宋慶昌

（五礦礦業(yè)（安徽）工程設計有限公司，安徽 合肥 230041）

安徽蕪湖市礦山含有豐富的礦產資源，其中主要包含鐵、金、銅、鉛、鋅等金屬資源，安徽蕪湖市礦山所采用的采礦方法主要為露天回填式開采方法，這種開采方法的使用對開采區(qū)的水文地質環(huán)境造成了嚴重的破壞，并且安徽蕪湖市礦山周圍的流域上部礦層存在于開采區(qū)和開采老空區(qū)，使安徽蕪湖市礦山含水層、開采富水區(qū)一級采空積水區(qū)與周圍河流具有復雜的水力聯(lián)系，對開采區(qū)水文地質環(huán)境產生較大的影響[1]。由于安徽蕪湖市礦山地質條件比較復雜，開采區(qū)分布不均勻，導致目前還沒有明確安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質情況，為此提出安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質綜合勘查技術研究。

1 安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質綜合勘查技術

1.1 開采區(qū)鉆探設計與設備選擇

作為水文地質綜合勘查基礎的鉆探設計與設備選擇，制約著勘查工作的作用與效率。為實現(xiàn)安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質綜合勘查的科學、準確、高效，結合現(xiàn)場勘查實際設計鉆孔、鉆具、鉆孔間距等技術參數(shù)。鉆孔位置直接關系到勘查工作的準確性；鉆具的合理選擇能夠對勘查工作的效率起到倍增的效果；鉆孔間距決定了是否能做到最勤儉節(jié)約同時又高效準確的勘查。合理的鉆探設計與設備選擇對提高水文地質綜合勘查效率、減少勘查施工事故率具有重要作用。

安徽蕪湖市礦山開采區(qū)的水文地質影響因素如下圖所示。

圖1 安徽蕪湖市礦山開采區(qū)鉆孔設計地質因素

圖中八項主要因素決定了勘查鉆探施工的質量。礦山地層結構是鉆探設計的主要考慮因素，地層結構因素可以為鉆探施工設計提供待鉆進區(qū)域的水文地質巖性的構造以及分布特征。地層的巖石種類、巖石硬度、軸向壓力等巖性特征影響著鉆探施工的取心率和鉆孔作業(yè)。巖石力學因素決定了產生人工應力干預下的巖石力學特征，其巖石硬度和軸向應力直接關系到鉆孔速度和質量。地下水因素包括含水層、隔水層、頂板等，破碎性和溶解性的地下水構造會影響到鉆孔穩(wěn)定性以及孔內清潔度。礦物成分、地質構造、地質風化情況制約了鉆具的選擇和鉆探方式設計。巖體構造因素包括巖石紋理、巖石種類、顆粒大小以及巖石密度等，這些特征與鉆速設計緊密相關。安徽蕪湖市礦山開采區(qū)地質復雜、水文條件多樣，需要綜合考慮以上每一項因素，保證綜合勘查的科學性和合理性。根據安徽蕪湖市礦山開采區(qū)實際情況，經過地圖計算和實驗室仿真，最終確定開采區(qū)鉆探鉆孔大小為12cm，鉆孔間距為50cm，鉆孔深度為1250m。

表1 繩索取心管規(guī)格及K值

鉆探設備選擇是否合理將直接關系到安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質綜合勘查效率和質量。對鉆探設備選擇需要重點考慮鉆孔設計深度、鉆孔傾角以及工程的巖石條件等因素，做到有規(guī)劃地分類實施。其中孔深設計深度是鉆機選擇的主要依據，通常情況下鉆機的鉆孔能力要大于原本設計的孔深，當針對礦山水文地質工程這種特殊鉆進條件時，要根據選擇系數(shù)對鉆機合理選擇，選擇系數(shù)計算公式如下所示：

式（1）中，L為選擇系數(shù)；H為鉆探施工中的設計孔深；N為鉆機能力。安徽蕪湖市礦山開發(fā)區(qū)勘查項目中選擇系數(shù)取值0.5～1.2之間，在水文地質結構復雜區(qū)域，選擇系數(shù)需要盡量放大一些，取值應接近1.2；在巖性結構較為穩(wěn)定區(qū)域，選擇系數(shù)可以適當降低。根據礦山水文地質結構的復雜程度來確定選擇系數(shù)，得出鉆機能力要求，作為合理選取鉆機的依據。結合安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質綜合勘查需求以及實際情況，鉆探施工采用XY-44型1500m鉆機鉆進。

1.2 預測地層壓力

設計完安徽蕪湖市礦山開采區(qū)鉆探參數(shù)，并選擇完鉆進設備后，需要對安徽蕪湖市礦山開采區(qū)底層壓力進行預測，開采區(qū)底層壓力的預測有助于水文地質綜合勘查過程中保持鉆探孔內壓力平衡，從而更加精準的勘查到安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質情況。地層壓力預測方法有很多，常見的如儀器探測法、密度調整法、超聲探測法等，具體適用哪一種預測方法需要根據勘查地的具體情況選擇。鑒于安徽蕪湖市礦山開采區(qū)環(huán)境復雜，但是地質條件較為統(tǒng)一，綜合權衡操作性、預測準確度要求等因素，采用密度調整法預測。操作具體流程為：以2L/s左右排量向鉆孔內泵入泥漿，記錄不同時間的孔內壓力以及泵量，計算出地層壓力，其計算公式如下所示：

式（2）中，ρm為泥漿密度，單位為g/cm3；H為預測層孔深，單位為m；Pt為孔內遺失壓力，單位為kPa。通過公式（2）計算出安徽蕪湖市礦山開采區(qū)各個區(qū)域地層壓力，為鉆頭孔涌水量提供數(shù)據支撐。

1.3 計算開采區(qū)鉆探孔內涌水量

通過鉆探和地層壓力數(shù)值的預測，對安徽蕪湖市礦山開采區(qū)各個區(qū)域地下水涌水量進行計算。由于安徽蕪湖市礦山開采區(qū)內含水層富水性極不均勻，結合此次鉆探成果對開采區(qū)東部、中部、北部以及南部四個區(qū)域涌水量進行計算。由于此次研究篇幅有限，僅以安徽蕪湖市礦山開采區(qū)東部區(qū)域涌水量計算為例，安徽蕪湖市礦山開采區(qū)東部涌水量計算時主要涉及開采區(qū)頂板含水層，綜合此次鉆探結果選取參數(shù)，安徽蕪湖市礦山開采區(qū)東部上覆含水層涉及八個水文鉆孔，鉆孔號分別為SDS01、SDS02、SDS03、SDS04、SDS05、SDS06、SDS07、SDS08。此次采用繩索取心法進行預測開采區(qū)鉆孔內涌水量，其計算公式如下：

公式（3）中，Q為開采區(qū)鉆探孔內涌水量值；K為開采區(qū)上覆含水層頂板滲透系數(shù)；S為開采區(qū)鉆探孔內水柱高度；L為導水裂縫帶導通的含水層厚度；D為開采區(qū)鉆探繩索取心管K值；T為繩索取心影響半徑。利用上述公式計算出各個鉆孔的涌水量，其中開采區(qū)鉆探繩索取心管K值需要根據所使用的繩索取心管來確定，下表為繩索取心管規(guī)格及K值表。

利用公式（3）計算的安徽蕪湖市礦山開采區(qū)礦層涌水量，其中安徽蕪湖市礦山開采區(qū)東部涌水量平均值為23.45m3/h，最大值為36.45m3/h；安徽蕪湖市礦山開采區(qū)中部涌水量平均值為35.23m3/h，最大值為62.23m3/h；安徽蕪湖市礦山開采區(qū)北部涌水量平均值為15.26m3/h，最大值為30.15m3/h；安徽蕪湖市礦山開采區(qū)南部涌水量平均值為24.28m3/h，最大值為35.18m3/h。通過對開采區(qū)各個區(qū)域的涌水量計算，以此完成了安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質綜合勘查。

2 結束語

本文結合相關資料，對安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質綜合勘查技術進行了研究，詳細分析了安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質綜合勘查技術的應用流程。此次研究對預防和治理安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質災害提供了重要的數(shù)據依據，同時為研究安徽蕪湖市礦山開采區(qū)水文地質綜合勘查工作提供了有利的參考依據。