关于固体矿产勘查规范开采技术条件部分的解读.docx
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1、对固体矿产勘查规范开采技术条件部分的解读(教授级高级工程师 矿产储量评估师 钱学溥)固体矿产的开采技术条件,包括水文地质、工程地质、环境地质部分,依据的主要国家标准有:GB 12719-91矿区水文地质工程地质勘探规范、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、SL/Z 322-2005建设项目水资源论证导则(试行)、GB 18306-2001中国地震动参数区划图等。现将执行上述规范存在的一些问题,解读说明如下。其中部分解读和说明,是个人的体会和认识,仅供参考:1.区域水文地质图1.1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
2、,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,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,需要编制王曲岩溶大泉泉域水文地质图。图面上应表明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。1.2在奥陶系石灰岩隐伏区,上覆新生界地层一般厚达200500m。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
3、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。1.3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界煤矿,位于青草界沟泉水泉域范围以内。该泉域面积92km2,泉水流量2.14万m3/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
4、确定。1.4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。2.水文地质图及水文地质剖面图2.1水文地质图应包括水文地质平面图、柱状图和12张水文地质剖面图。2.2水文地质剖面图尽可能通过抽水水文地质孔。图面上应表示出地层、岩性、地层产状、断层、隔水层、含水层的水位以及水位抽降、出水量、水质等内容。3.消除井损计算渗透系数3.1对承压水含水层进行抽水试验,关系曲线应该是一条直线,即。如果关系曲线呈现抛物线关系,利用3次抽降数据,计算3个渗透系数,求其平均值,则其计算结果偏小,并且也不合理。因为对于某一点的含水层来说,渗透系数是一个常数,它不随水位抽降的改变而改变。3.2对承压
5、水含水层进行抽水试验,关系曲线,若呈现抛物线关系,即,说明有井管水流摩阻损失的存在,则应按GB 50027-2001供水水文地质勘察规范8.2.1条款,进行消除井损渗透系数的计算。3.3具体的计算方法是:变换坐标,以为纵坐标,以为横坐标,通过作图法求纵坐标上的截距,将值代入裘布依公式 ,计算渗透系数。也可以利用2次抽降、3次或3次以上抽降数据,采用最小二乘法计算值(参考钱学溥,消除井损计算渗透系数的公式,工程勘察1984第6期,中国建筑工业出版社)。图3-1 作图法求值3.4利用2次抽降,采用最小二乘法计算值: 利用3次或3次以上抽降数据,采用最小二乘法计算值: 4.利用恢复水位观测资料计算渗
6、透系数4.1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95103页)。4.2两点法: 式中:导水系数(m2/d) 抽水稳定流量(m3/d) 恢复时间(min或h)时的钻孔水位降深(m) 恢复时间(min或h)时的钻孔水位降深(m) 渗透系数(m/d) 承压含水层的厚度(m)4.3直线斜率法: 式中:从开始抽水算起的时间(min或h) 从抽水到停抽的时间(min或h) 停
7、抽后某时刻井中的剩余降深(m)导水系数(m2/d) 抽水稳定流量(m3/d) 渗透系数(m/d) 承压含水层的厚度(m)5.矿井涌水量与水文地质勘查矿井涌水量大,要求计算的矿井涌水量精度就比较高,也就需要投入比较多的水文地质勘查研究工作。表5-1,可以作为部署水文地质工作的参考。表5-1 矿井涌水量与水文地质勘查矿山类型多年生产的矿山特大涌水矿山疏干开采矿山大水矿山中水矿山小水矿山矿井涌水量(m3/d)具有10年以上观测资料大于500005000500005005000小于500抽水试验的类型和数量不需要进行抽水试验多孔抽水试验15组,群孔抽水试验1组多孔抽水试验15组单孔抽水试验15孔不一定
8、需要进行抽水试验涌水量的主要计算方法作图法数理统计数值法数理统计比拟法、解析法加水均衡计算作图法比拟法解析法作图法比拟法、地下水径流模数法、泉水流量统计法勘探或核实报告矿井涌水量需要提交的精度ABB、CB、C、DD 、E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的抽水试验,其抽水总量,一般要达到计算矿井涌水量的1/33/4,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、
9、集水廊道法就是常用的解析法。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)。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。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。6.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
10、算的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。矿井涌水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矿井涌水量计算公式。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,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。7.稳定流、非稳定流公式应用的主要条件7.1一般报告采用的解析解大
11、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几年到几十年内,矿井排水地下水影响半径边界上的水头高度,永远稳定在勘探阶段计算的高度上。7.2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。7.3由于采用大井法、集水廊道法,一般都没有考虑地下水的补给问题,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。8.经验公式计算的影响半径8.1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。如常用的对于裂隙水来说,计算的值一般偏小25倍。对
12、承压水含水层可以作近似的计算,但计算的结果一般偏小(参考供水水文地质手册第二册,地质出版社1977,第268页)。8.2影响半径,处在矿井涌水量计算公式分母的位置。因此,计算的影响半径偏小,就会导致计算的矿井涌水量偏大。8.3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。因此,最好是利用实测的影响半径,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。长期开采条件下,承压水影响半径一般有3000m5000m7000m。8.4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
13、有5000m。8.5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:王家坡煤矿实测矿井涌水量=50m3/d,承压水头高度=64.82m,巷道系统面积=1800000m2, 承压含水层厚度=9.09m, 砂岩承压含水层渗透系数=0.0276m/d。巷道系统引用半径757m,大井引用半径,地下水承压转无压裘布衣公式。将上述数据代入公式, , ,=3.7062,=5084m,4327m。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涌水量(154m3/d)。8.6内蒙古贺兰山煤田天荣五号煤矿,煤层较陡,采用水平巷道
14、开采。井巷涌水量=400m3/d,水头高度=199.55m,巷道长度=2100m,砂岩厚度=56.5m,渗透系数=0.1275m/d,坑道内水层高度=0m。将上述数据,代入水平巷道单边进水承压转无压的公式,求得影响半径=6479m。9.矿井涌水量精度的级别9.1根据1998年,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,矿山排水也属于地下水资源。6.1.2款规定,计算的地下水可开采量要认定它的精度级别。9.2 地下水可开采量和矿井涌水量,都是地下水资源。参照GB 15218-
15、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精度,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验证过的资源量: A级验证过的地下水可开采量、验证过的矿井涌水量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9.3参照GB 15218-94地下水资源分类分级标准,不同的勘查研究程
16、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;利用临近
17、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。10.矿井涌水量的允许误差10.1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,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
18、要求保证率为90%,火力发电厂用水要求保证率为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,都比较方便和经济。因此,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。10.2参照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:A10%;B20%;C3
19、5%;D50%;E80%计算的矿井涌水量的允许误差:A1020%;B2040%;C4060%;D6080%;E8090%10.3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3700m3/d,实测的地下水可开采量或是矿井涌水量为2400m3/d,则误差为100%=35%。10.4考虑计算参数误差的大小、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%。10.5上述的“允许误差”与固体矿产的“精度”互为
20、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)。10.6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单位,为自己进行客观的辩护。11.直接降落在露天采坑中的降水量()的计算11.1根据年一日最大降水量,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
21、水量,见表11-1、11-2、11-3及图11-1。表11-1 一日最大降水量计算次序m年份(mm)频率1199597.52.3811.3811.9074.22198472.11.7610.7610.5798.33199360.01.4650.4650.21612.54199856.51.3800.3800.14416.75198954.81.3380.3380.11420.86199151.01.2450.2450.06025.07199046.01.1230.1230.01529.28199644.21.0790.0790.00633.39198342.21.0310.0310.00137
22、.510198837.30.911-0.0890.00841.711198737.00.904-0.0960.00945.812200237.00.904-0.0960.00950.013199235.00.855-0.1450.02154.214199733.50.818-0.1820.03358.315199932.80.801-0.1990.04062.516200332.10.784-0.2160.04766.717198531.90.779-0.2210.04970.818200530.70.750-0.2500.06375.019200026.70.652-0.3480.12179
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