辐射井疏干技术在露天矿地下水疏干中的应用研究.pdf

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1、地质学刊第38卷第4期doi：10．3969／j．issn．1674-3636．2014．04．638辐射井疏干技术在露天矿地下水疏干中的应用研究唐钊1，朱国荣1，王维勤2，洪振川2，王丛林2(1．南京大学地球科学与工程学院，江苏南京2l0046；2．马钢集团南山矿业有限责任公司，安徽马鞍山243033)摘要：现有的井群疏干、地下巷道集中排水、地表地下联合疏干方法都已比较成熟有效，但当矿区的地下水系统由非均质各向异性、低渗透性含水介质组成时，井群疏干受到低渗透性含水层和高倾角裂隙的制约，无法达到良好的疏干效果。地下巷

2、道集中排水方法一次性工程投入很大，含水层富水性极度不均时易造成许多不必要的浪费；地表地下联合疏干方法的地面部分对矿坑边坡安全和采场作业都会造成一定的影响。结合马钢集团南山矿业公司高村露天铁矿的地下水疏干技术研究专项，调查分析了矿区地质和水文地质条件，含水介质特点及含水层富水特征，借助GMs软件建立了高村矿区地下水水流模型，提出了辐射井疏干技术的设想，并依据前人提出的“渗流一管流耦合模型”模拟辐射井，完成了此类矿山的地下水辐射井疏干方法的初步研究。关键词：辐射井；渗流一管流耦合模型；GMs软件；地下水疏干；高村铁矿；安

3、徽马鞍山中图分类号：P641．4文献标识码：A文章编号：1674—3636(2014)04—0638—060引言辐射井是由一大口径的竖井和以竖井为中心向四周辐射的水平集水管组成。其工作原理是地下水沿水平集水管汇集至竖井中再集中抽出(张治晖等，2002)，同水平集水巷道一样具有很强的集水优势。早在20世纪30年代，水平辐射井技术就开始应用于油气藏的开采，其成井技术及工艺方面的研究也渐趋成熟，美国页岩气快速发展的关键与辐射井钻井技术的突破是密不可分的(黄玉珍等，2009)。水平辐射井在水文地质工作中的应用有：在国外环境污

4、染治理中较多应用，尤其是浅层地下水污染物的治理(何庆成等，1999)；张治晖等(2002)关于辐射井在开发黄河滩地浅层地下水的研究中，关于辐射井的成井技术、井深选择及水平集水管的布置等作了详细阐述；李书涛等(2004)通过对比管井与辐射井在尾矿坝排渗中的模拟应用，得出了辐射井比管井更有利于降低坝体浸润曲线的结论。关于辐射井理论上的研究，直到近年来辐射井成井技术的成熟及其在工程中的成功应用后才日见热门。Tarshish(1992)提出水平辐射井给、排水情形下的地下水数学模型；Falta(1995)给出了相关的解析解；z

5、hang等(2001)给出了关于承压、非承压含水层中三维非稳定流的解析解；陈崇希等(2007)开发了一款地下水模拟专业软件PGMs，这款软件以“渗流一管流耦合模型”的三维达西一非达西流来刻画井孔一含水层系统，解决了传统渗流模型井孔边界处理的难题，使辐射井的模拟研究具有很好的应用前景。对高村矿这样的大型基岩深度开采的露天矿山应用辐射井疏干的相关文献目前还没有，但考虑到辐射井疏干子系统可根据含水层的富水特征灵活布置的特性，将辐射井应用于类似条件矿山是有可能实现的。结合高村铁矿的具体情况，探讨在基岩裂隙含水层中大降深条件下

6、水平辐射井方案的可行性。1概况高村铁矿隶属马钢集团控股有限公司南山矿业公司，位于马鞍山市雨山区向山镇北东约2．0km处收稿日期：2014一03一10；修回日期：2014—04—18；编辑：陆李萍基金项目：国家自然科学基金项目(41372235)、马钢集团项目(ky一2012—4)资助作者简介：唐钊(1988一)，女，硕士研究生，水文学及水资源专业，E-mail：952584784@qq．com第38卷唐钊等：辐射井疏干技术在露天矿地下水疏干中的应用研究639(图1)。高村铁矿是一大型露天磁铁矿床，全矿床总计资源储量2

7、．2亿t。在实际生产过程中，矿区地下水引起的生产安全、生产效益、地质灾害、环境污染等问题日益突出，这在国内其他矿山开发中同样是一大技术难题(黄敬军，2002)。本次研究以保证高村露天采场的安全生产为前提，探讨适合矿坑地下水疏干的方法和工艺，以期达到提高生产效益的目标。1．1水文地质特征及数学模型矿区处亚热带湿润季风气候，区内的慈湖河由于河床底部广泛分布芜湖组(Qh训)淤泥质黏土层，河流与地下水不存在明显的水力联系，故本次研究未把地表河流的影响考虑在内。研究区主要分布白垩系下统大王山组(K。d)火山岩系，以安山岩、凝灰

8、角砾岩、安山质火山碎屑岩为主构成基岩裂隙含水层(图2)。在一定的深度(155～300m)，基岩裂隙被石膏脉充填形成底部隔水底板，上部上更新统下蜀组粉质黏土构成局部隔水层。在人类活动影响下，局部隔水层的破坏及矿山地下水疏干使原来的承压区向无压过渡，总体表现为无压与承压交替分布的特点。a)地形图图l高村铁矿交通位置示意图O1kmb)水文地质图图2高