豫西铝土矿水文地质条件研究——以渑池县某矿为例

郝󰀁珺

（河南省煤炭地质勘察研究总院，河南　郑州　４５００００）

ydrogeology

豫西铝土矿水文地质条件研究——以渑池县某矿为例

本文对水泉洼铝土研究区水文地质条件进行了系统的分析，旨在确定矿床开采技术条件类型，为研究区铝土摘 要：

矿开采提供服务。

水文地质；铝土矿；地质条件；涌水量预测关键词：

Ｐ６４１．４６３　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１００２－５０６５（２０１９）１４－０１１３－２中图分类号：

Study on Hydrogeological Conditions of Bauxite in Western Henan: A Case Study of a Mine in Mianchi County

HAO󰀁Jun

（Ｈｅｎａｎ　ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｇｅｏｌｏｇｙ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，　Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００００，Ｃｈｉｎａ）

Abstract: Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｈｕｉｑｕａｎｗａ　Ｂａｕｘｉｔｅ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　

ｍｉｎｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｆｏｒ　ｂａｕｘｉｔｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ．

Keywords: ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙ；　ｂａｕｘｉｔｅ；　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；　ｗａｔｅｒ　ｉｎｆｌｏｗ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ

铝是国民经济中各行业不可缺少的基础原材料，广泛用于建筑、包装、交通运输、电信、电力、航空航天、军工等领[1]域。在铝土矿开采前需要开展相应的水文、工程和环境地质工作，尤其是水文地质条件的研究。

目前，矿井涌水量预测中的解析法（稳定井流）和比拟法由于可操作性强得到广泛应用。此外，前人也提出的其他

[2]

预测方法：三图~双预测法、模糊聚类分析法、灰色系统模型和数值模拟方法等。

1 研究区概况

研究区位于河南省三门峡市渑池县，南距陇海铁路线观音堂火车站和310国道平距12km，东南距渑池县城18km。1.1 区域水文地质（1）自然地理。研究区属中低山丘陵区，地势南高北低。气候属北温带大陆性季风气候，多年平均气温14.3℃，平均降水量609.7mm，平均蒸发量1858.8mm；春、夏、秋三季以东南风、东风为主，冬季以西北风为主。（2）含水层（组）与隔水层（组）。研究区地层从老到新主要发育有寒武~奥陶系（∈-O）岩溶裂隙含水组、上石炭统本溪组（C2b）隔水岩组、石炭~二叠系太原组（C2P1t）灰岩溶蚀裂隙和砂岩（P1s^）裂隙含水岩组、风化带裂隙含水层、古近系潭头组（E2t）孔隙裂隙含水层、第四系（Q）孔隙含水层。

1.2 研究区水文地质

研究区北邻黄河，自西向东依次为煤窑沟、寺院东沟和四道沟，沟中常年有水，自南向北流入黄河。（1）含水层（组）与隔水层（组）。含水层（组）主要是：①奥陶（O）岩溶裂隙含水岩组、②石炭－二叠系太原组（C2P1t）-下、中二叠统石盒子组（P1-2s^）灰岩砂岩岩溶裂隙含水组、③风化裂隙含水带、④古近系潭头组（E2t）砾岩透水层-第四系（Q）松散堆积物弱透水层。

隔水岩层（组）主要是：①上石炭统本溪组（C2b1-3）隔

２０１９－０７收稿日期：

郝珺，男，生于１９８１年，汉族，硕士，工程师，研究方向：地作者简介：质工程。

水岩组、②石炭-二叠系太原组（C2P1t）隔水岩组、③下、

中二叠统石盒子组（P1-2 s^）相对隔水层组。（2）水文地质边界及水动力特征。综上所述，主要矿体所在区域石炭~二叠系岩溶裂隙含水层地下水补给面积局限，补迳排同为一区，表现出含水微弱，补给、径流排泄途径短，动态变化与降雨关系密切，地下水流向受多种因素影响的复杂渗流场特征。（3）研究区水化学特征。研究区内地表水和地下水取样分析结果可知：研究区内地表水和浅层地下水属中性~弱碱性、微硬~硬、重碳酸（硫酸）钙钠型冷水；深部石炭~二叠系岩溶裂隙地下水属强酸性、极硬、硫酸钙镁型、咸型冷水；奥陶系灰岩岩溶裂隙地下水属中性、极硬、硫酸钙镁型、微咸型冷水，含硫酸根离子较高，矿化度高，这说明研究区地下水径流条件较差，此外与研究区内石炭~二叠系地层含有黄铁矿团块和局部存在老窑水有关。

2 涌水量预测

涌水量预测分顶板水和底板水两部分计算。2.1 顶板水矿坑涌水量预测2.1.1 水动力学法

（1）计算参数选择：

由收集资料可知，研究区此部分石炭-二叠系岩溶裂隙含水层地下水位标高平均为302.113m，渗透系数（k）采用钻孔上部含水层抽水试验结果平均值4.01m/d，含水层厚度（h2）采用选用孔揭露的实际厚度，坑道长度（B）分别按钻孔孔位两侧所在矿体底板等高线图上纵剖面线方向302.113m水位线以下实际长度量得，隔水层坡度（i）采用区内岩层倾角（α）平均值（14°）。（2）石炭~二叠系岩溶裂隙含水层矿坑涌水量计算：按石炭~二叠系岩溶裂隙含水层采用倾斜隔水层上完整坑道无压水正坡单面进水涌水量公式计算。

计算公式：

令h1=0则

2019年 7月下 世界有色金属113

H水文地质

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的铝土页岩、粘土岩等隔水层而突入坑道，造成大量充水。本次预测不发生突水时的涌水量。计算方法取坑道宽度为一边的正方形作平底井，选用承压非完整井平底进水公式。研究区此部分含水层地下水位标高平均为272.653m，渗透系数（K）采用钻孔下部含水层抽水试验结果平均值0.18263m/d。

承压非完整井平底进水公式：式中：S—预测降深（m）；r0—坑道宽度的一半（m），r0=2。

预测降深39.653m，矿体底板标高233m，预算O2m含水层涌水量58m3/d。2.3 涌水量分析

通过计算，矿坑顶板涌水量利用大井法和水动力学法计算结果进行加权平均，为13797m3/d，底板涌水量58m3/d，合计矿坑涌水量为13855m3/d，在隔水层正常发育情况下，影响矿坑充水的主要因素是顶板水。

而Q=qB式中：q—单位长度坑道涌水量（m/d）；h1—预测坑道壁上的含水层厚度为0m；i—隔水层坡度（i=sinα，α=14°）

坑道长度平均541m，预测水位降深平均为69.113m，含水层厚度平均45.83m，补给带宽度平均918m，矿体底板标高平均233m，单位长度矿道涌水量27.03m3/d.m。将各项数据代入公式，计算得出矿坑石炭~二叠系含水层涌水量为14712m3/d。2.1.2 大井法

采用潜水计算公式：

式中：H—含水层厚度（m）；S—预测降深（m）；R—影响半径（m）；r0—引用影响半径（m），r0=261。

水位以下矿体面积213774m2，预测降深69.113m，含水层厚度45.83m，影响半径918m，矿体底板标高233m。将各项数据代入公式，计算石炭-二叠系含水层涌水量为12880m3/d。

2.2 底板水矿坑涌水量预测

坑道位于上石炭统本溪组中，底部有铝土矿、粘土岩和铁质页岩等隔水层存在，坑道掘进一般不揭露中奥陶统灰岩含水层。但隔水层厚度不均，平均在5.96m左右，且属软弱-半坚硬岩石，在薄的地段奥灰水就很容易冲破上石炭统软弱（上接112页）

第四，在进行计划实施过程中，应保证其满足当前的要求，并对水管理计划进行有效的监测，根据要求对其计划进行修复与整改，反映出其自身存在的问题，提供全方面的保护，真正意义上实现提前预防，明确预防工作的重要性，利用全新的手段促使开采工作有序进行。2.2 合理进行堵水

工作人员在处理过程中，应明确水流入产生的影响与风险，合理进行预测，根据水路与水文地质的丰富水资源勘探范围进行分析，明确岩石自身存在的力学特征，以此为基础，探索底层水分层与采矿表层出现的变化，分析整体的特征，以便于后续的施工处理。针对开采过程中高水位的磨合风险范围与供水减少进行与预测分析与确定，根据实际情况进行数值模拟计算，通过应力场的变化演变模型分析其产生的影响，保证工作高效的开展。实际上，如果通过疏通与卸载其水量很难实现快速的减少，其目标的截止水主要在水压范围下进行，需要明确风险，针对采矿工作的需求进行密封，通过有效的阻止水截止范围可以从根本上消除工程中存在的安全隐患，解决安全问题，促使工程开采效率与安全性提升。2.3 有效进行排水

受深埋矿井自身的因素影响，在施工过程中，工作人员应严格遵守现阶段的安全操作程序，以程序为基础，有序开展工作，保证矿区的正常与最大进入量数据精准详细，为工作人员提供精确的数据信息，满当前的需求。以矿区为例，矿区地下水文层的地质条件受外界因素产生的影响会发生明显的变化，尤其是部分老矿区，经过长时间的影响，其地下水文层地质条件必然会发生变化，因此该情况不能为地下水流计

114世界有色金属 2019年 7月下

3 结论和建议

（1）研究区属以裂隙岩溶含水层充水为主、顶板间接进

水、水文地质条件中等（偏下）的矿床。（2）研究区水文地质条件中等，地表水质基本良好，地下水质较差。[1]󰀡蒋剑飞.常熟市长发铝业有限公司发展战略研究[D].复旦大学，2013.[2]󰀡武强，黄晓玲，董东林等.评价煤层顶板涌(突)水条件的“三图～双预

测法”[J].煤炭学报，2000，25(1)：60-65.

算提供相关的参考，因此为应对现阶段存在的问题，应合理进行排水，优化现有排水能力，以矿井为基础，对矿井的水流入进行计算，分析相关的因素因子，明确各数据之间存在的关联性，建立完整的多元统计分析，通过获得的数据对地下水流入进行预测，可以选择模糊神经网络进行预测，验证进水量，满足当前的需求。针对现阶段的排水工作，应合理进行优化，根据实际情况最好分析，明确工作的进展，做好整体的监测，分析数据的变化，进行合理的排水，建立优质的排水系统，满足当前的工作需求。以采空区积水为例，其自身对矿井生产产生的影响较大，直接影响生产的安全性，工作人员应合理对采空区积水进行处理，选择疏放的措施进行处理，降低技术的涌入，提升矿井的整体安全性，了解矿区的性质，做好疏放工作，保证矿区开采工作有序的进行，消除外界因素产生的影响，满足我国煤炭资源的开展需求。

3 结论

综上所述，矿井水预测与管理工作属于一项较为特殊的工作，对于现阶段的深埋煤矿工程开采产生的影响较大，其主要的原因在于水文地质条件较为复杂，因此工作人员应结合实际情况进行合理的管理，充分发挥出自身的优势，合理预防与管理深层矿井水，降低其产生的影响，有效的解决现阶段水入区问题，保证工程效率提升。做好相关的管理工作，了解水文重要层，选择新技术进行应用，提升安全性。[1]󰀡苏宏.大采深高承压矿井水文地质条件及防治水技术[J].石化技

术,2019,26(02):297.

[2]󰀡郝志强.深埋矿井水文地质条件及防治水技术分析[J].能源与节

能,2018,14(10):109-110.