编辑|三鱼锦鲤
«——【·前言·】——»
南非恢复的露天煤矿长期平均脱液率通常是通过矿渣的有效补给率来估计的，这些假定的补给率存在很大的不确定性，这种方法假定地下水流入和坑水流出与通过废物补充的水量相比可以忽略不计。
为了获得一个特定煤矿的醒酒率的估计，本文使用了6个月期间测量的降雨量、抽水率和水位高度，以及估算的蒸发率来构建水平衡，计算出了一个与假定的补给率无关的醒酒率，它明显高于之前的长期估计，尽管这6个月的降雨量低于平均水平，这一差异表明，地下水流入确实对滗水器的体积有所贡献。
通过将估计的地下水流入量与基于假定补给量的方法得到的补给量相加，计算出年平均降雨量期间的倒液率，这一滗水率比先前假设地下水流入可以忽略不计的估计高出约49%，该研究表明，如果假定醒液是补给驱动的，而不考虑地下水流入的可能性，那么恢复的露天煤矿的醒液率可能被大大低估，低估滗液率将导致有缺陷的水管理策略，这可能导致不利的环境影响。
英国石油公司建议矿山管理部门对滗水的预期体积和质量进行估计，但没有规定估算滗液体积的具体方法，南非露天煤矿的长期平均漏液率通常是用一种方法来估计的，这种方法是根据假定的通过回填坑的废物的有效降雨补给率来估计，包括横向地下水流入。露天煤矿的倒液量通常被认为主要是由于雨水渗透到矿渣和径流到达矿井，渗流和径流的贡献通常被认为是一个单一的参数，即有效补给，以年平均降水的百分比表示。这种方法在本文中被称为水平衡方法。
«——【·水平衡方法的描述·】——»
开采前，天然地下水位不是水平的，除非出现地下水流为零的情况，由于回填矸石的高渗透性，回填后的坑内存在水平水位，这个水位对应于滗水器水位，即坑中水的表面与地面相交的水位。坑内流入量由有效补给和地下水流入组成，后一项可能包括来自脱液层以下地质单元的流入，以及通过饱和地质单元与非饱和土体边界的渗流。从矿井流出的水包括向周围地质流出的滗液和矿井水。
水平衡方法是基于这样的假设，即通过周围地质流入的地下水和流出的矿坑水，与通过矿渣有效补给的形式进入矿坑的水量相比，可以忽略不计。这一假设的基础是，已知姆普马兰加煤层所在的地质单元具有低渗透率，水平衡方法进一步假设，与有效补给相比，沿次级特征进入矿井的地下水体积仍然可以忽略不计，根据这些假设，可以得出滗液的体积大约等于通过渣滓再充电的体积。
虽然在露天采矿环境中进行补给估计是困难的，而且有很大的不确定性，但许多人估计了南非露天煤矿通过矿泥补给的降雨百分比，在开发的矿井水模拟模型中，有人对未修复的渣滓、表土和播种的渣滓和修复的渣滓使用了不同的值。
在一份提交给水资源研究委员会的报告中，通过对姆普马兰加省9个露天煤矿的观察，估计了通过修复的废物的有效补给百分比，他们的结果表明，充电率为10-25%，有人建议在修复后的煤矿中使用18%的平均值作为未来的估算值。从中可以得出结论，露天煤矿的有效补给平均为MAP的20%。在这些补给中，12%来自于到达坑内的径流，8%来自于通过废物的渗漏。
«——【·材料与方法·】——»
文中研究了煤矿的循环水系统以及地下水和矿井水位，了解了矿井内部和周围的水力梯度驱动水流的情况，根据这些数据建立了一个与观测到的水位相一致的坑和周围地质的概念模型。
在进行调查的2012年1月至6月期间，获得了独立于假定补给率的滗液率估计值，通过构建煤矿的水平衡，利用测量量和估计量的信息，估算出了这一醒酒率，煤矿的雨量计提供每日的雨量数据，煤矿在其中一个矿坑内运行了一个水循环系统，以保持矿坑水位低于滗水器水位。
每天测量在坑中不同空隙之间泵送的水量，以及空隙中的水位，都被记录下来。
2012年1-6月的醒酒量估算结果表明，矿井地下水流入量占矿井醒酒量的重要组成部分，通过假设2012年1-6月的有效回灌率，并根据观测到的水力梯度和估计的基坑周围地质单元的水力特性，应用达西定律，估算了地下水的日流入量和基坑水的日流出量。
由于这6个月的降雨量低于平均水平，必须向上调整用水量平衡法估算的倒水率，以与年平均降雨量相对应。滗水器中大量的地下水成分表明，这些坑是由地下水运移的优先通道相交的。由于已知白云岩侵入体出现在矿坑附近，并且这些侵入体通常与优先流动路径有关，因此我在沿矿坑边界的选定区域进行了磁测量，以调查此类侵入体的存在。
作为煤矿水管理战略的一部分，在a坑内运行了一个水再循环系统，在采矿和采矿后留下了一些空隙康复，根据矿山使用的术语，坑中的空洞被称为坝，中间还有一条纵横交错的痕迹连接了坑内的所有水坝。
水循环系统的目的是保持1号坝的水位低于滗液水位。
水从1号大坝抽到2号大坝和3号大坝，在水库中循环，从这些水坝，水被泵送到6号水坝，再从那里被泵送到离醒酒点更东边的20个喷雾器，喷雾器用于增加灌溉过程中的蒸发损失。靠近喷雾器的积水被称为喷雾器坝，从2号坝抽取的水被泵送到附近的煤矿作为工艺用水。
2012年6月测量了三个坑内钻孔的地下水位，以及坑周围监测钻孔的地下水位，图的横轴表示从滗水点的距离，沿着穿过坑的西向轨迹测量，钻孔的位置简单地垂直投影在这条轨迹上，没有考虑地下水钻孔和坑之间的距离。
从图中可以清楚地看出，在穿过坑的大部分轨迹上，坑内水标高超过地下水标高，B2坑只有东部地下水高程大于坑水高程，预计地下水将沿该坑的东部流入，而坑水可能会通过A和B1坑的壁以及B2坑的西部流出到周围的地质中。
水位是2012年1月该矿对修复坑及周边地区进行数字地形模型编制时的水位，可以对a:1坑坝的水位进行一些观察，在编制DTM时，1号坝的水位远低于滗水器水位，这个大坝的储水量只有71.8毫升，考虑到在DTM时大约20毫升/天从这个大坝抽水到2号和3号大坝，低水位是可以预料的。
3号坝、6号坝和喷雾器坝的水位远远高于滗液水位，这些大坝都直接或间接地从1号坝接收水，喷雾器大坝的水位比滗水器水位高17米以上，这种高坝的存在表明，回填坑修复过程中使用的表土的渗透性足够低，足以使灌溉水形成池塘。
5号坝的水位略高于滗液水位，5号大坝距离6号大坝超过800米，由于坝体的高渗透性，预计6号坝的水将垂直向下渗透，横向移动很小，6号坝渗漏造成5号坝水位升高的可能性非常小，这表明坑A是分区的，每个隔间都有自己的滗水器水平。
7号坝的水位也高于滗水器的水位，再次指向A坑的分隔。
坑A被分隔的概念得到了坑A内钻孔测量的水位高度的支持，在所有钻孔中测量了高于醒酒水位的水位，向东，远离醒酒点的水位升高，在给矿井经理的一份说明中也提到了A坑的分隔，煤炭运输坡道形成了不渗透的边界，以防止坑内水流。
通过考虑系统的所有水贡献和系统的所有水损失，可以为煤矿构建2012年1月至6月的水平衡，如果流入的总和超过流出的总和，则会发生滗析。由于滗水器是在不进行水管理的情况下从坑中流出的水量，因此该水量也可以计算为矿山主动从系统中排出的水量，加上由于水再循环而导致的坑内储水量的变化。
如果任何一个隔间的水位低于该隔间的滗水器水位，则没有水会流入相邻的下游隔间，在这种情况下，上游的隔间都不会增加在醒酒点遇到的水的体积，考虑到矿井积极管理的大量水，这种情况不太可能发生。
大坝堤岸的陡坡意味着，大坝水位的微小变化不会导致开阔水体表面积的显著变化，也不会导致大坝下面的水库中储存的水量的显著变化。废渣的高渗透性意味着很少有水通过废渣发生横向渗透，预计水将从大坝几乎垂直向下排入大坝所在的特定隔间的正液面，剩油的有效孔隙度预计远低于0.20，而开放水体的单位孔隙度为单位孔隙度。大坝底板以下不到五分之一的泥沙可用于蓄水。
估算地下水流入和坑水流出为了获得6个月期间地下水流入率的初步估计，假设在降雨量低于平均水平的年份，水平衡方法中使用的补给百分比仍然适用，这一假设很可能导致对补给和滗液量的高估，因为在降雨量低于平均水平的年份。由于在干旱年份，蒸发和土壤湿度损失的降雨比例更大，预计通过废物补充的降雨百分比将低于平均降雨量的年份。
当假定的补给百分比应用于6个月期间收到的降雨量时，滗液率估计为2.70ML/天，当将这个滗液速率与用水平衡方法估计的速率进行比较时，大量的水未被计算在内，这表明地下水大量涌入，特别是考虑到补给量很可能被高估。
除了B2坑东部地区外，该矿坑内水位高程超过了坑附近的地下水高程，根据观测到的水力梯度，预计坑内流出水量将超过地下水流入，这种明显的矛盾是第一个迹象，表明地下水流入坑必须沿着与海拔高于坑水位的偏远补给区相连的优先通道发生。
利用水量平衡法，估算地下水流入量与坑水流出之差为2.19ML/d，为了获得地下水流入和井水流出量的初步估计，可以应用达西定律。根据水位测量，估计坑水与周围沉积岩中地下水之间的平均水力梯度为0.016。沉积岩的水力导度的估计值是通过在坑周围的11个监测钻孔中进行的段塞测试获得的，水力导率的几何平均值为0.039m/d，使用一个横截面积对应于沉降水位以下的坑边的组合表面积，根据达西定律估计坑水流出量为0.36ML/d，流入矿井的地下水。
2012年1-6月建立的水平衡表明，大量的地下水流入有助于矿井管理的滗液量，这表明，矿坑是由高导水率的通道相交的，地下水从海拔高于矿坑水位的偏远地区被调动过来，在煤矿所在的煤田中，白云岩侵入物大量存在。这些构造通常与地下水运移的优先通道有关，由于白云石通常具有很强的磁性，我进行了一次磁测，以探测和定位与坑相交的可能的白云石结构。
由于坑的大小和矿山档案中缺乏关于坑中遇到的侵入结构的资料，磁测只集中在那些坑的形状表明存在中断采矿的结构的地区。
本文为煤矿编制了盐和硫酸盐平衡，以估计矿井内盐的生成速度，这些平衡是根据测量的抽水速率、水质信息和估计的地下水流入和坑水流出编制的。这些余额是基于一些假设，2012年1-6月，矿坑水平均总溶解固形物和硫酸盐浓度基本保持不变，流入坑内的地下水未受污染，TDS和硫酸盐浓度与与白云石岩脉相交的钻孔记录值相似。
矿坑水中TDS和硫酸盐的平均浓度分别为3800和2550mg/L，这些值对应于在坑内的钻孔中测量到的浓度，摄取的TDS和硫酸盐浓度与坝2的相应浓度相等。到达喷雾器的水的TDS和硫酸盐浓度等于坝6的相应浓度，只有10%的盐负荷泵到喷雾器被有效地从系统中去除。大部分沉淀在靠近喷雾器的沉淀物上的盐被认为在降雨期间被动员回坑水中。
硫酸盐平衡表明，通过废物渗透的补给将达到1961毫克/升的硫酸盐浓度，这是通过平衡系统中添加和移除的硫酸盐负荷来计算的，考虑到矿坑水的硫酸盐浓度，这是对渗透水中硫酸盐浓度的合理估计。矿坑水中较高的硫酸盐浓度可能是由于矿坑水位及其以下的硫化物矿物的持续氧化，在那里溶解氧浓度可能很高，以及矿坑A内露天水体蒸发的集中作用。
«——【·结论·】——»
许多研究要求矿山管理考虑从恢复的露天矿中未来的滗析液的位置、质量和影响，但没有给出关于估计滗析液率的方法的指导，许多人都使用了水平衡方法来估计长期平均滴注率，但这种方法假设地下水流入可以忽略不计，当与地下水运移优先路径相关的地质构造相交时，这种方法可能无效。在这种情况下，水平衡方法可能严重低估了醒水率，导致矿井水管理策略存在缺陷，无法应对意想不到的醒水量，这可能导致不利的环境影响。
水平衡方法的价值在于，可以通过非常简单的计算快速获得滗液率的第一次估计，但是这一估计应当谨慎看待，并应当用其他方法加以核实，例如建立水和盐平衡，水平衡方法使用可测量和易于估计的数量来计算滗析率，而不假设通过废物的有效补给率，这种方法也没有假设地下水流入可以忽略不计，可以用来估计地下水对滗液体积的贡献。
«——【·参考文献·】——»
