華 斌，李霄燕，朱國慶

(1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南 250014;2.山東高新工程設計有限公司，山東 濟南 250100)

東劉家礦區(qū)位于膠萊盆地東北緣，地形為低山丘陵，屬風化剝蝕地貌，切割強，海拔最高272 m，最低140 m，地形坡度3°～10°。

礦區(qū)屬暖溫帶季風型大陸氣候，四季分明，雨量充沛，冬無嚴寒，夏無酷暑。無霜期長達218 d，多年平均氣溫為11.4℃，年平均降水量為 787.8 mm，主要集中在夏季，累年平均蒸發(fā)量1541mm。

區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育，自然排水好，大氣降雨通暢，礦區(qū)地表水體主要有東劉家水庫。大氣降水也大多是自然排水，隨徑流流入古現(xiàn)河。

區(qū)內(nèi)地層以古元古代荊山群和中生代萊陽群最為發(fā)育，巖漿巖以牧牛山巖體為主。晚元古代“牧牛山”巖體中細粒二長花崗巖為主要巖石類型，整體呈現(xiàn)“舌狀”，由 NE向 SW方向侵入于古元古代荊山群地層中，經(jīng)鉆孔揭露最大厚100 m，巖體內(nèi)含有變粒巖、大理巖等地層包體，巖體普遍遭受糜棱巖化，局部鉀化。東劉家金礦體主要產(chǎn)于牧牛山巖體中，控礦構(gòu)造為層間滑動構(gòu)造和NE向斷裂。

斷裂構(gòu)造:區(qū)域內(nèi)的斷裂構(gòu)造以NE走向為主，自西向東由桃村斷裂、郭城斷裂、朱吳—崖子斷裂組成區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造格架，其中前二者控制了膠萊盆地的東北部的邊緣，后者切割了馬石莊—崖子地區(qū)的火山—沉積巖系。三者均具左行壓扭性特征，為高角度平移斷裂。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

1.1 含水巖組

1)第四系沖洪積、坡積孔隙含水巖組(Ⅰ)

主要分布于丘陵地區(qū)溝谷坡麓或河流兩側(cè)，含水層巖性為細、中、粗砂或砂礫石層，水位埋深0.4～3 m，含水層厚度1～3 m。單位涌水量為0.102 L/s·m，中等富水性。水化學類型為 HCO3－Ca·Mg型，礦化度 0.14 ～0.40 g/L。

主要補給來源是大氣降水，其次是地表水體的入滲補給，此外還接受基巖地下水的越流頂托補給。在天然狀態(tài)下，地下水流向與地形坡向基本一致，總體自東南向北西方向徑流;其排泄方式以人工開采為主，或補給下伏含水層。

2)碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組(Ⅱ)

礦區(qū)范圍內(nèi)主要有:萊陽群曲格莊組、龍旺莊組及止鳳莊組等含水巖組，含水層巖性為砂巖、礫巖、砂礫巖。水位埋深1～3.5 m，涌水量多小于100 m3/d，弱富水性，水化學類型為 HCO3－Ca型，礦化度小于 0.3 g/L。

補給來源主要為大氣降水，在天然狀態(tài)下，碎屑巖類孔隙裂隙水沿地形坡向徑流，總體方向由南向北徑流。在徑流過程中，地下水一部分以泉的形式排泄于溝谷河流中，一部分頂托補給第四系孔隙水，其余部分則沿坡向運移排泄出區(qū)外。

3)碳酸鹽巖類巖溶裂隙水(Ⅲ)

礦區(qū)內(nèi)該類含水巖組主要為荊山群野頭組、祿格莊組大理巖段，單位涌水量為0.0138 L/s·m，弱富水性。通過對土堆礦區(qū)礦坑水質(zhì)分析，水化學類型為 HCO3·SO4－Ca·Mg型，礦化度 0.327 g/L。

補給源主要來自大氣降水及上覆第四系松散巖類孔隙水入滲補給，其排泄方式以礦坑排水為主，亦以徑流的方式由南向北排泄，在徑流過程中部分可形成泉水排泄于溝谷河流中。

4)基巖風化帶裂隙含水巖組(Ⅳ)

層狀巖類風化、構(gòu)造裂隙含水亞組(Ⅳ1)主要為荊山群野頭組變粒巖、祿格莊組安吉山片巖、陡崖組變粒巖，單井涌水量小于100 m3/d，富水性較弱，水化學類型為 HCO3－Ca·Mg型，礦化度100～250 mg/L。

塊狀巖類風化構(gòu)造裂隙亞組(Ⅳ2)主要為新元古代玲瓏超單元九曲單元弱片麻狀中細粒黑云二長花崗巖及榮成超單元邱家單元片麻狀細粒二長花崗巖，單井涌水量小于100 m3/d，富水性較弱。通過對礦坑排水水質(zhì)分析，水化學類型為 SO4·HCO3－Ca·Mg型，礦化度 600～1 200 mg/L。

補給來源主要為大氣降水直接入滲補給，上覆第四系松散巖類孔隙水的入滲補給，以及地表水體的側(cè)滲補給。地下水流向與地形坡向一致，降雨后迅速泄流，最高水位出現(xiàn)在8、9月份。排泄方式以人工開采為主，亦以徑流的方式沿坡向排泄，在徑流過程中部分可形成泉水排泄于溝谷河流中。

1.2 隔水巖組

礦區(qū)內(nèi)地下水隔水層包括脈巖及巖體類和斜長角閃巖及變粒巖類，前者主要由巖漿巖類巖石組成，為二長花崗巖、閃長玢巖、煌斑巖、花崗斑巖、花崗閃長巖、閃長巖等，其上部風化帶以下巖石致密堅硬，節(jié)理裂隙不發(fā)育，可視為隔水層。斜長角閃巖及變粒巖類為弱風化帶隔水體，節(jié)理裂隙不發(fā)育，隔水性能隨埋深的增加而增加。

2 礦坑涌水量預測

2.1 礦坑充水因素

水源與通道的自然組合即構(gòu)成充水因素。本礦區(qū)礦坑充水的主要通道為風化、構(gòu)造及采動所形成的裂隙。礦床充水水源主要有大氣降水、基巖裂隙水等，采區(qū)附近分布有地表水體。

2.1.1 地表水體

礦區(qū)內(nèi)沿溝谷主要發(fā)育有古現(xiàn)河，上述河流雨季水位暴漲，旱季水量銳減乃至干涸;礦區(qū)西側(cè)300 m有東劉家水庫。

東劉家水庫總庫容104.3萬 m3，東劉家含礦段距東流家水庫最近，約300 m，礦體巖性大部分為黑云二長花崗巖，局部為大理巖，水庫與含礦段之間為荊山群野頭組大理巖，賦存碳酸鹽巖類巖溶裂隙水，近地表巖溶裂隙較發(fā)育，對東劉家含礦段礦床充水影響相對較大，為間接充水水源。

2.1.2 大氣降水

評價區(qū)內(nèi)大氣降水一部分呈地表水自然排泄外，一部分通過強風化帶的孔隙裂隙及構(gòu)造破碎帶滲入礦坑。通過對周邊土堆、沙旺礦段礦坑排水量與大氣降水資料分析發(fā)現(xiàn)，礦坑排水與大氣降水大致上一致，礦區(qū)處于地下水補給區(qū)，東劉家礦區(qū)與上述地貌和地質(zhì)條件類似，故東劉家礦段補給來源大部分為大氣降水，大氣降水是礦床充水的主要因素。

2.1.3 地下水

東劉家礦段礦體圍巖以角礫狀黃鐵礦化二長花崗巖為主，富水性及導水性差，對礦床充水影響小。故本礦區(qū)充水類型為以礦體頂板裂隙含水層充水為主的礦床，即裂隙充水礦床。

但已有地質(zhì)勘探資料表明，東劉家礦段有坑道系統(tǒng)分布的地段出現(xiàn)了地下水降落漏斗，這反映了在人為疏干排水的情況下，這些地段地下水位大幅下降，進而襲奪上部地下水。因此，在人為疏干排水的情況下，在重力勢能作用下，淺部地下水會沿構(gòu)造裂隙向深部補給礦床水。

2.1.4 構(gòu)造破碎帶

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，按斷裂性質(zhì)可分為張性斷裂和壓扭性斷裂。

礦區(qū)內(nèi)張性斷裂F7斷裂穿過東劉家水庫與東劉家礦床，鉆孔ZK5351位于斷裂F7上，通過對鉆孔編錄資料分析，孔深 226.2 ～285.4 m 時巖心局部破碎，364.0 ～456.4 m 處見碎裂巖，表明F7斷裂深部導水性較強，上部巖心較完整，裂隙面多為碳酸鹽巖脈充填，導水性差。通過收集東劉家探井排水資料，2010年3月東劉家探井排水量為 34 484.82 m3，同期土堆生產(chǎn)井排水量為12 060 m3，在巷道面積僅為土堆巷道面積1/3左右情況下，東劉家探井排水量明顯大于土堆生產(chǎn)井排水量，可見F7斷裂對東劉家礦床與東劉家水庫有一定的溝通作用。

礦區(qū)內(nèi)壓扭性斷裂帶內(nèi)巖石破碎、松散，發(fā)育碎裂巖、角礫巖、斷層泥等，因?qū)阅懿睿瑢ΦV體充水影響不大。

2.2 礦坑涌水量預測

2.2.1 水文地質(zhì)比擬法

水文地質(zhì)比擬法是根據(jù)已知生產(chǎn)礦山的礦坑涌水量，預測水文地質(zhì)條件及開采條件與之相似的礦山的礦坑涌水量的方法。本次評估為東劉家礦區(qū)(擴界、擴能)金礦項目，東劉家礦區(qū)已開采多年，已有地下水涌水量等實測值，故可用擴界前礦區(qū)的實測數(shù)據(jù)來比擬東劉家礦區(qū)(擴界、擴能)的地下水涌水量。

通過對礦區(qū)內(nèi)鉆孔終孔水位埋深及民井調(diào)查研究，枯水期各鉆孔終孔水位埋深大多低于第四系底板，而豐水期水位多高于第四系底板，故礦區(qū)內(nèi)地下水可看做為無壓潛水—微承壓水。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)各礦段近幾年來的礦坑排水量統(tǒng)計，東劉家礦段的最大礦坑排水量分別為其平均礦坑排水量的1.06倍，為利于礦山排水設計以防治礦坑突水災害，東劉家礦段預測最大礦坑涌水量的估算按正常涌水量的1.1倍計。

按照通過含水層的兩個井徑相同大井比擬，因為隨著開拓深度的加深，隨著礦井坑道系統(tǒng)面積的增大和水位降深加大礦坑涌水量增加的速度將遞減，因此選取以下公式來計算設計礦井的涌水量:

生產(chǎn)礦井涌水量(Q1):東劉家礦段現(xiàn)狀日均涌水量為1 120 m3/d，最低排泄面為標高為50 m。

設計礦井水位降深(S):礦體附近鉆孔終孔水位標高與礦體賦存最低標高之差。

生產(chǎn)礦井水位降深(S1):生產(chǎn)井附近鉆孔終孔水位標高與最低排泄面標高之差。

設計礦井坑道系統(tǒng)面積(F):因為設計礦井坑道系統(tǒng)是在原有礦井坑道系統(tǒng)的基礎上延展而來的，因此設計礦井坑道系統(tǒng)面積應加上原有礦井坑道系統(tǒng)的面積。

生產(chǎn)礦井坑道系統(tǒng)面積(F1):即為現(xiàn)有生產(chǎn)礦井坑道系統(tǒng)面積。

依據(jù)開發(fā)利用方案，礦體標高為 236.47～304.19 m，預計中段標高－305 m時的正常礦坑預測涌水量為4 955.85 m3/d，最大礦坑涌水量為5 451.43 m3/d(見表1)。

表1 比擬法礦坑涌水量計算成果表

2.2.2 分析計算法

東劉家礦區(qū)因與東劉家水庫距離約300 m，該地表水體對礦床充水影響較大，因此本次計算將其作為進水邊界處理，選用公式為單供水邊界潛水紊流計算公式。

式中:Q礦坑為計算礦坑涌水量(m3/d);K為含水層滲透系數(shù)(m/d);H為從含水層底板算起的水頭高度(m);h0為井內(nèi)水柱高度(m);rw為豎井引用半徑(m);F為坑道系統(tǒng)分布面積(m2);b為大井到進水邊界的距離(m)，取300 m。

綜合分析水文地質(zhì)孔勘查成果與利用各礦段已有開拓情況、水位降深和現(xiàn)狀礦井排水量的關系來反求所得的滲透系數(shù)計算結(jié)果，東劉家礦段為0.027 m/d。考慮到隨著開采深度的增加，巖層構(gòu)造裂隙的發(fā)育程度相對減弱，因此對于開采深度比已開采礦體明顯加大的礦體滲透系數(shù)乘以0.8的系數(shù)加以校正。

含水層厚度取各勘探孔含水層厚度的平均值35.02 m。

潛水含水層底板算起的水頭高度(H)采用各礦段附近鉆孔終孔水位標高的平均值與各礦體最低賦存標高的差，參考《山東省海陽市土堆、沙旺礦區(qū)深部及外圍金礦補充詳查報告》和《山東煙臺鑫泰黃金礦業(yè)有限責任公司東劉家礦區(qū)(擴界、擴能)金礦資源開發(fā)利用方案》，東劉家礦區(qū)擴界后的礦體開采后平均水頭高度為238 m。

井內(nèi)水柱高度(h、h0)參數(shù)，疏干開采，井內(nèi)水柱降至井底，取0 m;

大井引用半徑(r0、rw)參數(shù)，假設預測各主要礦體完全采空，再加上巷道面積，故F面積取各礦體面積的2倍。

通過計算，開采期內(nèi)正常涌水量為6 010 m3/d，最大涌水量為6 611 m3/d(見表2)。

表2 東劉家礦段大井法礦坑涌水量計算成果表

3 礦坑涌水量預測成果評價

從上表中可見，比擬法和分析計算法預測的涌水量基本一致，由于本礦區(qū)已有歷史涌水量觀測資料，比擬法精度比較高，因此本次礦井涌水量取比擬法預測結(jié)果:正常礦坑預測涌水量為 4 955.85 m3/d，最大礦坑涌水量為 5 451.43 m3/d。

[1]李俊停，王俞吉.水文地質(zhì)手冊[Z].北京:地質(zhì)出版社.1988.

[2]房佩賢，衛(wèi)中鼎，廖資生，等.專門水文地質(zhì)學[M].北京:地質(zhì)出版社.1987.

[3]水文地質(zhì)干部進修班編著.礦坑涌水量預測方法[Z].1990.

[4]礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].國家技術監(jiān)督局.1991.