井水文地质条件及防治水技术[J].煤炭科学技术,2010,38(9):104-107.