对勘查规范开采技术条件部分的解读与修订意见

对勘查开采技术条件部分的解读与修订意见 钱学溥 水文地质、工程地质、环境地质专业) ( GB 12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》和GB 15218-94《地下水资源分类分级》，分别于1991年和1994年颁布执行。根据形势的发展和提高报告质量的需要，多年来在执行上述规范和有关规定的过程中，感到有些条款需要作进行进一步的解读，有些条款需要进行必要的补充与修订，还有一些问在勘查和编写报告的过程中需要引起注意。下面，提出一些有关的意见供参考。 一、 关于文字摘要 1(勘查核实报告，尤其是准备上市公司的勘查核实报告，其文字摘要应该简明 扼要，内容全面，重点突出，尽可能地通俗易懂。文字摘要一般不超过400 字，至多不超过一页纸。 2(文字摘要应包含开采技术条件和经济方面的有关内容。文字摘要阐述开采技 术条件方面主要结论性的意见，应有1,3行的文字;说明经济方面的主要指 标，应有1,2行的文字。例如可以说明“本矿区水文地质条件简单，工程地 质条件中等，环境地质质量良好，矿山供水问题容易解决。”以及可以说明“经 计算，拟建矿山财务内部收益率为13.0%，动态投资回收期为11.4年，经济 效益较好。” 3(在开采技术条件方面，至少要说明水文地质、工程地质条件的复杂程度;环 境地质质量的类别;解决矿山供水的难易程度。其中，矿山供水水文地质条 件、工程地质条件可以分别简化为简单、中等、复杂3种类别。矿山供水问 题可以概括为容易解决、可以解决、难以解决3种类别。经济方面，至少应 说明拟建矿山的“财务内部收益率”和“动态投资回收期”两项指标。 二、 关于核实报告的章节 1(核实报告编写提纲缺少自然地理一章，而对开采技术条件来说，自然地理是 不可或缺的内容——因为降水量加大一番，地下水的补给量增加将近两番; 干旱地区，水资源匮乏;地表水体可能导致矿坑突水;地形切割强烈的山区， 1 容易发生地质灾害;地震烈度增加一度，建筑物造价约增加15%。 2(建议核实报告保留自然地理一章，否则，必须把有关的内容纳入开采技术条 件一章。 三、水文地质勘查类型的认定 1(矿区水文地质勘查类型分为三类三型。根据矿坑充水含水层的地下水类别， 确定矿区水文地质勘查类型的三类(孔隙充水矿床、裂隙充水矿床、岩溶充 水矿床)不会有甚麽分歧。确定水文地质勘查类型的三型(简单、中等、复 杂)，则会出现不同的理解和标准。 2(确定矿区水文地质勘查类型的三型，不仅要考虑充水含水层的地下水类别， 还要考虑充水含水层的数量及其导水性;充水含水层的钻孔单位涌水量;地 下水的储存量;地下水的补给强度;矿床与当地侵蚀基准面的相对位置;矿 井涌水量的大小;矿坑水的自然排放条件;导水的断层和陷落柱;地面塌陷; 河流、湖泊和水库等地表水体;以及烧变岩积水、老窑积水等因素。 3(坑道突水可以形成最为严重的矿难。因此，可以这样理解和概括:是否存在 坑道突水事故的威胁，是确定矿区水文地质勘查类型三型的主要依据。 14(不存在突水事故威胁的矿床，属水文地质勘查类型简单型的矿床，例如:?位 2于地下水位以上的矿床。?位于地下水位以下，但具有自流排水地形条件的 3矿床。?矿坑充水含水层少于或等于3层，其导水性和补给量有限，矿井涌 3水量小于5000m/d的矿床。 不存在突水事故威胁属水文地质勘查类型简单型的矿床，在矿山的基建 和开采阶段，需要投入的水文地质工作有限。 15(具有突水事故威胁的矿床，属水文地质勘查类型中等型的矿床，例如:?位 2于海面以下、湖面以下开采的矿床。?矿床顶板以上存在可能突水的厚层砂 3砾石孔隙水含水层的矿床。?矿床底板以下或是围岩存在可能突水的厚层石 4灰岩岩溶水含水层的矿床。?矿坑充水含水层多于3层，其导水性和补给量 3较大，矿井涌水量大于5000m/d的矿床。 具有突水事故威胁属水文地质勘查类型中等型的矿床，在矿山的基建和 开采阶段，需要投入一定的水文地质工作。 16(具有严重突水事故威胁的矿床，水文地质勘查类型属复杂型的矿床，例如:? 矿床顶板以上存在可能突水的厚层砂砾石孔隙水含水层，同时矿床底板以下 2或是围岩存在可能突水的厚层石灰岩岩溶水含水层的矿床。?矿床顶板以上 2 存在可能突水的厚层砂砾石孔隙水含水层，该含水层位于矿坑冒落带与导水 3裂隙带范围以内，或是接近冒落带与导水裂隙带的高度。?矿床底板以下或是围岩存在可能突水的厚层石灰岩岩溶水含水层，其间隔水层的厚度接近或小于安全的隔水厚度。 具有严重突水事故威胁属水文地质勘查类型复杂型的矿床，不仅在矿山 的基建阶段需要投入一定的工作，在矿山的开采阶段，也需要“边探边采”， 施工大量的探水钻探进尺。 17(露天开采的矿床，与地下坑道开采的矿床有明显的不同。?露天开采的矿床，由于排水条件优越，不会出现严重的突水事故，因此，一般均属于水文地质 2勘查类型简单的矿床。?需要疏干开采的露天开采矿床，则属于水文地质勘 3查类型复杂的矿床。如内蒙古自治区赤峰市元宝山煤矿，疏干排水量5.8m/s; 3河北省邢台市北洺河铁矿，疏干排水量5.3,10.0m/s。 四、矿山的开采与勘查工作的布置 1(在矿产资源的勘探阶段，必须结合矿山的开采方案，部署水文地质、工程地质勘查工作。勘探阶段水文地质、工程地质勘查工作，应主要部署在坑道开采的先期开采地段、露天开采的拉沟区附近。 2(基建勘探的投资，大体占基建投资的10%。在矿山的基建勘探阶段，水文地质、工程地质勘查工作，主要部署在井筒、运输大巷、尾矿坝和边坡等分布的地段和位置。另外，可以采用物探磁法探测烧变岩的分布，采用物探电磁法探测老窑积水，采用三维地震探测陷落柱和断层的存在。 五、钻孔工程地质编录 1(钻孔工程地质编录是一项投入少，效果显著的勘查工作。尤其是在普查阶段，在没有采取岩石力学试样的情况下，进行钻孔工程地质编录，按钻进回次测定岩石质量指标RQD值，根据RQD值确定岩石的质量等级，是评价区内工程地质条件的重要依据。 2(不少地勘单位，仅在详查及勘探阶段，选择少数口径较大的工程地质孔进行钻孔工程地质编录。实际上，一般地质勘查钻孔，都可以进行钻孔工程地质编录。各勘查阶段施工的钻孔，其钻孔工程地质编录的数量必须满足规范规定的要求。 3 六、消除井损计算渗透系数 S,f(Q)1(以承压水完整井为例，当呈曲线时，须按GB 50027-2001《供水水文地质勘察规范》8.2.1条款的要求，进行消除井损渗透系数的计算。该条款 S/Q,f(Q)要求换一个坐标，求出直线的截距a值，将a值代入承压水完整井裘布依，即可求得消除井损的渗透系数。 12(公式的推导:?不考虑井损问题，根据达西定律导出的承压水完整井计算公 lgR,lgrlgR,lgrK,0.366Q式，由此。其中R为引用影响半S,(0.366)QSMKM 径，反映的是地下水补给强度;r为过滤器半径;K为渗透系数;M为含水 S,aQ层厚度，以上4个参数都是定数，因此可以写作，其中a值可以称作 2层流损失系数。?井损所包括的各种水头损失，都与流量的二次方成正比， 2因此，具有井损的承压水完整井计算公式可以写作(对S、Q来S,aQ，bQ S/Q,a，bQS/Q说，是抛物线方程)，或写作(对、Q来说，是直线方程)。3S/QS/Q?a值即等于以、Q为坐标轴，直线在轴上的截距。a值也可以利 423,QS，,Q,,QS，,QlgR,lgr4a,a,0.366用最小二乘法求得:。?，也2433,Q，,Q,,Q，,QKM lgR,lgrK,0.366就是，消除井损的渗透系数K值可以求得。 aM 3(计算实例:某地一承压水完整井，砂卵石层厚M=58.05m，r=0.10m，进行了 33个落程的稳定流抽水试验。观测结果:=1.61m，=2430m/d;=5.34m，SQS112 33=5780m/d;=7.94m，=7110m/d。采用截距法求a值:/=6.63QSQSQ33211 -4-4-4-42×10，/=9.24×10，/=11.17×10。求得3.5×10d/m。 QSQSa,3322 S/Q-42(10 d/m ) 3Q(m /d) 4 lg12000lg0.10,取m，代入上式0.36691.5m/d。 R,12000K,,,43.51058.05，， 4(采用最小二乘法，可以求得更为精确的a值。为求a值列表如下: 32234落程 S (m) Q (m/d) QS Q QS Q Q 1 1.61 2430 3.91 5.90 9.51 14.3 34.9 2 5.34 5780 30.87 33.41 178.4 193.1 1116 3 7.94 7110 56.45 50.55 401.4 359.4 2556 91.23 89.86 589.3 566.8 3707 , 91.23，3707,589.3，566.8-42 3.52×10d/m。取m，代入上式R,12000a,,89.86，3707,566.8，566.8 lg12000,lg0.10,0.366=91.0m/d。这个结果比截距法的计算结果更为精K,43.52，10，58.05 确。 1R5(小结——?该计算实例实为一组带观测孔的抽水试验。影响半径=12000m， 2是利用2个观测孔观测资料计算的结果。?经过计算，利用2个观测孔观测资料计算的渗透系数平均值为88.2m/d;利用消除井损公式计算的渗透系数为91.0m/d;利用抽水孔观测资料直接计算的渗透系数(48.3m/d、K,1 34.7m/d、28.7m/d)，平均值为37.2m/d。可以看出:利用消除井K,K,32 3损公式计算的渗透系数与前者相近，而与后者相差甚远。?采用最小二乘法计算的a值具有较高的精度，但是采用截距法计算结果也可以满足计算的要 4求。?根据渗透系数的定义，某一点含水层的渗透系数，应该是一个定数，不应随着降深的加大而减小。以上述实例为例，利用抽水孔观测资料直接计算的渗透系数，随着降深的加大，计算的渗透系数逐渐变小:48.3m/d、K,1 5S34.7m/d、28.7m/d是不合理的。?对潜水完整井来说，则上述值K,K,32 226要用来代替。?有关消除井损计算渗透系数其它的一些问题，请参(H,h) 阅中国建筑工业出版社，《工程勘察》1984年第6期，钱学溥《消除井损计算渗透系数公式的探讨》。 七、利用恢复水位观测资料计算渗透系数 1(观测抽水试验的地下水恢复水位，付出了相当大的代价，应当把宝贵的恢复 5 水位观测资料充分地利用起来。非稳定流理论，是利用恢复水位观测资料计 算渗透系数的基础。在地台岩层缓平的地区，非稳定流理论比稳定流理论， 更接近于当地的水文地质条件。 2(以分钟为单位，当恢复水位观测时间超过1000分钟，也就是说，观测时间超 过3个对数周期(1、10、100、1000分钟)，则应该利用恢复水位的观测数 据，采用非稳定流理论两点法、直线斜率法、选择法等方法，计算承压水渗 透系数(参考《供水水文地质手册》第二册，地质出版社1977，第95,103 页)。 T0.183Qt21QT3(两点法:T,lg;K,。式中:——导水系数(m/d);——S,StM212 3抽水稳定流量(m/d);——恢复时间(min或h)时的钻孔水位降深(m);tS22 K——恢复时间(min或h)时的钻孔水位降深(m);——渗透系数(m/d);St11 M——承压含水层的厚度(m)。 2.3QTSr,T,4(直线斜率法:;;;K,。式中:——从开始B,t,t,tt0t4,BMlg,t 抽水算起的时间(min或h);——从抽水到停抽的时间(min或h);—tS0r 2QT—停抽后某时刻井中的剩余降深(m);——导水系数(m/d);——抽水 3KM稳定流量(m/d);——渗透系数(m/d);——承压含水层的厚度(m)。 八、矿井涌水量的精度与误差 多年以前，设计部门既提出，要求勘查部门认定提交的矿井涌水量的精度与误差。1998年，根据国务院“三定方案”的规定，地下水由水利部门统一管理。水利部2005年发布了技术文件SL/Z 322-2005《建设项目水资源论证导则(试行)》。该技术文件6.7款规定，地下水资源包括地下水、地热水、天然矿泉水和矿坑排水。6.1.2款规定，计算的地下水资源量要认定它的精度级别。我们认为，认定计算的矿井涌水量的级别和允许误差，不仅是水利部门要求编写《建设项目水资源论证》的需要，而且有利于设计部门的使用。在发生经济纠纷的情况下，也有利于报告提交单位和报告评审机构为自己进行客观的申辩。下面，围绕这一问题，对矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差等，作一些论述。 1( 矿井涌水量与水文地质勘查 矿井涌水量比较大，要求计算的矿井涌水量精度就比较高，也就需要投入比 6 较多的水文地质勘查研究工作。表1，可以作为部署水文地质工作的参考。 表 1 矿井涌水量与水文地质勘查 矿山类型 多年生产的特大涌水矿山 大水矿山 中水矿山 小水矿山 矿山 疏干开采矿山 矿井涌水量 具有10年以大于50000 5000,50000 500,5000 小于500 3(m/d) 上观测资料 抽水试验的 不需要进行多孔抽水试验多孔抽水试验单孔抽水试不一定需要进类型和数量 抽水试验 1,5组，群孔1,5组 验1,5孔 行抽水试验 抽水试验1组 涌水量的主作图法、 数值法、 比拟法、解析法比拟法、 比拟法、解析要计算方法 数理统计 数理统计 加水均衡计算、 解析法、 法、地下水径流 作图法 作图法 模数法、泉水流 量统计法 提交矿井涌 水量的精度 A B B、C B、C、D D 、E 1注:?多年生产的矿山是指:开采水平不变、开采面积基本不变的多年生产的矿山，如 2即将闭坑或是即将破产的矿山，即是这种多年生产的矿山。?多孔抽水试验，是指带观测孔 3的一个抽水主孔的抽水试验，持续抽水几天。?群孔抽水试验是指带观测孔的多个抽水主孔 4的抽水试验，其抽水总量，一般要达到计算矿井涌水量的1/3,3/4，持续抽水几十天。?利用地下水动力学计算公式，计算矿井涌水量，就属于解析法的范畴。大井法、集水廊道法就 5是常用的解析法。?数理统计包括一元线性回归、多元线性回归、逐步回归、系统理论分析、频率计算等(参考钱学溥，娘子关泉水流量几种回归分析的比较，《工程勘察》1983第4期，中国建筑工业出版社)。可以把水位抽降、巷道开拓面积、矿产产量、降水量等作为自变量， 6把矿井涌水量作为因变量。?数值法也就是计算机模拟，是通过利用计算机模拟地下水流场 7的变化，计算矿井涌水量的一种方法。?常用的大井法、集水廊道法等解析法计算矿井涌水量，只考虑了含水层的导水性，没有考虑地下水的补给量。因此，只有进行了解析法和水均衡的计算，用地下水的补给量验证解析法计算的结果，计算的矿井涌水量的精度才能达到C级。 2( 稳定流、非稳定流公式应用的主要条件 2.1一般报告采用的解析解大井法、集水廊道法，是基于稳定流理论推导的地下水动力学计算公式。它要求地下水有比较充分的补给条件，要求在该水平开采的 7 几年到几十年内，矿井排水计算的地下水影响半径边界上的水头高度，永远稳定在计算采用的高度上。 2.2基于非稳定流理论推导的地下水动力学计算公式，恰恰相反，它的使用条件是地下水没有补给，含水层分布无限，地下水影响半径不断向外扩大。 2.3由于采用大井法、集水廊道法，一般都没有考虑地下水补给量的问题，因此，计算的结果可能有较大的误差，它的精度一般只有D级。 3( 影响半径的计算 3.1计算影响半径的经验公式有很多，它们计算的结果有相当大的误差。如常用 R的库萨金经验公式对于裂隙水来说，计算的值一般偏小2,5倍。R,2SHK 吉哈尔经验公式对承压水含水层，可以作近似的计算，但计算的结果R,10SK 一般偏小(参考《供水水文地质手册》第二册，地质出版社1977，第268页)。 R3.2影响半径，处在矿井涌水量计算公式分母的位置，因此，计算的影响半径R偏小，就会导致计算的矿井涌水量偏大。这是一般地质报告计算矿井涌水量偏大的主要原因。 3.3利用经验公式计算的承压水影响半径一般偏小，从而计算的矿井涌水量偏大。为此，最好是利用多孔抽水试验实测的影响半径，或是利用大井法、集水廊道法公式反求的影响半径预算矿井涌水量。 3.4据甘肃省安新煤田大柳井田勘探报告，该井田开采侏罗系煤层。经实测，相距4000m的新周煤矿建井，水位已影响到大柳煤矿的井筒。估计影响半径可能超过5000m。 3.5内蒙古自治区东胜煤田王家坡煤矿距宏景塔一矿2km。王家坡煤矿利用实测的资料，采用大井法公式，可以反求影响半径: 3QH王家坡煤矿实测矿井涌水量=50m/d，承压水头高度=64.82m，巷道系统 2M面积=1800000m, 承压含水层厚度=9.09m， 砂岩承压含水层渗透系数F0 F0r,,K=0.0276m/d。巷道系统引用半径757m，大井引用半径，R,R，r000, 1.366K(2H,M)MQ,地下水承压转无压裘布衣公式。将上述数据代入公式， lgR,lgr00 1.366，0.0276(2，64.82,9.09)，9.0941.3150,50,， ，=3.7062，lgR0lgR,lg757lgR,2.8800 R,5084,757,R=5084m，4327m。 0 利用反求的影响半径4327m，采用大井法公式，可以预算宏景塔一矿的矿井 8 3涌水量为154m/d。 3.6内蒙古贺兰山煤田天荣五号煤矿，煤层较陡，采用水平巷道开采。井巷涌水 3Q量=400m/d，水头高度=199.55m，巷道长度B=2100m，砂岩厚度M=56.5m,H K=0.1275m/d，坑道内水层高度=0m。将上述数据，代入集水廊道单渗透系数h0 2(2HM)Mh,,0QBK边进水承压转无压的公式,，求得影响半径R=6479m。 2R 3.7长期开采条件下，承压水影响半径一般有4000m,6000m,8000m，甚至更远。 4( 直接降落在露天采坑中的降水量()的计算 Q1 )，应有频率的概念，必须进行频率的4.1直接降落在露天采坑中的降水量(Q1 计算。 4.2根据一日最大降水量，通过理论频率的计算，计算直接降落在露天采坑 中、不同概率的降水量，见表2、3、4及图1。 表2 一日最大降水量的计算 经验频率 2 ，，K,1次序 年份 K,1HHm K,P,，100%HPn，1m (mm) 1 1995 97.5 2.381 1.381 1.907 4.2 2 1984 72.1 1.761 0.761 0.579 8.3 3 1993 60.0 1.465 0.465 0.216 12.5 4 1998 56.5 1.380 0.380 0.144 16.7 5 1989 54.8 1.338 0.338 0.114 20.8 6 1991 51.0 1.245 0.245 0.060 25.0 7 1990 46.0 1.123 0.123 0.015 29.2 8 1996 44.2 1.079 0.079 0.006 33.3 9 1983 42.2 1.031 0.031 0.001 37.5 10 1988 37.3 0.911 -0.089 0.008 41.7 11 1987 37.0 0.904 -0.096 0.009 45.8 12 2002 37.0 0.904 -0.096 0.009 50.0 13 1992 35.0 0.855 -0.145 0.021 54.2 14 1997 33.5 0.818 -0.182 0.033 58.3 9 15 1999 32.8 0.801 -0.199 0.040 62.5 16 2003 32.1 0.784 -0.216 0.047 66.7 17 1985 31.9 0.779 -0.221 0.049 70.8 18 2005 30.7 0.750 -0.250 0.063 75.0 19 2000 26.7 0.652 -0.348 0.121 79.2 20 1994 24.0 0.586 -0.414 0.171 83.3 21 2001 22.9 0.559 -0.441 0.194 87.5 22 1986 22.7 0.554 -0.446 0.199 91.7 23 2004 14.0 0.342 -0.658 0.433 95.8 总和 941.9 4.439 注:根据满洲里市气象局1983,2005年，连续23年观测的每年一日最大降水量。 2,H941.9,(K,1)4.439 n,23H,,,40.95C,,,0.45PVn23n,122 设，查皮尔逊III型频率曲线φ值表(参考《供水水文地质C,3C,1.35SV 手册》第二册，地质出版社1977，第666,671页)，计算不同频率的一日最大降水量如表3。 表3 不同频率的一日最大降水量计算 频率 1 5 10 20 50 80 90 95 99 P(%)100年20年10年5年 2年 5年 10年20年100年 一遇 一遇 一遇 一遇 一遇 一遇 一遇 一遇 一遇 , 3.24 1.93 1.34 0.72 -0.22 -0.83 -1.05 -1.18 -1.35 ,C1.46 0.87 0.60 0.32 -0.10 -0.37 -0.47 -0.53 -0.61 V K,,C，12.46 1.87 1.60 1.32 0.90 0.63 0.53 0.47 0.39 PV 100.74 76.58 65.52 54.05 36.86 25.80 21.70 19.25 15.97 H,H，KPP (mm) 注:频率为50%的一日最大降水量，相当2年一遇的一日最大降水量，也就是多年平均的一日最大降水量。频率为80%的一日最大降水量，相当5年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为90%的一日最大降水量，相当10年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为95%的一日最大降水量，相当20年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为99%的一日最大降水量，相当100年一遇的枯水年的一日最大降水量。 10 一 日 最 大 降 水 量 (mm) 频率 图1 一日最大降水量频率曲线 根据不同频率的一日最大降水量，计算直接降落在露天采坑中的降水量如表4。 表4 直接降落在露天采坑中的降水量() Q1 频率 1 5 10 20 50 80 90 95 99 P(%)100年20年10年5年 2年 5年 10年20年100年 一遇 一遇 一遇 一遇 一遇 一遇 一遇 一遇 一遇 一日最大降水量 100.74 76.58 65.52 54.05 36.86 25.80 21.70 19.25 15.97 (mm) H 采坑涌水量 19.04 14.47 12.38 10.22 6.97 4.88 4.10 3.64 3.02 43(10 m/d) Q1 42424212注:?南区采坑面积120×10m，北区采坑面积150×10m，合计采坑面积F=270×10m。? 3参考地质出版社《水文地质手册》，暴雨地表径流系数值选用0.7。?一日最大降水形成, 的采坑涌水量 。 Q,F，H，,1 根据上述计算的结果，一日最大降水直接降落在采坑中的水量:100年一遇 333的是19.0万m/d;20年一遇的是14.5万m/d;10年一遇的是12.4万m/d;5 33年一遇的是10.2万m/d;多年平均值是7.0万m/d。 考虑一日最大降水量的观测序列()长达23年;但暴雨地表径流系数值n,选用0.7有较大的误差。参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》，报告 11 计算的一日最大降水直接降落在采坑中的水量()，其精度相当C级，最大误Q1 差大体在50%以内。 4.3露天开采，应计算地下水涌入采坑的水量和一日最大降水直接降落在采坑中 ,1/100。 的水量。二者相比，前者水量很小，一般只有后者的1/10 4.4露天开采，涌入采坑的地下水量和一日最大降水直接降落在采坑中的水量，都是可能被利用的地下水资源。因此，对上述计算的水量，都应认定它们的精度级别和误差。 4.5选用的暴雨地表径流系数值，具有较大的误差。最好是根据实测的一日最, 大降水量和实测的采坑或邻近采坑的积水量，反求暴雨地表径流系数值。 ,5( 作图法求解矿井的涌水量 5.1可以利用作图法求解矿井涌水量。金属矿床矿体一般具有较大的倾角，开采时，往往有几个甚至几十个不同深度的开采中段。当煤层的倾角较大时，如新疆的准南煤田、内蒙古的贺兰山煤田，也具有较多的开采水平。在这种情况下，可以利用多层实测的开采中段或开采水平的矿井涌水量，采用作图的方法，预测下一个开采中段或开采水平的矿井涌水量。以湖南省沃溪矿区金锑钨矿为例，该矿 331,7中段年矿井涌水量41.7万m/a, 8,16中段年矿井涌水量38.9万m/a，17, 3320中段年矿井涌水量36.4万m/a，21,36中段年矿井涌水量30.2万m/a，全 3矿1,36中段年矿井总涌水量为147.2万m/a。通过作图法，可以预测37,42 3 中段的年矿井涌水量为25.2万m/a，它的精度大体相当B级(参阅图2)。 ma 图2 作图法求B级矿井涌水量 5.2作图法计算过程简单、直观。由于设计部门对预算的矿井涌水量的精度，要求不是很高，因此，作图法求解的矿井涌水量，一般可以满足设计的要求。 12 6( 含水层突水量的计算 6.1对岩溶含水层的突水量，可以进行粗略的计算。以安徽省涡阳县耿皇煤矿为例，计算石炭系太原统石灰岩的突水量——根据淮北各煤矿的实践，工作面突水面积一般采用工作面的长度a=30m，宽b=15m，坑道系统的大井引用半径 ab30，15KMS,,,11.97rm。利用公式， ，以及Q,2.73R,10SK0R,,0lgr0 3，计算太原统石灰岩地下水的可能突水量为740m/h。 R,R，r00 6.2实际上，这种计算的方法，是把太原统石灰岩的突水，看作是一个半径为11.97m的承压水大井。突水面积采用工作面的长度a=30m，宽b=15m。其宽度，是参考周期来压的长度，是一个具有地方性的经验数字。由于计算采用的突水面积误差很大，参照GB 15218《地下水资源分类分级标准》，上述报告计算的灾变性涌水量，其精度相当D级，误差大体在80%以内。 7( 对计算的矿井涌水量进行评述的内容 GB 12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》4.5.4款，要求对计算的 1矿井涌水量进行详细的评述。详细评述的内容应包括:?应用的参数，是实测的参数、半实测的参数还是经验的参数，可靠程度如何。单孔抽水试验，其影响半径是经验公式计算的结果，因此，计算的渗透系数属于半实测的参数。大井或集 2水廊道的影响半径，一般是经验公式计算的结果，属于经验的参数。?矿井涌水 3量计算的公式是理论公式，还是经验公式。不常见的公式，要说明它的出处。?当地的水文地质条件，是否适合报告使用的稳定流或是非稳定流矿井涌水量计算 45公式。?计算的结果可能偏大还是可能偏小，理由是甚麽。?参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》，报告计算的矿井涌水量的精度属于哪个级别，它 6的误差有多少以及误差的计算方法。?计算的矿井涌水量考虑了哪些充水因素， 7没有考虑哪些充水因素。?报告提交的矿井涌水量精度，是否可以满足矿山设计的要求。 8( 矿井涌水量精度的级别 8.1 地下水可开采量和矿井涌水量，都是地下水资源。参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》、GB 50027-2001《供水水文地质勘察规范》以及GB/T 17766-1999《固体矿产资源/储量分类》，地下水可开采量和矿井涌水量按勘查研究程度，分为以下5级。地下水资源量与固体矿产资源量不同的是，由于地下水资源具有可以恢复、可以再生的特点，因此，地下水资源量多了一级证实的资源 13 量: A级——证实的地下水可开采量、证实的矿井涌水量 B级——探明的地下水可开采量、探明的矿井涌水量 C级——控制的地下水可开采量、控制的矿井涌水量 D级——推断的地下水可开采量、推断的矿井涌水量 E级——预测的地下水可开采量、预测的矿井涌水量 8.2参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》，不同的勘查研究程度、不同的计算方法求得的矿井涌水量，可以认定为不同的精度级别。常见的实例如下: A级——开采水平或开采中段不变，开采面积基本不变，经过多年开采实践，利用多年观测的矿井涌水量，预测未来几年的矿井涌水量，属于A级的精度。如即将闭坑或是即将倒闭的矿山预测的矿井涌水量。 B级——具有3个以上开采水平或开采中段的矿山，利用2个或2个以上开采水平或开采中段涌水量观测数据，采用数理统计、相关分析的方法或是采用作图延长曲线的方法，计算的下一个开采水平或开采中段的矿井涌水量，属于B级的精度。 C级——利用第一开采水平或是第一开采中段实测的矿井涌水量，采用水文地质比拟的方法，计算的第二开采水平或是第二开采中段的矿井涌水量;利用邻近水文地质条件近似矿山的矿井涌水量，采用水文地质比拟的方法，计算的矿井涌水量，属于C级的精度。 D级——利用单孔抽水试验求取渗透系数，采用大井法或是集水廊道法计算的矿井涌水量，属于D级的精度。 E级——根据水文地质和气象等条件、根据地下水径流模数、泉水流量，由有经验的水文地质技术人员估计、估算的矿井涌水量，属于E级的精度。 9( 矿井涌水量的允许误差 9.1计算的地下水可开采量的精度和计算的矿井涌水量的精度，都分为A、B、C、D、E五级，但同一级别，地下水可开采量允许误差，小于矿井涌水量允许误差， 1其差值大体有20%。这是因为:?供水对可开采量的保证程度要求较高，一般农业用水要求保证率为75%，生活用水和工业用水要求保证率为90%，火力发电厂 2用水要求保证率为97%。而矿井排水量的保证程度要求较低。?计算地下水可开 3采量，对水位抽降不作严格的限定，而矿井排水则有确定的水位抽降。?供水管井的井径有限，井内安装水泵，抽水量和水位抽降受到严格的约束;矿井排水，地下空间较大，利用高压水泵扬水，排水的设计和调整，都比较简便和经济。因 14 此，同一勘查阶段，提交矿井涌水量精度的级别，一般也低于地下水可开采量的级别。如:水源地勘探阶段，以提交B级地下水可开采量为主;固体矿产勘探阶段，则多数提交的是D级或C级的矿井涌水量。 9.2参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》、GB 50027-2001《供水水文地质勘察规范》以及GB/T 17766-1999《固体矿产资源/储量分类》，计算的地下水可开采量的允许误差: A——10%; B——20%; C——35%; D——50%; E——80% 计算的矿井涌水量的允许误差: A——10,20%; B——20,40%; C——40,60%; D——60,80%; E——80,90% 9.3允许误差计算的方法，都是以计算值和实测值的差值作分子，计算值和实测值中的大值作分母，再乘以100%。如计算的地下水可开采量或矿井涌水量为 333700m/d，实测的地下水可开采量或是矿井涌水量为2400m/d，则误差为3700,2400×100%=35%。 3700 9.4考虑计算参数误差的大小、比拟法外推范围的大小、当地水文地质条件与计算公式的适用程度等因素，报告计算的矿井涌水量的允许误差，可以认定在一定的范围以内，如D级的精度，其误差可以认定为60%、70%或80%。 9.5上述的“允许误差”与固体矿产的“精度”互为补数，即若 “允许误差”为30%，“精度”即为70%。“精度”的计算是以计算的固体矿产储量和实际的固体矿产储量中的大值作分母，以计算的固体矿产储量和实际的固体矿产储量中的小值作分子，再乘以100%(参考GB/T 13908-2002《固体矿产地质勘查规范总则》C2款)。 参考文献: [1] SL/Z 322-2005《建设项目水资源论证导则(试行)》[S],2005. 15 [2] 钱学溥.娘子关泉水流量几种回归分析的比较[J].工程勘察，1983,(4). [3] 《供水水文地质手册》编写组.供水水文地质手册[M].北京:地质出版社，1977. [4] GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》[S],1994. [5] GB 12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》[S],1991. [6] 安徽省煤田地质局第三地质队.安徽省涡阳县耿皇煤矿详查地质报告[R],2007. [7] GB/T 17766-1999《固体矿产资源/储量分类》[S],1999. [8] GB 8170-87《数值修约规则》[S],1987. 九、水文地质参数和水资源量的有效数字 1( 地下水流量的计量误差有1,3%，因此，以地下水流量为基础，计算的水文 地质参数和地下水资源量的有效数字，就不该超过2,3位。根据GB 8170-87 《数值修约规则》和GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》3.10款的规 定，计算的水文地质参数和地下水资源量，应修约成2位或3位有效数字。 2( 一个数据只能保留最后一位可疑数字，它是下一位4舍5入进上来的，也就 是说，有效数字的最后一位可能有正负1的误差。一个正确表达的数据，可 以大体表达出它的误差。2位有效数字:9.9,1.0，它的误差是1%,10%(0.1 ?9.9×100%=1.0%;0.1?1.0×100%=10%);3位有效数字:9.99,1.00，它 的误差是0.1%,1%(0.01?9.99×100%=0.1%;0.01?1.00×100%=1.0%)。 可以看出，2位有效数字，基本符合计算的水文地质参数和地下水资源量误 差的范围。由于预算的矿井涌水量的误差较大，如果选择3位有效数字，则 第3位有效数字应该说一般是多余的。 123( 科学计数——?1、2、3、4、5、6、7、8、9是有效数字。?这些数字左侧 3的0不是有效数字;这些数字右侧的0是有效数字。?科学计数就是小数点 前，保留一位有效数字，再乘以10的n次方。例如:2位有效数字的科学计 数，就是小数点前保留1位有效数字，小数点前、后保留2位有效数字，再 乘以10的n次方。3位有效数字的科学计数，就是小数点前保留1位有效数 字，小数点前、后保留3位有效数字，再乘以10的n次方。 4( 由于计算的矿井涌水量误差较大，计算的矿井涌水量应该修约成2位有效数 3字。如计算的矿井涌水量是18349.76m/d，修约成2位有效数字，按照科学 433计数的原则写作1.8×10 m/d(不甚严格通俗地也可以写作18000m/d)，数 字本身说明它可能有1?18=5.6%的误差，对计算的矿井涌水量来说，有效数 字的位数已经足够了。如果修约成3位有效数字，按照科学计数的原则写作 16 4331.83×10 m/d(不甚严格通俗地也可以写作18300m/d)，数字本身说明它 可能有1?183=0.55%的误差，对计算的矿井涌水量来说，可以看出，有效数 字的位数可以说是过多了。 十、陷落柱的勘察与预测 1(在我国山西、河北、陕西、山东、安徽、江苏等省，石炭二叠系地层中均有 陷落柱的发现。其中，山西省陷落柱最为发育，据不完全统计，已发现有陷 落柱3402个。陷落柱一般直径20,300m，最大高度可达500,600m，陷落 柱内有碎石充填。 2(陷落柱的存在，不仅减少了煤炭的储量，影响了巷道的掘进，并且可能引发 3突水事故。1984年，河北省唐山市范各庄煤矿陷落柱突水，最大突水量33m/s， 直接经济损失5亿元。1996年，安徽省濉溪县任楼煤矿陷落柱突水，最大突 3水量10m/s，直接经济损失1.2亿元。据记载，世界上突水量最大的矿山是 3南非的德律芳天金矿，它的突水量是6m/s。它的突水量与我国的范各庄煤矿、 任楼煤矿的突水量比较，则相差甚远。 3(关于陷落柱的成因，2005年，地质出版社，贺可强等人合著的《中国北方岩 溶塌陷》一书称:关于陷落柱形成机制的学说有多种，其中1960年钱学溥膏 溶说，得到较多地质工作者的支持。膏溶说主要的观点就是:地壳深处奥陶 系地层中夹有厚层的硬石膏，地壳上升，硬石膏水化体积膨胀55.6%，形成 水石膏，具有可塑性的水石膏冲上上覆地层，溶蚀塌陷后形成了陷落柱。 4(根据勘查、煤矿开采资料和陷落柱的膏溶说，可以推测——地下深处奥陶系 没有硬石膏层或没有层状角砾状石灰岩、泥灰岩的地区，没有陷落柱;奥陶 系地层埋深大于1200m的地区，没有陷落柱;断层发育的地区，陷落柱不发 育;地层倾角大(大于30度)的地区，陷落柱不发育;有火成岩侵入的地区， 陷落柱的数量较少;在背斜轴部容易产生盐丘的地带，陷落柱的密度较大; 时代较新、第四纪形成尚未固结的陷落柱，可能引发突水的事故。 5(为了预测陷落柱的发育，建议在井田勘查的阶段，施工一眼深钻，穿过奥陶 系顶面不少于300m，在了解奥陶系承压水水位、导水性和水质的同时，了解 有无硬石膏、水石膏、层状角砾状石灰岩和泥灰岩的存在。有硬石膏、没有 层状角砾状石灰岩和泥灰岩的地区，不会有陷落柱的发育。有层状角砾状石 灰岩、泥灰岩和零星水石膏的地区，有发现陷落柱的可能。 6(实践证明，三维地震也是探测陷落柱的有效方法。 17 7(地质勘查报告和资源核实报告，不仅要对发现的陷落柱进行说明，还应对陷 落柱的发育进行初步的预测，对陷落柱的进一步勘察提出建议。 十一、洪水位的调查 1(在低山和丘陵地区，矿山的工业广场以及井口、风口多布置在河流的一级阶 地范围以内。如果地表洪水灌入井下，则可能发生重大的淹井事故。 2(在矿区水文地质填图的过程中，必须认真寻找历史遗留的洪水位痕迹，通过 调查访问，确定当地洪水位的高度和标高。 十二、计算公式和参数的书写 1(计算公式，包括水文地质、工程地质、资源储量、经济财务等方面的计算公 式，都应利用Windows软件中的“公式编辑器3.0”书写。利用“公式编辑 器3.0”书写，公式可以写得十分美观、规范。 2(在文字和图表中，与上述公式有关的一些参数，如K、H、M、R、h、r等， 也应利用“公式编辑器3.0”书写，写成斜体。 十三、解决矿山供水问题的难度 1(解决矿山供水问题的难度有很大的差别，而解决矿山供水问题的难度对矿产 品的成本有重要的影响。报告的文字摘要及有关的章节，应认定本矿山或井 田解决矿山供水问题的难度。 2(解决矿山供水问题的难度可以分为3种类别:容易解决、可以解决、难以解 决。 3(矿山供水问题容易解决的典型实例——安徽省淮北煤田的一些煤矿，这些煤 层上覆有300,500m的新生界地层，含有4个富水的含水层。这些煤矿在本 井田范围内，施工管井即可以解决本矿山的生活、生产用水问题。这些煤矿 的矿井涌水量较大，处理后大多可以解决本矿山生产用水问题。 4(矿山供水问题可以解决的典型实例——山西省沁水煤田东部阳泉市、平定县、 昔阳县一带的煤矿，这些煤矿在其附近勘查施工管井，开采奥陶系地下水， 大都可以解决本矿山的生活、生产用水问题。这些煤矿的矿井涌水量也有一 定的数量，处理后可以作为部分矿山生产用水。 5(矿山供水问题难以解决的典型实例——新疆自治区准东煤田，区内年降水量 只有100,200mm，地表水和地下水资源都十分匮乏，矿井涌水量也很有限， 18 只有依靠远距离的调水工程——“引额济乌”，才能解决矿山的生活、生产用 水问题。 十四、边坡稳定性的计算 1(勘探报告或是准备提交设计的详查报告，应对露采边坡的稳定性进行计算。 2(露采边坡的稳定性进行计算，可以采用实测自然斜坡类比作图法、岩体力学 极限平衡试算法等方法，计算露采边坡的稳定坡角。 十五、利用声速测井资料计算岩层的物理力学性质 1(在工程地质条件复杂、顶底板属软弱岩层的井田，应利用声速测井资料计算 岩层的物理力学性质指标。 2(计算的岩层的物理力学性质指标包括: E杨氏模量、K体积模量、μ切变模 量、δ泊松比等。 十六、放射性强度与人体健康 1(射线强度对人体的危害及防护的标准: , -1 射线强度(R?h) ,,危害程度 防护措施 级别 ?25 ,I 无 不用 25，?60 ,II 无 不用 60，?150 ,III 弱 一般防护 150，?1000 ,IV 中强 加强防护 ，1000 ,V 强 严密防护 2(物探测井，放射性强度超过70.m，属放射性异常，应采集岩石试样，测定, 产生放射性的化学组分。 -23(放射性单位换算:1=7.17×10pA/kg。 , 4(环境地质一节，要说明勘查区是否存在放射性异常，以及对人体健康的危害 程度。 十七、报告的附图 19 1(水文地质条件简单的矿床，勘查和核实报告，可以只附水文地质剖面图或水 文地质剖面图插图。 2(水文地质条件中等的矿床，勘查和核实报告，应附矿区水文地质图，图面上 应包含水文地质柱状图和水文地质剖面图。 3(水文地质条件复杂的矿床，可能发生上覆第四系砂砾石层孔隙水溃水或下伏 奥陶系石灰岩岩溶水突水事故的矿床，勘查和核实报告，除应附矿区水文地 质图外，还应附有区域水文地质图。 4(普查、详查、勘探阶段，进行了钻孔抽水试验，相应的勘查报告必须附有钻 孔抽水试验综合成果图表。核实报告不必附有各勘查阶段提交的钻孔抽水试 验综合成果图表，但在报告中应附有抽排水试验成果表，成果表包括各勘查 及基建阶段进行的钻孔抽水试验，平硐、斜井、竖井、矿坑排水有关的数据 等。 十八、区域水文地质图 1(奥陶系石灰岩岩溶水，往往对采矿构成威胁;奥陶系石灰岩岩溶水，又往往 是矿山供水的方向。因此，矿山位于奥陶系石灰岩分布地区，应提交以泉域 为单元的区域水文地质图或插图，泉域面积一般有几百平方千米到几千平方 千米，如山西省潞安煤矿，需要编制王曲岩溶泉域水文地质图。图面上应表 明泉域的范围、岩溶大泉的流量和标高、奥陶系岩溶水水源地及其开采量、 区内主要管井的出水量、奥陶系岩溶水等水位线、排水矿山的位置和排水量 等。报告文字应说明奥陶系岩溶水的水质、岩溶泉水流量和岩溶水水位的下 降速率等。 2(在奥陶系石灰岩隐伏区，上覆新生界地层一般厚达200,500m。奥陶系石灰 岩被大断层切割，构成封闭—半封闭的水文地质单元，面积也有几百平方千 米到几千平方千米。报告应附有包括完整水文地质单元的附图或是插图。图 面上应表示出控制水文地质单元和次一级单元的断层、奥陶系石灰岩在补给 区出露的位置、排水煤矿的位置和排水量、奥陶系岩溶水下降漏斗等水位线 等内容。报告文字应说明奥陶系岩溶水的水质、岩溶水水位的下降速率等。 3(在我国毛乌素沙漠的边缘，广泛分布有上更新统萨拉乌苏组河湖相潜水含水 层，厚度可达150m，对其下伏侏罗系煤层的开采，具有充水溃沙的威胁。在 这一地区进行煤田地质勘查，也应提交以泉域为单元的区域水文地质图或插 图，面积一般有几十到几百平方千米。如陕西省陕北侏罗纪煤田榆神矿区锦 20 2界煤矿，位于青草界沟泉水泉域范围以内。该泉域面积92km，泉水流量2.14 3万m/d。上述泉域的划分，可以根据第三系和基岩的出露、萨拉乌苏组河湖 相潜水含水层等水位线以及萨拉乌苏组出露的泉水确定。 4(位于山间断陷盆地中的井田，则应附有全盆地的区域水文地质图或是插图。 十九、水文地质图的着色 1(颜色是一种最醒目、最直观的信息。 2(对地质、矿产来说，最重要的是地层的时代和成因。因此国家标准规定，不 同地质时代的地层和不同成因的第四系，采用不同的颜色进行着色。 3(对水文地质来说，重要的是区分4种不同的含水岩体(松散岩类含水岩体、 碎屑岩类含水岩体、可溶岩类含水岩体、块状岩类含水岩体)和它们的富水 性。因此，水文地质图不该采用地质图的有关规定进行着色。 4(水文地质图、水文地质柱状图、水文地质剖面图着色的原则，建议基本参照 《中华人民共和国水文地质图集》的着色原则，即采用黄、褐、蓝、红4种 颜色代表松散岩类孔隙水含水岩体、碎屑岩类裂隙水含水岩体、可溶岩类岩 溶水含水岩体、块状岩类火成岩及片麻岩裂隙水含水岩体。上述4种颜色由 浅至深分为4种色调，反映含水层弱、中、强、极强4级富水性。水文地质 剖面图潜水位以上透水不含水的岩层不着色，隔水层可以用黑色正交的网格 表示。水文地质图、水文地质柱状图、水文地质剖面图保留地层时代的代号。 含水层的富水性分级，可以参照下表: 含水层富水性分级 弱 中 强 极强 <1 泉水流量(L/s) 1,10 10,100 >100 3<100 管井出水量(m/d) 100,1000 1000,10000 >10000 <0.1 钻孔单位涌水量(L/s.m) 0.1,1 1,10 >10 <1 渗透系数(m/d) 1,10 10,100 >100 矿产储量评估师 教授级高级工程师 钱学溥 2009年2月3日 21