某拟建铁矿裂隙-岩溶矿区开采涌水量数值模拟研究.pdf

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1、地质学刊第36卷第4期doi：10．3969／j．issn．1674-3636．2012．04．428某拟建铁矿裂隙一岩溶矿区开采涌水量数值模拟研究刘德朋1，杨蕴2，李金华1，马玉宽3，曾子华(1．江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京210007；2．南京大学地球科学与工程学院，江苏南京210093；3．郑州市规划勘测设计研究院，河南郑州450052)摘要：矿坑涌水是矿产安全开发的主要威胁，如何精确地预测开采涌水量直接关系到矿山开发远景和生产安全。以某拟建铁矿为例，建立地下水系统水文地质概念模型和数

2、学模型，并对地下水流模型的参数进行识别校正和敏感性分析，采用有限差分数值模拟方法，评价矿体一400、一500、一600m共3个开采水平的矿坑开采涌水量。计算结果表明，数值模拟技术可以系统地描述矿区地下水系统，评价涌水量的主要来源，并对后期矿产开采和水量的优化配置具有指导意义。关键词：裂隙一岩溶矿区；数值模拟；敏感性分析；开采涌水量；安徽中图分类号：P641．2文献标识码：A文章编号：1674—3636(2012)04—0428—060引言矿坑涌水量预测在地质勘探中占有重要位置。它是对矿坑充水的定量描述

3、，同时，矿床充水程度又是决定矿山取舍的条件之一。常用的矿坑开采涌水量预测方法有水均衡法(戴岩柯等，2010)、涌水量回归曲线方程(禹祥裕等，1992)、水文地质比拟法(王瑞华等，2009)、解析法(王瑞华等，2009；刘丹青等，2000)和数值法(戴岩柯等，2010；林中湘等，2010)等。对于拟建铁矿，因为缺乏矿坑涌水量的实际观测数据，所以存在矿坑涌水水源诸多不确定性。笔者在综合分析研究矿区地质、水文地质条件和抽水试验等相关资料的基础上，利用GMS建立了矿区地下水系统数值模型，通过PEST参数反演模

4、块(Harbaughetal，2000；Doherty，2004)，对模型进行了识别校正和敏感性分析，预测结果可作为今后矿区开发过程中涌水量评价的重要参考。1矿区水文地质概况1．1自然地理概述该拟建铁矿位于芜湖一和睦山水文地质单元东北侧(图1)。矿区水系发育，总体流向由南向北，距矿区东北部的青山河3km，平均水位高程为7m，最大流量568m3／s。该区气候温暖湿润，四季分明，年平均气温16℃。雨季5月_9月份，降雨量占全年60％，最大年降雨量为1880．1mm，年平均降雨量为1087．6mm，年平均蒸

5、发量1107．9mm。1．2矿区含水岩组划分为了最大程度地反映矿区水文地质条件及各含水层的空间埋藏特征，利用64个钻孑L的相关地质信息，将研究区含水系统在垂向上概化为3个模拟层，分别对应于3个含水岩组。自上而下分别是：第1层由第四系全新统(Q)松散岩孔隙含水岩组潜水弱含水层和孔隙承压强富水含水层组成；第Ⅱ层由三叠系中统黄马青上段(T：h，)沉积碎屑裂隙含水岩组沉积岩裂隙水弱含水层组成；第Ⅲ层由三叠系中统黄马青下段(T：h：)和徐家山组(T：戈)沉积岩裂隙一岩溶强富水含水层组成。1．3矿区地下水系统补径

6、排关系和水力联系矿区地下水的径流流向与地形的起伏保持一致，由北北东和睦山一前钟山丘陵地流向南南西的河谷平原，多年长观孔资料说明第四系水和基岩水的流向是稳定的；矿区地下水排泄形式，少部分由地下径流排出矿区，大部分排出地表(长观孔的水位曲线为排收稿日期：2012—01—11；编辑：侯鹏飞作者简介：刘德朋(1980一)，男，工程师，硕士，主要从事水文地质和工程地质研究工作，E—mail：ldpyunyan@163．tom第36卷刘德朋等：某拟建铁矿裂隙一岩溶矿区开采涌水量数值模拟研究429回I圈2田3囫4目

7、5目6目7日8回9图1矿区范围及交通位置图1．省辖市；2-区、县；3一乡镇；4-河流；5一一般公路；6一高速公路；7一铁路；8一省界；9一矿区水型)。所有钻孑L资料显示，黄马青上段沉积岩岩性完整，针对第Ⅱ含水层的稳定流和非稳定流抽水试验均表明该层的水量较少，渗透系数较小，为相对隔水层。同时该层在整个计算区域分布完整，厚度最薄处约为50m，能够有效地阻止第1含水层和第Ⅲ含水层之间的水力联系。为此建立矿区地下水流模型评价矿坑涌水量时，只考虑第Ⅲ含水岩组。1．4矿坑充水因素分析第Ⅲ含水层处在铁矿体及其顶部围

8、岩蚀变带和接触破碎带之中，为矿体赋存部位，构成矿体的直接顶底板，是矿坑的直接充水含水层。该含水岩组岩溶发育，形态以溶孑L、晶洞、溶蚀裂隙为主。从平面上看，矿区的西南部为裂隙一岩溶发育区，东北部为不发育区。垂向上，裂隙一岩溶发育程度随深度增加而减弱。据统计，矿区岩溶率为1．03％。徐家山组裂隙一岩溶含水岩组中的地下水从含水层的破碎带、节理密集带、溶洞经由坑道顶底板或掌子面直接渗人坑道。2水文地质概念模型2．1矿区模拟区域矿区西侧距长江16km，北东延伸3～