对勘查规范开采技术条件部分的解读与修订意见

1对勘查规范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）GB12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》和GB15218-94《地下水资源分类分级标准》，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，还有一些问题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，2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。4．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：○1位于地下水位以上的矿床。○2位于地下水位以下，但具有自流排水地形条件的矿床。○3矿坑充水含水层少于或等于3层，其导水性和补给量有限，矿井涌水量小于5000m3/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。5．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：○1位于海面以下、湖面以下开采的矿床。○2矿床顶板以上存在可能突水的厚层砂砾石孔隙水含水层的矿床。○3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的矿床。○4矿坑充水含水层多于3层，其导水性和补给量较大，矿井涌水量大于5000m3/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。6．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：○1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。○2矿床顶板以上3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裂隙带范围以内，或是接近冒落带与导水裂隙带的高度。○3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。7．露天开采的矿床，与地下坑道开采的矿床有明显的不同。○1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勘查类型简单的矿床。○2需要疏干开采的露天开采矿床，则属于水文地质勘查类型复杂的矿床。如内蒙古自治区赤峰市元宝山煤矿，疏干排水量5.8m3/s；河北省邢台市北洺河铁矿，疏干排水量5.3～10.0m3/s。四、矿山的开采方案与勘查工作的布置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。4六、消除井损计算渗透系数1．以承压水完整井为例，当)(QfS呈曲线时，须按GB50027-2001《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。该条款要求换一个坐标，求出)(/QfQS直线的截距a值，将a值代入承压水完整井裘布依公式，即可求得消除井损的渗透系数。2．公式的推导：○1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式SMrRQKlglg366.0，由此QKMrRS)lglg366.0(。其中R为引用影响半径，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为含水层厚度，以上4个参数都是定数，因此可以写作aQS，其中a值可以称作层流损失系数。○2井损所包括的各种水头损失，都与流量的二次方成正比，因此，具有井损的承压水完整井计算公式可以写作2bQaQS（对S、Q来说，是抛物线方程），或写作bQaQS/（对QS/、Q来说，是直线方程）。○3a值即等于以QS/、Q为坐标轴，直线在QS/轴上的截距。a值也可以利用最小二乘法求得：3342324QQQQQSQQQSa。○4KMrRalglg366.0，也就是aMrRKlglg366.0，消除井损的渗透系数K值可以求得。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3个落程的稳定流抽水试验。观测结果：1S=1.61m，1Q=2430m3/d；2S=5.34m，2Q=5780m3/d；3S=7.94m，3Q=7110m3/d。采用截距法求a值：1S/1Q=6.63×10-4，2S/2Q=9.24×10-4，3S/3Q=11.17×10-4。求得a3.5×10-4d/m2。QS/Q(m/d)(10d/m)32-45取12000Rm，代入上式05.58105.310.0lg12000lg366.04K91.5m/d。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：落程S(m)Q(m3/d)QSQ2Q2SQ3Q411.6124303.915.909.5114.334.925.34578030.8733.41178.4193.1111637.94711056.4550.55401.4359.4255691.2389.86589.3566.837078.5668.566370786.898.5663.589370723.91a3.52×10-4d/m2。取12000Rm，代入上式05.581052.310.0lg12000lg366.04K=91.0m/d。这个结果比截距法的计算结果更为精确。5．小结——○1该计算实例实为一组带观测孔的抽水试验。影响半径R=12000m，是利用2个观测孔观测资料计算的结果。○2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（1K48.3m/d、2K34.7m/d、3K28.7m/d），平均值为37.2m/d。可以看出：利用消除井损公式计算的渗透系数与前者相近，而与后者相差甚远。○3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求。○4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：1K48.3m/d、2K34.7m/d、3K28.7m/d是不合理的。○5对潜水完整井来说，则上述S值要用)(22hH来代替。○6有关消除井损计算渗透系数其它的一些问题，请参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6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）。3．两点法：2112lg183.0ttSSQT；MTK。式中：T——导水系数（m2/d）；Q——抽水稳定流量（m3/d）；2S——恢复时间2t（min或h）时的钻孔水位降深（m）；1S——恢复时间1t（min或h）时的钻孔水位降深（m）；K——渗透系数（m/d）；M——承压含水层的厚度（m）。4．直线斜率法：0ttt；ttSBrlg；BQT43.2；MTK。式中：t——从开始抽水算起的时间（min或h）；0t——从抽水到停抽的时间（min或h）；rS——停抽后某时刻井中的剩余降深（m）；T——导水系数（m2/d）；Q——抽水稳定流量（m3/d）；K——渗透系数（m/d）；M——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/Z322-2005《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