孔 遜 龍 慶

(青海省核工業(yè)地質局)

哈西亞圖多金屬礦區(qū)礦坑涌水量預測

孔 遜 龍 慶

(青海省核工業(yè)地質局)

系統(tǒng)分析了哈西亞圖多金屬礦區(qū)地質背景與水文地質特征，認為礦坑主要充水水源為含水帶裂隙承壓水，其補給來源為大氣降水。根據現場水文地質抽水試驗結果，應用大井法對礦坑涌水量進行了預測，并采用大氣降水滲入量的計算結果對預測的涌水量進行了驗證，結果表明，涌水量預測值與驗證值相近，可以作為礦床開采涌水量的依據。

水文地質特征 大井法 礦坑涌水量預測

哈西亞圖多金屬礦位于青海省柴達木盆地南緣的烏圖美仁鄉(xiāng)哈西亞圖地區(qū)，是一處以磁鐵礦為主，伴生閃鋅礦、金礦、銅礦的多金屬礦床，礦區(qū)面積3.61 km2。大地構造位于東昆侖祁漫塔格山北坡—夏日哈新元古代—早古生代巖漿弧帶(19-2)西段。該區(qū)主構造線方向為NW向，地層、巖漿巖展布與主構造線方向一致。地勢南西高北東低，最高海拔 3 620 m，平均海拔3 200 m，相對高差約400 m。氣候屬高原大陸性干旱氣候，終年降雨較少，年平均氣溫4.77 ℃，多年平均降水量43.37 mm。河流自南向北東流入盆地，為內陸季節(jié)性河流，夏季水流較大。通過對該礦區(qū)水文地質特征進行深入分析，在此基礎上對礦坑涌水量進行預測，為礦床開采提供參考。

1 礦區(qū)水文地質特征

1.1 地表水

礦區(qū)水系不發(fā)育，距礦區(qū)18 km的灶火河自南向北東流入盆地，其補給主要為地下水、大氣降水及高山區(qū)冰雪融化水，河水流量受大氣降水和融雪影響變化較大，豐水期流量為8.513 m3/s，枯水期流量一般為0.5～3.7 m3/s。距詳查區(qū)3.5 km的哈西亞圖河屬季節(jié)性河流，受冰雪融化及基巖裂隙水補給，流量較小，總體由南向北流動，匯入盆地后消失，平均流量0.3～1.2 m3/s，最大流量可達 4.684 m3/s。

1.2 地下水類型

礦體位于當地侵蝕基準面以上，地形坡度較大，地下與地表分水嶺基本一致。區(qū)內出露地層有古元古界金水口巖群、第四系上更新統(tǒng)，地層出露簡單。根據地下水賦存條件、含水介質、地下水動力特征，可將礦區(qū)內地下水分為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶隙水和斷裂脈狀水等4種類型。

(1)第四系松散巖類孔隙水。賦存于第四系松散巖層中，該層為沖積、洪積、砂礫層堆積物，厚度小于100 m，為透水不含水層，分布于礦區(qū)東側。單泉流量小于0.10 L/s，地下水水量隨季節(jié)變化較大，水化學類型為HCO3-Ca-Mg型。

(2)基巖裂隙水。分為碳酸鹽類層狀基巖裂隙水和塊狀巖類裂隙水。含水巖層巖性為矽卡巖，位于礦區(qū)中西部，厚度約大于100 m，無泉點出露，據ZK007#鉆孔抽水資料，單位涌水量為0.009 3 L/(s·m)，礦化度7.926 g/L，為Cl-Na型水，局部存在承壓水。層狀基巖和塊狀巖類巖石富水性弱，透水性較差，頂底板斜長片麻巖巖芯完整，可視為相對隔水層，對多金屬礦床的開采影響較小。

(3)碳酸鹽巖類溶隙水。含水層巖性為金水口巖群大理巖，在礦區(qū)北、西兩側分布，西側分布面積較小，大理巖富水性較弱，是該區(qū)礦床充水的主要含水類型，對礦床排水研究具有重要意義。

(4)斷裂脈狀水。分布于礦區(qū)破碎帶內，地表出露長大于200 m，寬50 m，走向85°，破碎帶原巖為矽卡巖、片麻巖，巖石較破碎，具高嶺土化、褐鐵礦化，破碎帶規(guī)模較大，為壓扭性構造，單泉流量小于0.1 L/s，富水性弱，對礦床開采影響小。

1.3 地下水補給、徑流、排泄條件

礦區(qū)地下水主要靠大氣降水入滲補給。礦區(qū)補給區(qū)面積小，受地形及巖性影響，徑流條件較差，地下水流向的總趨勢是SW—NE。降水量較大時，第四系覆蓋區(qū)內降水通過松散層孔隙滲入補給地下水；基巖裸露區(qū)內，降水通過基巖風化裂隙滲入補給地下水。區(qū)內雨季集中在每年的6—9月，雨季時地下水位抬高，由于降水量較小，蒸發(fā)量大，地下水位埋藏較深，因此地下水位年變幅不大。區(qū)內徑流較弱，地下水露頭很少，未見明顯的補給區(qū)及排泄區(qū)。

2 涌水量預測

2.1 礦體特征

根據地質勘探資料，區(qū)內礦體呈似層狀產于古元古代金水口巖層(Pt1J)的矽卡巖中，首采地段礦體埋深為3 000～3 100 m，走向270°，長約700 m，圍巖為矽卡巖、片麻巖。

2.2 充水水源

(1)大氣降水。據礦區(qū)以往氣象觀測資料及格爾木氣象站1994—2009年氣象資料，礦區(qū)年最大降雨量為234.8 mm，最大降雨量為17.5 mm/d。當礦坑露天開采時，大氣降水可直接落入礦坑，成為露天采坑的直接充水水源。

(2)地下水。礦區(qū)位于高山剝蝕區(qū)，地下水可通過大氣降水和冰雪融化水沿巖層層理、構造裂隙滲入到基巖裂隙及巖溶裂隙含水層中，形成含水帶裂隙承壓水而成為礦坑充水的主要水源。

2.3 礦坑涌水量預測

大井法是目前礦井涌水量預測應用最廣泛的一種方法，通過將復雜的坑道系統(tǒng)設想成一個與坑道系統(tǒng)面積相等的大井的工作系統(tǒng)，大井的涌水量就相當于復雜坑道系統(tǒng)的涌水量，對于水文地質條件簡單或中等的礦區(qū)，采用該方法預測礦坑涌水量是比較合適的。大井法作為地下水動力學方法，為理想化的模型，計算公式適于均值、各向同性的含水層[1-3]。

礦區(qū)礦坑充水主要為含水帶裂隙承壓水，各含水帶含水層均質，參數變化不大。北側F1逆斷裂可視為隔水邊界，南部、東部、西部分別為無限含水層，故采用大井法[4]預測涌水量模型，見圖1。

圖1 大井法預測涌水量模型

根據抽水試驗資料，礦區(qū)內含水層滲透系數變化較小，可以概化成1個大承壓含水層。當礦床開采后，改變地下水流場，開采標高低于承壓水頭標高，含水層則由承壓變?yōu)闊o壓含水層，根據水文地質邊界條件，選擇承壓-無壓層流穩(wěn)定流完整井大井法公式[5-6]，即

(1)

式中，Q為首采區(qū)預測涌水量，m3/d；K為滲透系數，m/d；H為水位降深，m；M為含水層厚度，m；R0為引用影響半徑，m；r0為引用半徑，m。

首采區(qū)開采第一水平標高為2 700 m，面積 0.45 km2。根據ZK007靜水位標高3 268 m，得到水位降深為568 m，滲透系數為0.003 4 m/d，含水層厚度為210.67 m。將該類參數代入式(1)，計算得到的首采區(qū)預測涌水量為304 m3/d。

為了確定礦坑涌水量預測結果的可靠性，有必要對所預測的涌水量進行驗證。根據礦區(qū)水文地質特征，通過計算大氣降水滲入量來進行驗證。大氣降水滲入量計算公式為

(2)

式中，QS為區(qū)內大氣降水滲入量，m3/d；S為計算區(qū)面積，m2；W為降水量，mm；a為大氣降水滲入系數；t為365 d。

礦區(qū)西南及東部各有一分水嶺，面積約1.0×106m2。根據格爾木降水量平均資料，該區(qū)年平均降水量為37 mm。由于礦區(qū)降水面覆蓋率高、雨量不大，地形坡度較陡，若滲入系數按0.33計算并假定所形成的地下水都滲入到井拓系統(tǒng)，則根據式(2)計算得到的大氣降水平均滲入量為334 m3/d。該驗證值與涌水量值的誤差約9.9%，這表明預測結果較為準確，可作為哈西亞圖多金屬礦開采提供井下排水依據。

3 結 論

(1)礦區(qū)地下水以大氣降水補給為主，地形有利自然排水，礦床主要充水含水層富水性弱，屬水文地質條件簡單的裂隙充水礦床類型。

(2)礦區(qū)局部地下水具有承壓性，在導水斷裂附近對未來礦山生產威脅很大，極易發(fā)生突水，應引起高度重視。

(3)大井法預測結果與由大氣降水滲入量計算得到的驗證涌水量值基本一致，預測結果較為可靠。

(4)礦區(qū)地下水補給條件差，不存在老窖水，地表水體不構成礦床充水的主要因素，所以在今后礦山建設和采礦過程中不會出現較大的涌水現象。

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[3] 馬洪超，林立新.大井法預測礦坑涌水量[J].采礦技術，2009，9(2)：53-54，79．

[4] 施普德.井水量計算的理論與實踐[M].北京：地質出版社，1977．

[5] 《供水水文地質手冊》編寫組.供水水文地質手冊：第2冊[M].北京：地質出版社，1977.

[6] 薛禹群.地下水動力學[M].北京：地質出版社，1986.

2014-08-11)

孔 遜(1985—)，女，工程師，碩士，810016 青海省西寧市城北區(qū)生物園區(qū)經三路38號。