老挝万象平原某钾盐矿区矿坑涌水量估算

胡远强 荀 茜

摘要：本文根据在开展老挝万象平原某钾盐矿区水工环地质工作的基础上，对矿区的矿坑涌水量进行了估算，对矿区的下一步工作和开发利用具有一定的指导意义。

关键词：矿坑涌水量估算

（一）地形地貌

万象平原属泰国沙空那空平原北西的一部分，位于湄公河北岸，属中生代拗陷盆地。西部和北东为侵蚀溶蚀低中山及中山地貌。矿区地处万象市北东赛塔尼县境内南俄河两岸，东北边缘为低山丘陵地貌，海拔最高523m。总体地势北高南低，南部地形平坦，为低平原，海拔160～180m，相对高差20余m。南俄河自北西向南东穿越矿区汇入湄公河，为矿区最低侵蚀基准面，标高159m±，切割深度12～20m。

（二）水文气象

区内地表水系发育，位于矿区中部的一级水系南俄河宽150-300米，水深5～7m，平均流量655～1810 m³/s。南俄河次级水系基本为季节性河流，多呈近南北向分布，部分呈东西向分布，汇入南俄河。其水量雨季极丰，旱季尤其3～4月份基本断流，成为较典型的季节性河流。区内还有许多水面面积在数百--数万m²的水塘及湖泊，是当地居民除井水和河流水以外的另一重要生产、生活用水来源。河流和水塘及湖泊是区内地下潜水的主要补给源之一，也是矿床充水的影响因素。

区内为热带雨林气候。年平均气温20～30℃。每年3～5月气候炎热，最高气温为4月平均达34.4℃，6-10月气候湿热，11月至次年2月相对凉爽，平均气温21.4～21.9℃。相对湿度3月最低为63%，8月最高达83%。蒸发量6～9月最低，为59.4～68.2mm，3月最高达172mm。多年平均降雨量1822.7mm，其中85%集中在5-9月雨季（表1）。平均年降雨天数为107天，日最大降雨量510mm（1981年8月6日）。

多年平均气象要素表 表1

月 份	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
降 水 量 (mm)	8.2	14.9	53.3	83.3	267.4	295.6	291.4	366.7	300.8	77.1	13.6	5.5
蒸 发 量 (mm)	117.9	138.5	172.0	151.2	103.3	68.2	60.9	60.2	58.4	86.3	99.2	112.7
月平均最高气温(℃)	28.9	30.3	32.9	34.4	33.9	31.3	30.7	30.7	30.8	30.6	29.8	28.3
月平均最低气温(℃)	18.2	18.9	22.7	24.6	25.0	25.3	25.1	24.8	24.3	23.1	20.4	17.7

（三）含（隔）水层组的划分及特征

根据地层岩性，孔隙、裂隙发育程度及含水层富水性等，将区内地层划分为第四系松散孔隙含水层组、古近系碎屑岩裂隙含水层组、盐上下基岩隔水层组和古近系膏盐岩不含水层组四类

1、第四系松散孔隙含水层组（Q）：岩性由粉土、粉质粘土及砂类、砾石类土等组成,具二元结构特征。含砾粉细砂、砂卵砾石孔隙潜水泉流量0.01-3.19 l/s,单位涌水量（q）0.18-0.60 l/s.m。

2、古近系班塔博组碎屑岩裂隙含水层组（E_1-2bt）：岩性为含粉砂泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹少量含粉砂白云质泥岩。钻孔揭露埋深≤145m，一般50—100m，厚25—70m。主要赋存风化裂隙潜水和部分构造裂隙承压水，地下水位埋深3—7m ，高台地段可达12.90m。顶部风化带分布较广泛，厚3--22.80m。民井抽水试验，单位涌水量0.05--0.14 l/s.m。渗透系数0.10--3.80m/d，富水性弱—中等。中下部构造裂隙承压水因受构造影响分布范围小，埋深条件较复杂，受补给源影响，其含水性变化很大，钻孔抽水试验，单位涌水量0.0054--0.083 l/s.m，渗透系数0.011--0.085m/d，富水性弱—极弱。塔贡矿段钻孔单位涌水量0.00008 l/s.m（表3），属隔水层。

_{钻孔抽水试验成果表 表3}

孔 号	地 层 代 号	试 段 孔 深 (m)	长度 (m)	静止 水位(m)	降深(m)	影 响 半径(m)	涌水量(l/s)	单位 涌水量(l/s.m)	渗透 系数(m/d)
ZK0-3	E1-2bt	27.00～125.50	98.50	3.68	24.32	70.50	2.03	0.083	0.085
ZK12-0	E1-2bt	43.42～144.41	100.99	19.96	8.02	14.30	0.35	0.044	0.032
3ZK3-0	E1-2bt E1tg3-2	27.72～122.48	94.76	2.35	38.74	40.63	0.209	0.0054	0.011
3ZK12-0	E1-2bt	21.10～87.60	66.50	9.08	13.12	24.80	0.384	0.029	0.036
LK33	Q		17.15	2.67	2.99	57.00	3.77	1.260	5.440
LK34	E1-2bt			5.60	36.95		0.003	8×10-5

3、盐上下基岩隔水层组（E₁tg、K₁bt ）：

（1）盐上基岩隔水层组（E₁tg^{1-1、2-2、3-2}）：由古近系塔贡组（E₁tg）上、中、下段三个亚段泥质层泥岩、含粉砂泥岩、粉砂质泥岩及含盐泥岩等组成。地表仅在矿区东北部有零星露头，其余均为埋藏型。钻孔揭露埋深27.60-441.43m，总厚52.08--412.57m，一般120—190m。钻孔抽水试验，降深55.27m，流量0.000145 l/s，单位涌水量2.60×10^-6 l/s.m,为隔水层。其处于相对封闭状态，又不具备补给赋存地下水的条件，使膏盐岩得以完好保存。

（2）盐下基岩隔水层组（K₁bt²）：由白垩系班塔拉组上段( K₁bt²)中一厚层状中细粒岩屑石英砂岩夹粉砂质泥岩及含粉砂泥岩等组成，厚度大于129m。地表仅出露于矿区外围东北角山麓地带，其余为深埋藏型。钻孔揭露埋深17.15—686.70m（未揭穿）。据民井非稳定流抽水试验，涌水量仅0.05 l/s，渗透系数0.10m/d，富水性极弱。另椐沙湾拿吉盆地中对该层抽水试验资料：降深55.27m，涌水量0.000145 l/s，可视为相对隔水层。矿区ZK1、ZK3孔揭露到该层0.40和10.03m时也证实无水，暂划为隔水层组。

4、古近系盐岩不含水层组（E₁tg^{1-1、2-1、3-1}）：包括塔贡组（E₁tg）三个沉积旋回中的膏盐层和钾镁盐矿层。为中、厚层状石盐岩、含泥质石盐岩、钾镁盐岩、硬石膏岩、含盐硬石膏岩等。上膏盐层顶板埋深109.37--206.65m，一般大于110m；钾镁盐矿体主要呈厚层块状，赋存于中、下段沉积旋回膏盐层中，下膏盐层主矿体顶板埋深78.80—528.30m ，一般200m以上。由于盐岩独特的物理力学性质和水理性质，导致其本身既不含水，又不能隔水。坑道旱采时，厚度较薄地带会因爆破等外力作用在坑道四周及上覆围岩中产生一些裂隙，裂隙一旦穿过隔水层与上覆含水体连通，则会形成水的通道。

（四）地下水的补迳排条件及与地表水的关系

地下水的补给，主要来自大气降水，其次为地表水体的渗透和含水层之间的越流补给。区内地下水有两种赋存形式:即赋存于松散层中的第四系孔隙潜水和赋存于基岩裂隙（风化裂隙、构造裂隙）中的裂隙水。

1、孔隙水。赋存于第四系松散层中，在砂砾石层分布较厚地段富水性可达到中等，其它地段相对较弱。主要依靠大气降水补给，次有部分地表水和灌溉水的垂向渗入补给。由于含水层厚度普遍较薄，横向变化大，连续性差，储水空间有限及地形地貌影响，导致孔隙水的相互沟通不畅，形成众多独立的水文地质亚单元。雨季地下水位升高，各亚单元间有一定水力联系，地下水总体由北向南运移，常汇集于低洼部位，多以泉的形式排泄于河流切割地带及台地边缘；旱季地下水位下降，相互间水力联系锐减，各自形成类似水库死库容般的单元，使雨季出现的泉水纷纷断流，形成间歇泉。各水文地质亚单元由于含水层厚度、分布范围及所处地貌位置的差异，造成了区内民井水位和水量的较大差异。

2、裂隙水。含水层主要为古近系班塔博组（E_1-2bt），多为浅埋型潜水及承压水。潜水主要赋存于顶部风化带裂隙中，与第四系孔隙水联系紧密，补给、运移条件相似，一定条件下可以和第四系孔隙水划为同一含水层组。承压水分布有限，主要赋存于裂隙发育地段。

（五）地下水动态

区内地下水埋藏浅，迳流条件差，排泄不畅，主要接受大气降水补给，与地表水关系密切，其动态受控于大气降水和地表水体。据野外对当地居民的调查访问，结合钻孔、民井长观资料，地下水位最大变幅9.50m，最小不到1m，一般2—5m，正常变幅3m左右，其变化特征明显，表现为雨季之前变幅最小，雨季期间变幅最大，曲线出现尖峰状（图1）。局部低洼地段常被淹没而与地表水连成一体。

图1 钻孔水、民井水位长观动态曲线图

（六）矿坑涌水量预测

矿区钾镁盐矿体均位于当地最低侵蚀基准面（南俄河水面）以下，地形平坦，不利于自然排水；矿区附近有部分地表水体，地下水与地表水联系密切，二者随季节发生互补关系，主要充水含水层--第四系松散孔隙含水层组富水性中等偏弱；矿体直接顶底板岩层相对稳定，具有隔水性，但在矿坑排水疏干过程中，由于加强了地表水与地下水的水力联系，局部地段可产生少量塌陷。根据以上特点，矿区水文地质勘探类型为水文地质条件中等偏简单的矿床。

1、矿坑充水因素

影响矿坑充水的因素除前述的第四系松散孔隙潜水和古近系碎屑岩裂隙水（不再赘述）外，主要有地表水和大气降水。

（1）地表水。区内地表水系发育，除南俄河干流外，尚有许多次级支流。地表水与第四松散孔隙潜水的水力联系十分密切，是地下水的主要补给源之一，尤其在雨季，常流水河流和季节性河流从外围地形较高处流经矿区，沿途不断下渗补给地下潜水，抬升了地下潜水位，加大了第四系松散孔隙含水层组的富水性，将导致矿坑涌水量不断增大。此外，矿区内分布的具一定规模的长年积水水塘及湖泊在矿坑疏干排水时亦可能沿着塌陷裂隙从透水区域渗入坑道。

（2）大气降水。矿区15年平均降水量为1777.8mm,绝大部分（85%）集中在5-9月，平均降雨天数107天，日最大降雨量510mm。在地表未塌陷时，对矿坑涌水影响不大，当地面塌陷裂隙增多，将成为大气降水渗入矿坑的良好通道。

2、矿坑涌水量估算

据我国云南省各盐矿开采实践，盐矿层本身的易溶性，要求盐矿的疏干工作必须在盐体外进行，水一旦进入盐体中，其破坏作用主要决定于水的咸化程度而不是水量。需要计算的仅限于穿过盐矿体上部含水层的竖井（筒）的涌水量，以便在竖井（筒）掘进时预知水量大小，事先安排抽水设备或作为竖井（筒）固结及封闭地下水的参考。

根据矿区的水文地质边界条件及其相应的水文地质模型，按水动力学分析计算法—竖井涌水量计算公式进行涌水量计算。

按设计竖井位于ZK0--4孔旁，竖井半径r_ω=3m（因含水层隔水底板倾角小于20°，故不需校正），其模型及设计竖井位置剖面见图2。

图2 竖井（矿坑）涌水量估算平、剖面图

计算公式：Q =4πKMS/Rc…………………………………………①

对于潜水则为：Q =[2πK（2H-S）S]/Rc……………………….②

式中：Q--竖井（矿坑）涌水量（m³/d）

K--含水层渗透系数（m/d）

M(H) --承压（潜水）含水层厚度（m）

s--水位降深（m）

Rc--不同边界的水流阻力值，其计算公式为：

Rc = 2ln｛2d₁.d₂ /[r_ω（d₁² + d₂² )^1/2] ｝…………….③

将r_ω、ｄ 、ｄ （供水边界）设计值代入③式，求得Rc =14.31。

（1）第四系松散孔隙潜水

已知：a.地层埋深20.35m，静止水位4.20m

b.含水层平均厚度H₁=20.35-4.2=16.15m

c.矿段民井及浅井抽水试验渗透系数平均 K₁=6.00m/d

d.竖井半径r_ω=3m

e.水位降低s₁=16.15m

将上述各值代入②式，求得Q₁=686.78 m³/d。

（2）古近系碎屑岩风化裂隙潜水

已知：a.风化带埋深20.35-23.61m，含水层厚度平均值H₂=3.26m（见表4），

b.含水层渗透系数平均 K₂=1.95m/d

c.竖井半径r_ω=3m

d.水位降低s₂=3.26m

将上述各值代入②式，求得Q₂=9.09 m³/d。

（3）古近系碎屑岩构造裂隙承压水

已知：a.构造裂隙带埋深40--46.47m，含水层厚度M=6.47m

b.含水层渗透系数平均 K₃=0.059m/d

c.竖井半径r_ω=3m

d.水位降低s₃为隔水底板到承压水头高度=46.47-4.20=42.27m

将上述各值代入①式，求得Q₃=14.16 m³/d。

故该竖井（矿坑）最大可能总涌水量为：

Q_总 = Q₁+ Q₂+ Q₃ = 710.03 m³/d (表4)。

竖井(矿坑)最大可能涌水量估算结果表 表4

含水层代号	含水层起止深度(m)	含水层 厚度 (m)	静止水位(m)	竖井水位降低(m)	渗透系数 (m/d)	竖井最大涌水量(m /d)	影响半径(m)
H1	4.20-20.35	16.15	4.20	16.15	6.00	686.78	320.95
H2	20.35-23.61	3.26	20.35	3.26	1.95	9.09	19.44
M	40-46.47	6.47	4.20	42.27	0.059	14.16	105.67

注:竖井的引用影响半径的计算公式为:潜水:R =2S(Hk)^1/2 + r_ω，承压水: R =10S K^1/2 + r_ω

竖井（矿坑）涌水量也可采用其它方法计算，如地下水动力学分层计算公式（裘不依公式）等计算，其计算结果误差值≤20%。需要说明的是“K ”值在民井及浅井抽水试验计算中有所偏大，考虑到第四系松散孔隙含水层中的砂砾石层较薄，结合粉细砂层抽水试验资料综合确定。另外，“H₂”的静止水位值是按施工时竖井最大可能涌水量预测时采用的，“M”的静止水位值也是考虑竖井最大可能涌水量预测时采用的。

参考文献：

（1）《老挝钾盐勘查水文工程环境地质工作设计》（文山蔚鑫地矿工程勘察有限公司，2007年12月）

（2）《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719—91）

（3）《水文地质手册》第二版，地质出版社

（4）《矿井地质手册》（水文、工程、环境卷），煤炭工业出版社

[作者简介]：

胡远强（1992-）,男，水工环地质助理工程师，现为公司工程处负责人，长期从事岩土工程勘察、矿山水工环地质、地质灾害危险性评估、地质灾害治理工程勘查设计等工作。

荀 茜（1989-）,女，地质助理工程师，现为公司总工办人员，长期从事水文地质调查、矿山水工环地质、地质灾害危险性评估、地质灾害治理工程勘查设计等工作。

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