刚果（金）SICOMINES铜钴矿区东风井井筒涌水量计算

一、工程简介
拟建竖井位于刚果（金）科尔韦济市西南约7km处的SINCOMINES铜钴矿区，矿区地处赤道南侧，属于热带草原气候，区内年平均气温20℃，最高气温37.8℃，最低气温0℃。降水量年际、年内分布不均匀，历年平均降水量1188.00mm，降水主要集中在11月份至次年3月份，占全年降水量的85%以上。
拟建竖井呈圆形，设计深度255.00m，直径6.0m，井口标高1452.950m，井底标高1192.950m。竖井东北方向260.00m为玛尚巴（西）露天采坑，该采坑于1978年开始露天采矿，1995年9月停产，历时18年，形成了巨大露天采坑，采坑面积0.89km2，水位标高1406.908m，坑内积水深度达130.123m，为定水头补给边界。
二、矿区地质概况
矿区地层主要为加丹加系罗安群（R）和第四系。
罗安群（R）分布于矿区南部、西部和北部，是一套浅海相的细碎屑岩和化学岩，从下至上分为R1、R2、R3组，主要岩性为白云质粉砂岩、白云岩、白云质页岩、硅化白云岩、砂砾岩等。第四系覆盖全区，厚度5-15m，岩性为红褐色、黄褐色粘土和粉质粘土。
矿区内褶皱构造发育，总体轴向为10～30°的复式褶皱；断裂构造十分发育，有北西向、北东向、近南北向和近东西向，断裂规模大小不一，延展长度相差悬殊。强烈的构造运动造成区内地层深度破碎，地层岩性空间分布变化多端。

三、拟建场地水文地质条件
（一）水文地质概况
矿区地势东南高、西北低，海拔标高1390-1480m，地貌为低缓丘陵地貌。矿区河流、地表水体发育，主要矿体位于当地最低侵蚀基准面之下；矿区范围内构造极其发育，含水层以岩溶裂隙含水层为主，含水层强弱相间、结构复杂；以往开采形成的露天采坑切穿矿区主要含水层并大量集水，地表水体与矿区各含水层之间水力联系密切，水文地质边界条件复杂，为水文地质条件复杂的以岩溶裂隙充水为主的矿床。
（二）含、隔水层特征
拟建竖井处于玛尚巴背斜近轴部，该处地形平坦，地面标高1452.95ｍ，根据勘察钻孔所揭露地层情况，自上而下：0-10.2m为第四系粉质粘土，透水而不含水；10.2-98.9m为罗安群R1组全风化砂岩、泥岩，具强烈粘土化和弱滑石化，透水性极弱，视为相对隔水层；98.9-145.5m为罗安群R1组强风化泥质砂岩、砂岩，裂隙不发育，裂隙面上有泥质、钙质全充填，透水性弱，视为相对隔水层。145.0-260.0m为中等风化砂砾岩、泥岩互层，受构造作用，此段裂隙较发育，裂隙面上有少量砂质充填，见明显地下水痕迹，钻孔施工过程当中，漏水严重，视为含水层。
根据井筒围岩岩性、裂隙发育情况、简易水文地质观测以及水文电测井资料，将145.50～260.00m段视为含水层（段），井筒其余部位视为相对隔水层，详见下表1。
表1：井筒主要含水层特征

（三）含水层（组）渗透系数及富水性
根据竖井勘察孔终孔段岩芯分析,井筒底部没有揭穿R1基岩裂隙含水层（组）,井筒底板仍处于R1基岩裂隙含水层（组）内,严格来说,需要采用承压非完整井公式计算; 但此含水层(组)具体厚度未知,为方便计算,假定井筒底板处于此含水层(组)底板,采用承压完整井公式求取渗透系数，公式如下：

式中：K──渗透系数（m/d）；
Q──抽水试验水量（m3/d）；
S──抽水试验水位降深(m)；
M──含水层（段）厚度（m）;
R──影响半径(m);
r──抽水孔孔径(m)；
表2：勘察孔抽水试验成果表

四、井筒涌水量预测
涌水量计算采用大井法进行推算，推算的最大水位降深由静水位至含水层底板（或井筒底板）。距东风井东北260m为玛尚巴(西)露天采坑,为定水头边界,对于竖井涌水量影响非常之大,此次推算分两种情况:一种为玛尚巴(西)露天采坑疏干后，开挖竖井的最大涌水量（Q干），另一种为玛尚巴(西)为定水头条件下(及不对露天采坑进行疏干)开挖竖井的最大涌水量(Q定)。
（一）玛尚巴(西)露天采坑疏干后竖井的最大涌水量 (Q干)
计算中,假定玛尚巴(西)露天采坑疏干至坑底标高1281.00m,东风井静水位近似降至1281.00m,含水层底板标高1192.95m及井筒底板标高。根据以上假设条件，地下水类型为潜水，水位降至东风井底板标高,涌水量计算公式为:

式中: Q千──露天采坑疏干条件下的竖井最大涌水量（m3/d）；K──含水层渗透系数(m/d)；H0──潜水含水层厚度（m）；S──水位降深（m）；R──影响半径（m）；R0──引用影响半径(m)；R0──竖井半径(m)。
计算结果如下表2所示：
表2:玛尚巴(西)露天采坑疏干条件下竖井最大涌水量计算表

（二）玛尚巴(西)露天采坑为定水头条件下竖井的最大涌水量 (Q定)
静止水位标高1407.97m，假定含水层底板标高1192.95m及井筒底板标高,井筒水位降至井筒底板时,影响半径扩至玛尚巴(西)露天采坑边界处。根据以上假设条件，地下水类型为具有定水补给边界的承压水，涌水量公式采用承压-无压公式，水位降深至竖井底板标高,其公式为:

式中: Q定──露天采坑不排水条件下的竖井最大涌水量（m3/d）；K──含水层渗透系数(m/d)；H0──东风井井筒内水柱高（m）（H0=静水位标高-标底标高）； M──含水层厚度（m）；R──影响半径（m）;D──东风井至MASHAMBA OUEST采坑边距离(m);R0──引用半径(m);r0──竖井半径(m)。hw──井筒内剩余水柱高（m）(水位降至井筒底板，故其为0)。
计算结果如下表3所示：
表3：MASHAMBA OUEST露天采坑不作疏干条件下竖井最大涌水量计算表

综上所述,竖井开挖过程当中,涌水量主要由玛尚巴（西）露天采坑的侧向补给,并且补给量稳定,不会随着竖井排水时间的延长而减小。
五、结语
本次井筒涌水量预测分两种情况,其一为玛尚巴(西)露天采坑疏干后的井筒最大水量为1512.62m3/d；其二为玛尚巴(西)露天采坑不排水条件下的最大涌水量为7926.79m3/d；井筒涌水量主要由玛尚巴(西)露天采坑的侧向补给，且补给量稳定。由于玛尚巴(西)采坑巨大，水量丰富，短时间内难于疏干，竖井开挖时，建议采用地面预注浆法，截断来水通道，达到较好的治水效果。
[参考文献]
[1]折书群.刚果(金)SICOMINES铜钴矿区水文地质工程地质勘探一期报告.华北有色工程勘察院, 40-53.
[2]刘大金.刚果民主共和国SICOMINES铜钴矿矿区东风井告(详细勘察阶段）华北有色工程勘察院, 21-27.
（作者单位：华北有色工程勘察院 石家庄）