胡 強(qiáng)

（安徽銅都銅業(yè)股份有限公司安慶銅礦， 安徽安慶市 246131）

安慶銅礦東馬鞍山礦體水文地質(zhì)特征及涌水量預(yù)測

胡 強(qiáng)

（安徽銅都銅業(yè)股份有限公司安慶銅礦， 安徽安慶市 246131）

安慶銅礦位于長江中下游鐵銅成礦帶中部，為一大型巖溶金屬礦山，東馬鞍山礦體為該礦新開拓區(qū)域，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。介紹了該礦區(qū)東馬鞍山礦體水文地質(zhì)特征，并利用比擬法和大井法對礦井涌水量進(jìn)行了預(yù)測，為礦區(qū)采礦設(shè)計與施工提供參考。

水文地質(zhì)；涌水量預(yù)測；東馬鞍山礦體

安慶銅礦位于長江中下游鐵銅成礦帶中部，隸屬于安徽銅都銅業(yè)股份有限公司，為一水文地質(zhì)條件復(fù)雜的大型巖溶金屬礦山。東馬鞍山礦體為本礦新開拓的區(qū)域，礦體賦存標(biāo)高－275～－969m，水文地質(zhì)研究程度相對較低，坑下開拓工程揭露灰?guī)r頂板時出現(xiàn)大量涌水，并造成地表塌陷的頻繁發(fā)生，地表水的倒灌給礦井建設(shè)和生產(chǎn)造成了嚴(yán)重危害，同時給礦區(qū)周圍環(huán)境帶來了不良的影響。因此，查清東馬鞍山礦體水文地質(zhì)特征，并合理預(yù)測礦坑涌水量對礦山安全開采至關(guān)重要。

1 東馬鞍山礦體水文地質(zhì)特征

安慶銅礦區(qū)位于月山河北部小型山間盆地內(nèi)，四面環(huán)山（海拔150～300m），中間低平（海拔30～50m），匯水面積約10km2。東、西、北為丘陵高地，由弱一極弱透水的碎屑巖、巖漿巖組成，既為地表、地下分水嶺，又為相對隔水邊界。南部在天然狀態(tài)下為地下水排泄邊界，礦床開采后，由于礦坑排水，地下水位下降，南部變?yōu)榈叵滤烊坏难a(bǔ)給邊界。

1.1 東部馬鞍山銅（鐵）礦床礦體地質(zhì)特征

東部馬鞍山銅（鐵）礦床主要由E1、E2礦體組成。E1主礦是安慶銅礦1號礦體東延部份，位于矽卡巖外帶靠大理巖一側(cè)，西起10線（勘探線）東至36線，西高東低，隨接觸帶向東傾伏，傾角為20°～30°。礦體埋深353m，賦存標(biāo)高－275～－969m，最大高差694m。E2礦體分布在矽卡巖成礦帶中部及近內(nèi)帶靠閃長巖一側(cè)。西起20線東至36線，位于E1礦體底部，與E1上下疊置，走向和傾向上與E1礦體相近，也是西高東低向東傾伏，傾角較小，僅在10°以內(nèi)。礦體埋深655m，賦存標(biāo)高－610～－900m，最大高差290m，見圖1。

1.2 東馬鞍山礦體水文地質(zhì)條件

圖1 E1、E2礦體沿走向的側(cè)伏變化

1.2.1 地下水分布規(guī)律及富水性

本礦床的直接充水含水體是由T2y2、T2y1、T1n三個不同的大理巖組成的統(tǒng)一含水體，主要富水部位是構(gòu)造裂隙、破碎帶，據(jù)地面38個孔與井下484個孔統(tǒng)計，其中見大理巖的494個孔中，都沒見溶洞，只見晶洞和裂隙。裂隙水主要為倒轉(zhuǎn)背斜軸部裂隙水和煌斑巖附近大理巖裂隙水兩種，涌水點(diǎn)主要位于礦體傾斜部的東側(cè)方向，直接影響礦體開采。

東馬鞍山礦體巖溶裂隙發(fā)育水平、分布規(guī)律總體與全礦區(qū)一致，具有自西向東，由弱漸強(qiáng)的趨勢，其中20～22線以西巖溶裂隙發(fā)育相對較弱，鉆孔見溶隙率一般小于50%，20～22線以東巖溶裂隙發(fā)育相對較強(qiáng)，鉆孔見溶隙率為75%左右，尤其32線附近最發(fā)育。井下涌水特征為20線以西涌水點(diǎn)少且集中，各孔涌水量不均，20線以東涌水點(diǎn)分布較多，各孔涌水量較為接近。

東馬鞍山礦體垂向上淺部水量小，深部水量大。據(jù)鉆孔巖溶裂隙及井下涌水點(diǎn)統(tǒng)計，－400m水平、－580～－700m水平溶隙相對較發(fā)育。其中，－400m水平正好處于東西向倒轉(zhuǎn)背斜北翼（下）轉(zhuǎn)折部位的張裂帶內(nèi)，－580～－700m水平位于倒轉(zhuǎn)背斜的近核部的軸面處。20線以東－400m水平，特別是－580，－700m水平的涌水點(diǎn)多，且涌水量大。

－580m水平探礦巷道東面迎頭已掘進(jìn)至32線，－700m水平探礦巷道東面迎頭掘進(jìn)至32A線。從－700m水平中28線及32線探礦孔涌水量統(tǒng)計看，每個鉆孔均有不同程度的涌水，涌水點(diǎn)主要集中于礦體頂板的大理巖中，其中水量較大的涌水點(diǎn)主要分布在32線，對未來開采構(gòu)成較大威脅。

區(qū)內(nèi)現(xiàn)開拓工程基本在T1n巖層中，根據(jù)井下已施工開拓工程來看，雖然不斷出現(xiàn)新的涌水點(diǎn)，但單個涌水點(diǎn)均不大，只是涌水點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)移，在不施工大規(guī)模揭露含水層的采礦工程的情況下，水量將不會發(fā)生大的變化。但是，當(dāng)開拓工程揭露到T2y2層時，該地層和地表聯(lián)系較強(qiáng)，水量將更大，應(yīng)適當(dāng)加密探水孔，確保開拓工程安全。

1.2.2 地下水補(bǔ)給條件

地下水的主要補(bǔ)給來源為大氣降水，次為地表水。補(bǔ)給途徑為大氣降水直接入滲補(bǔ)給和地表水滲漏補(bǔ)給，局部地段個別時段有河水倒灌補(bǔ)給。

南部及東南部三疊系碳酸鹽巖裸露，巖溶裂隙發(fā)育，有利于大氣降水入滲補(bǔ)給。因礦床開采引發(fā)一系列地面塌陷，導(dǎo)致河水直接倒灌補(bǔ)給。雖然安慶銅礦為此修建了鋼筋混凝土渡槽，對塌陷區(qū)進(jìn)行了注灌回填處理，在枯季河流量不大的情況下，河水倒灌量不大。但在豐水期，地形低凹區(qū)常常形成積水，洪水也不可能全部通過渡槽流出區(qū)外，加上馬山口以南地段因種種原因未修渡槽，這樣極易在松散堆積層下無隔水或隔水差的區(qū)段，造成老塌陷復(fù)活，新塌陷產(chǎn)生，從而導(dǎo)致大量洪水倒灌補(bǔ)給地下水。

1.2.3 徑流條件

天然狀態(tài)下，本區(qū)地下水在接受補(bǔ)給后，均是自高向低、自北向南往河谷盆地徑流。開采狀態(tài)下，受礦井涌水的控制，地下水則自四周向礦井匯集。西部、北部、東部地下水的補(bǔ)給、徑流條件沒有大的變化，只是徑流方向稍有變化；南部、東南部則受礦井排水及涌水點(diǎn)轉(zhuǎn)移的影響，地下水徑流方向已從朝向礦區(qū)中部變成朝向礦區(qū)東部。

1.2.4 排泄條件

目前開采狀態(tài)下，本區(qū)域排水點(diǎn)逐漸向東轉(zhuǎn)移，除潘家老屋至新新村地下分水嶺一線以南，向南徑流排出區(qū)外，其余皆向礦井匯集，以井下排水的形式排泄。

2 安慶銅礦礦坑涌水量計算

為了給安慶銅礦－900m中段水倉排水能力設(shè)計提供依據(jù)，綜合安慶銅礦水文地質(zhì)條件及水文觀測歷史資料分析，運(yùn)用比擬法和大井法對安慶銅礦開采至－900m中段時礦坑涌水量進(jìn)行預(yù)測。

為了安全有效地將地下水排出，避免發(fā)生可能的突水淹井事故，以下兩種計算方法預(yù)測的涌水量均考慮今后采用疏干的防治水方法，將地下水水位降至－900m時的雨季正常涌水量和最大涌水量。

2.1 比擬法

據(jù)井下深部探礦孔資料，－800m標(biāo)高以下含水構(gòu)造裂隙仍然較發(fā)育，可見深部水文地質(zhì)條件與淺部相似，適合采用比擬法。比擬法的計算公式如下：

式中：Q——未來礦坑涌水量；

Q1——現(xiàn)礦坑涌水量，Q1取2010年雨季礦坑涌水量為14000m3／d；

r1——現(xiàn)礦坑引用半徑；

r——未來礦坑引用半徑，考慮到未來礦坑開拓范圍與現(xiàn)礦坑開拓范圍大致類似，因此，可消除該項(xiàng)因素的影響；

S——未來礦坑地下水水位降深值，礦區(qū)靜水位近似取0m標(biāo)高，未來礦坑地下水位降至－900m，故取900m；

S1——現(xiàn)礦坑地下水水位降深值，考慮到安慶銅礦井下現(xiàn)－280m中段仍然出水，S1取250m。

計算得到：Q＝26562m3／d。

以上計算所得的涌水量為礦坑雨季正常涌水量，作為礦坑排水能力的計算基礎(chǔ)，還應(yīng)考慮由于地表塌陷引起河水倒灌等因素形成的礦坑最大涌水量。綜合分析礦坑涌水量歷史數(shù)據(jù)，礦坑發(fā)生過幾次河水倒灌井下的情況，涌水量都發(fā)生了相應(yīng)變化，取1997年5月15日河水倒灌時礦坑涌水量19047 m3和1997年5月5日河水倒灌前礦坑涌水量11217m3作為對比，求出最大涌水量和正常涌水量之間的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)n：

式中：Q1——最大涌水量；

Q2——正常涌水量。

當(dāng)?shù)V坑開采到－900m中段時最大涌水量計算公式如下式：

由式（3）得－900m最大涌水量為45104m3／d。

2.2 大井法

根據(jù)安慶銅礦注漿改造后的水文地質(zhì)條件，在將水文地質(zhì)邊界條件進(jìn)行概化的基礎(chǔ)上，可采用大井法根據(jù)現(xiàn)有礦坑涌水量對應(yīng)的水位降深反求水文地質(zhì)參數(shù)，然后運(yùn)用求得的水文地質(zhì)參數(shù)預(yù)測未來水位降至－900m深度時礦坑正常涌水量。由于疏干條件下，地下水狀態(tài)屬于承壓轉(zhuǎn)無壓，含水層底界處于現(xiàn)有開拓中段以下，故可采用承壓潛水非完整公式進(jìn)行計算。

式中：Q——礦坑涌水量；

K——目前經(jīng)注漿改造后的地層等效滲透系數(shù)；

Ha——靜止水位至有效帶下限的水柱高度，取900m；

Ma——含水層頂板至有效帶下限的厚度，取900m；

ha——動水位至有效帶下限的水柱高度，現(xiàn)礦坑內(nèi)水位大致為－250m，故取650m；

R0——引用影響半徑；

r0——引用礦坑（大井）半徑；

β——大理巖地下水進(jìn)入礦坑范圍與礦坑（大井）周長的比值，因礦坑?xùn)|、北、北西側(cè)為隔水邊界，進(jìn)水邊界角度大致為120°，取1／3；

α——不完整系數(shù)，α≈1。

根據(jù)公式（4）反求得K＝0.08m／d，然后運(yùn)用求得的K值，求取礦坑水位降至－900m標(biāo)高時相應(yīng)參數(shù)，再求得礦坑雨季正常涌水量Q＝29155m3／d。

同理，將上述求得的正常涌水量代入公式（3）可求得礦坑水位降至－900m標(biāo)高時最大涌水量為49506m3／d。

2.3 涌水量預(yù)測建議

上述兩種方法均考慮地層為均質(zhì)體，且下部含水性與上部相同，因此計算結(jié)果可能偏大，但為安全起見，建議采用兩種方法計算的最大涌水量的平均值47305m3／d。需說明的是，安慶銅礦一直采用以注漿堵水為主的防治水方法，多年來隨著開拓范圍和深度的增加，地下水漏斗范圍并未大幅擴(kuò)大，地下水位也較為穩(wěn)定，同時坑下涌水量一直在10000～14000m3／d范圍波動。如果礦區(qū)今后一直采用以注漿封堵為主的防治水方案，預(yù)計礦坑開采至－900 m時能控制地下水漏斗擴(kuò)展，使地下水水位不發(fā)生顯著的變化，坑內(nèi)實(shí)際涌水量也將在10000～14000 m3／d范圍或者小幅度增加。

今后在礦山深部開采過程中，如一直采取注漿堵水為主的防治水措施，建議礦坑雨季正常涌水量按16000m3／d考慮，最大涌水量則按27168m3／d考慮。

3 結(jié) 語

東馬鞍山銅（鐵）礦床地下水主要分布于倒轉(zhuǎn)背斜轉(zhuǎn)折段及軸部張裂隙帶，涌水點(diǎn)主要位于礦體的東側(cè)方向。在井下探礦或巷道掘進(jìn)過程中，必須堅持探水先行，注漿后再掘進(jìn)的措施，以防引發(fā)井下重大突水事故。若礦區(qū)今后一直采用以注漿封堵為主的防治水方案，建議礦坑雨季正常涌水量按16000 m3／d考慮，最大涌水量則按27168m3／d考慮。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)水文資料的收集和研究工作，準(zhǔn)確掌握該區(qū)域的水文地質(zhì)條件，為采礦工程的整體防治水工作提供基礎(chǔ)。

［1］沈照理，等.水文地質(zhì)學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，1985.

［2］胡 強(qiáng).安慶銅礦水化學(xué)分類及特征分析［J］.有色金屬（礦山部分），2005，57（6）：43－45.

［3］李 棟，等.安慶銅礦東馬鞍山礦體水文地質(zhì)條件研究報告［R］.長沙：長沙礦山研究院，2010.

［4］楊 柱，等.安慶銅礦東馬鞍山礦體防治水技術(shù)（2010年度）研究報告［R］.長沙：長沙礦山研究院，2011.

2012－01－18）

胡 強(qiáng)（1967－），男，安徽樅陽人，高級工程師，從事地質(zhì)測量技術(shù)管理工作。