新疆某油页岩矿区的水文地质特征及矿坑涌水量的预测研究
窦祺枫 徐超 余昌辉 郑翔
（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七0一队，新疆昌吉 831100）
矿区位于博格达中北部山区低山丘陵地带，地势总体南高北低，东高西低，地形起伏变化不大。最高海拔位于矿区西南部为1559.11 米，矿区最低海拔位于白杨河下游河漫滩为1252.67 米，相对高差306.44 米。地下水由西南向东北径流，最终向河谷谷地排泄。该区域河流侵蚀基准面海拔高为1252.67米。
2.1 含（隔）水层（段）的划分
根据钻孔编录资料、钻孔简易水文地质观测结果以及地层的富水性特征，结合未来地下开采时疏干排水的需求，将矿区地层划分为三个含水层段。详见表1。
表1 含（隔）水层（段）划分一览表
2.2 矿区地下水的补给、迳流及排泄
矿区南部的中高山区构成了该区域水文地质单元的补给区。该区内发育有白杨河、根葛尔河两条季节性河流，为地下水进行测向入渗补给提供来源。矿区内地层透水性和富水性较弱，总体上地下水的径流不畅，交替滞缓。在径流过程中，随时接受大气降水补给，沿山峦斜坡向两侧山谷或低洼地带运移，在合适地带又以泉水、溪水的形式排出地表，最终向北部沙漠地带排泄。
2.3 地下水与地表水间的水力联系
矿区内常年性地表水体主要有白杨河、根葛尔河地表水和河谷底部第四系砂砾石孔隙潜水可通过构造断裂带直接或间接补给矿井地下水，尤其是层间断裂带或围岩裂隙向NW发育。
2.4 含水层之间的水力联系
通过钻孔实际控制的情况可知，矿区内基岩裂隙含水层富水性较弱且不均匀，变化较大。矿区地下水由西南向东北径流补给，潜水水位由高向低径流补给，含水层之间的水力联系较密切。
3.1 地层含水性
根据施工的水文钻孔抽水试验成果显示，该区地下水水量非常小，接近无水，矿区地层的渗透性差，富水性不均匀，整体富水性较弱，该基岩裂隙潜水富水性不均匀，具各向异性的特征，总体上矿区地层岩性不利于矿床充水。
3.2 构造破碎带对矿床充水的影响
矿区在断裂构造及褶皱构造的控制和影响下，岩层发育有不同程度的节理、裂隙，能形成一定地下水的赋存空间，为地下水提供了沟通渠道，由于整体地形处于低洼地段，地下水的各个方向汇集于此，裂隙水主要通过矿体（西侧）岩石的裂隙直接进入矿坑。在正常排水条件下，构造因素对矿床充水有利。
3.3 大气降水及暂时性地表水流
矿区中部发育的白杨河、根葛尔河对矿床充水有利，其中白杨河流量为182.33L/s，根葛尔河流量为37.25L/s，白杨河其标高为1307.13～1252.67 米，根葛尔河其标高为1417.50～1320.87 米。矿床充水主要体现为冲毁破坏各类矿山设施，造成人员财产较大损失，并且地下水为直接灌入矿坑内部，地层渗透补给量及补给方式可忽略不计。
4.1 预测原则
白杨河油页岩矿主矿体加权平均值标高+1000米以上。根据矿体的分布、埋藏条件及开采难易程度，矿体的开采方式为露天开采。
露天采场涌水量分为两部分：
①地下水量：大多数矿体位于河水侵蚀基准面以下，当开采深度低于河水水位时对地下水有一定量的补给。根据已施工钻孔资料显示，矿区岩石地表风化裂隙发育，深部裂隙逐渐呈闭合状，因而在一定深度内赋存有风化裂隙潜水，确定岩石为弱含水层，独立的无压含水体系。
②大气降水：以露天采场为独立的水文地质单元，两侧山脊地段分水岭为零流量边界。
③地表水入渗补给：考虑到矿区内白杨河及根葛尔河河流量较大且据矿床露头较近，对矿坑充水起到有利作用，而后期利用机械排水难度较大，因此在矿床开采前，应先对河床进行改造，使河流以自然排泄的方式经过矿区，远离矿坑，因此不考虑地表河流的入渗补给量。
4.2 地下水涌水量预测计算方法、计算公式及参数的选择
本次拟建露天采矿场涌水量预测包括大气降水和地下水降落漏斗范围内涌入矿坑的地下水两个部分，根据《矿区水文地质工程地质勘查规范》（GB∕T 12719-2021）和矿坑涌水量计算规程（DZ/T 0342-2020）相关规范原则，采用公式Q=Q1+Q2计算，再利用大井法预算矿井涌水量（大井法相关参数见表2）。
表2 大井法相关参数计算表
故矿坑地下水涌水量预测采用“大井法”，因ZK0703、ZK1503 均为天顶角为5°的斜孔进行施工，相关计算数据为校正后数据（详见表3）。
表3 钻孔潜水水位标高及含水层厚度统计表
（1）计算公式
因基坑紧靠隔水边界，且d＜0.5R，d 为基坑至隔水边界距离，R 为影响半径，采用潜水含水层完整井涌水量计算公式：
（2）参数的选择
①渗透系数（K）
为了解芦草沟组含水岩组的含水性，对地质钻孔ZK0703、ZK1503 进行扩孔，彻底洗井后做不同降深抽水试验。其岩石平均渗透系数为0.00025m/d。
②含水层厚度（H）
含水层厚度采用第（Ⅱ）含水层真厚度的平均值作为计算参数，详见表4。
表4 凹陷露天境界降雨量估算
③基坑水位降深（S）
基坑水位降深（S）采用水位标高1393.19 米（钻孔静止水位标高的平均值）与第一开采水平标高+1000米之差，即393.19米。
④影响半径（R）
（3）涌水量预测计算
4.3 露天涌水量估算方法、计算公式及参数选择
大气降水沿地面流入采坑的水量按正常降雨量与设计频率暴雨量分别计算。
正常降雨量时，流入采矿场的水量为：
式中：F—采场的汇水面积，m2；
A—历年雨季日平均降雨量，m/d；
φ—正常降雨时的地表径流系数。
设计频率暴雨量50年一遇的水量为：
φ 值经查表为：正常雨量0.8，暴雨0.7，日降水量最大为34.3毫米。
通过计算（见表4）得出：
矿坑正常涌水量Q=Q1+Q2=733.75m3/d
矿坑最大涌水量Qmax=Q1+Q2max=28341.30 m3/d
通过上述大井法对各矿段先期开采地段矿坑涌水量的预算可知：矿区大井法的预算结果地下水降落漏斗范围内涌入矿坑的地下水的涌水量预测结果为341.30m3/d。
该地区属于中温带大陆性干旱气候，年平均降水量为168.20mm。在6 月至10 月的暴雨季节，应加强排水，做好油井开采系统周围的防洪措施，采矿权持有人应特别注意未来的矿山排水方式。根据露天矿存在凹陷露天（降雨和地下涌水）、露天境界涌水量，采取不同的方法进行防治，凹陷露天采用水泵机械排水；
露天境界外应挖筑防洪截水沟拦截降雨流入露天采坑内；
矿区内河流较多，各露天矿矿区集水范围内河流引水通道应采取适当措施，防止采矿生产造成河流渗水，导致凹陷露天矿边界径流大量增加。
为了提前避免发生相关透水、突水等事故，开采过程中提前作好超前探水等预测工作手段，充分预留保护防水岩柱，防止各类突水事故的产生。进一步做到“有疑必探，先探后掘”的原则做好预测及各类防水工作。
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