任 磊，熊恒恒

(華北地質(zhì)勘查局五一九大隊，河北 保定 071051)

0 前 言

研究區(qū)位于華北地臺北緣，燕山臺褶帶馬蘭峪復背斜的東段與山海關(guān)隆起西側(cè)銜接處，礦床分布在冀東早前寒武結(jié)晶基底上[1-2]，具有60多年的開采歷史，研究程度高。但隨著開采深度增加和開采規(guī)模的持續(xù)擴大，原有已探明儲量將近采完，危機礦山調(diào)查顯示礦區(qū)按當前生產(chǎn)能力還可服務1.5年，已經(jīng)嚴重危機[3]。近幾年開始回收邊角礦體，礦區(qū)水文地質(zhì)條件較開采初期發(fā)生一定程度的改變，諸如在開采坑道所涉及范圍的地表泉點都已干涸斷流，地下水位下降，上部坑道疏干，下層坑道相應位置出現(xiàn)涌水點，尤其是雨季大氣降水沿采礦老硐和塌陷地段直接貫入生產(chǎn)坑道，礦坑涌水量明顯增大，這不僅增加了開采成本，而且對礦山深部開采生產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴重威脅[4]。礦區(qū)原有水文地質(zhì)工作基礎比較薄弱，水文地質(zhì)研究程度已不能滿足礦區(qū)安全生產(chǎn)所遇到的問題。本文通過對礦區(qū)含水層類型、地下水動態(tài)特征、礦坑充水因素分析以及涌水量預測，為礦山安全生產(chǎn)提供了參考依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

礦區(qū)位于冀東太古界遷西巖群變質(zhì)巖系中，其主要巖性為斜長角閃巖、斜長角閃片麻巖、硅質(zhì)斜長角閃巖、石榴子石斜長角閃巖、混合巖化斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖及少量的磁鐵石英巖[5]。金礦床產(chǎn)于深變質(zhì)綠巖帶內(nèi)[6]，含金脈帶主要是由石英脈、鈉長石脈、次生石英巖等斷續(xù)分布于絹云母或綠泥石片巖中，礦體間接圍巖為斜長角閃巖、斜長角閃片麻巖及經(jīng)混合巖化作用的混合巖(圖1)。

1 第四系；2 長城系；3 花崗巖；4 斜長角閃巖；5 奧長花崗巖；6 英云閃長巖；7 麻粒巖；8 脆性斷裂；9 韌性剪切帶；10 地質(zhì)界線

圖1 礦區(qū)地質(zhì)

1.2 構(gòu)造

早期的遷西運動在整個冀東地區(qū)形成寬緩的東西向構(gòu)造，阜平運動構(gòu)成一系列的南北向構(gòu)造，而后期的燕山運動則以北東向的脆性斷裂為主。多期構(gòu)造的置換和疊加構(gòu)成礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造較為復雜[4]。礦區(qū)斷裂以走向北北東20(°)～30(°)、北東50(°)及北西320(°)最為發(fā)育，規(guī)模較大，在斷層的影響下，巖石較破碎，形成了構(gòu)造裂隙脈狀含水帶。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿巖主要是巖脈型的，其中基性、超基性的有透輝巖、透閃巖、滑石巖、陽起石巖、輝石角閃巖等。中酸性的有閃長玢巖、閃長煌斑巖、花崗斑巖、細晶巖、石英斑巖等。

2 水文地質(zhì)特征

2.1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

礦區(qū)地處冀東北丘陵向山地的過渡地帶，位于河道分水嶺東側(cè)斜坡地段，北西高，南東低，地面標高200～400 m，最高點位于區(qū)內(nèi)西部，海拔標高486.8 m，屬山前丘陵地貌區(qū)。礦區(qū)內(nèi)切割深度小于100 m，地形坡度一般15(°)～40(°)，屬較緩至較陡坡，加之區(qū)內(nèi)坳溝、沖溝及切溝發(fā)育，有利于大氣降水及地表水的排泄。當?shù)刈畹颓治g基準面標高200 m，位于礦區(qū)東部偏南，與主要礦體的直線距離約650 m。區(qū)內(nèi)地下水接受大氣降水補給之后依地形由高處向低處徑流并最終排泄至東側(cè)河谷，區(qū)內(nèi)地下水分水嶺與地表水分水嶺基本上一致。

2.2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.2.1 地下水類型劃分

根據(jù)礦區(qū)的地形地貌及含水層巖性等條件，其地下水類型可分為3類，即第四系孔隙潛水、基巖風化裂隙潛水和基巖構(gòu)造裂隙脈狀水。

1)第四系孔隙潛水

主要分布在河道及兩側(cè)沖溝中，含水巖層為沖洪積及殘坡積砂卵礫石層。河道沖洪積層厚4～8 m，由砂卵石組成，含孔隙潛水，水位埋深2～4 m，富水性中等；河(谷)兩側(cè)的坳溝、沖溝，發(fā)育洪、坡積層厚1～4 m，由砂、礫石混碎石組成，含孔隙潛水，水位埋深0.5～2 m，富水性弱。

第四系孔隙含水層中的潛水主要接受大氣降水補給，以地下徑流及蒸發(fā)的形式排泄，水量不大，且距離開采地段較遠，對礦坑充水無影響。

2)基巖風化裂隙潛水

賦存于太古界片麻巖淺部風化帶中?；鶐r淺部風化裂隙發(fā)育，發(fā)育深度一般在10～60 m，局部與構(gòu)造破碎帶疊加可達100 m，富水性弱，對深部坑道充水無明顯影響。

3)構(gòu)造裂隙脈狀水

受斷裂構(gòu)造影響，斷層兩側(cè)巖石破碎，受其影響，兩側(cè)發(fā)育脈狀裂隙組，成為地下水運移的通道和儲存空間。礦床開拓前期地表沿構(gòu)造破碎帶曾有泉水出露，流量一般為0.002～0.084 L/s，最大0.17 L/s，出露標高一般在200～300 m。其后由于受礦區(qū)礦坑(道)排水影響，地下水水位下降，并形成降落漏斗，現(xiàn)今處于此標高的地下水出露點基本已干涸。據(jù)已有資料和現(xiàn)場調(diào)查，構(gòu)造裂隙含水層，富水不均一，同一條斷裂帶的不同部位，富水性相差較大，鉆探施工中曾出現(xiàn)涌水孔、漏水孔，經(jīng)短期涌水后，水量、水位急劇下降。目前由于礦坑生產(chǎn)用水和排水的影響，原有一些水點均已干涸，僅在深部個別坑道內(nèi)出現(xiàn)股流水點，這些出水點開始流量大，以后減小很多或干枯，反映出疏干儲存量的特征。據(jù)坑道排水情況看，雨季坑道排水量增大，雨季過后排水量明顯減小，且排水量變化存在明顯的滯后性，說明構(gòu)造裂隙脈狀水靠大氣降水的單一補給，且補給量有限，易于疏干。

2.2.2 地下水補給、徑流、排泄條件

礦區(qū)位于兩條河道分水嶺東側(cè)靠近分水嶺處，絕大部分為地下水補給徑流區(qū)，難以形成獨立的小型水文地質(zhì)單元。礦區(qū)附近無大的地表水體，其中一條河呈北東—南西向穿過礦區(qū)東南角，溝谷上游(礦體處)僅在豐水期出現(xiàn)地表水流。礦區(qū)大部分地區(qū)基巖裸露，表面風化裂隙發(fā)育，有利于大氣降水的入滲，地下水以接受大氣降水補給為主。大氣降水通過風化裂隙和構(gòu)造裂隙垂直入滲補給地下水。地下水沿裂隙自本區(qū)西部、北部分水嶺處向南部、東部低洼處的溝谷徑流，徑流途經(jīng)較短，自然流場下，多以泉或泄流的形式排泄。

2.2.3 地下水動態(tài)

1)潛水含水層動態(tài)

根據(jù)收集到的礦區(qū)周邊以往水位觀測數(shù)據(jù)可知(圖2)，潛水含水層地下水位在5月最低，9月最高，但變幅較小，在1 m以內(nèi)。

2)基巖風化裂隙水、構(gòu)造裂隙脈狀水動態(tài)

根據(jù)礦坑排水記錄數(shù)據(jù)情況分析(圖3)，坑道排水雨季排水量明顯增大，主要集中在8月、9月和10月份，雨季過后排水量逐漸減少，且排水量變化存在明顯的滯后性，由此可見，大氣降水是本區(qū)域構(gòu)造裂隙含水層的主要補給來源。

圖2 地下水位埋深動態(tài)曲線

圖3 2013-2014年日均排水量變化曲線

4 礦床充水因素分析

4.1 坑道水文地質(zhì)特征

根據(jù)礦區(qū)以往水文地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果顯示，由于礦區(qū)礦體和圍巖的節(jié)理、裂隙發(fā)育不均勻，且多呈閉合型，巖層透水性和導水性差，礦區(qū)含水層屬于分布不連續(xù)的弱含水層，且由于礦床已開采多年，上部多數(shù)已采坑道枯水期基本處于疏干狀態(tài)，只在個別坑道的斷層破碎帶中，構(gòu)造裂隙脈狀水以股流、滲流形式涌入坑道，另外，在部分鉆孔中也有少量涌水。通過本次調(diào)查，礦區(qū)坑道涌水量為990.3 m3/d；通過對礦區(qū)2013-2014年坑道涌水量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(見表1)表明，礦區(qū)坑道最大涌水量出現(xiàn)在每年的8～10月份，即坑道涌水來源主要為大氣降水。

表1 2013-2014年礦區(qū)坑道涌水量統(tǒng)計

3.2 充水因素分析

根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)特征和實際生產(chǎn)情況，礦床充水因素包括。

1)大氣降水是礦區(qū)地下水的主要補給來源，因地形較陡，坡降較大，利于地下水排泄而不利于補給、賦存，故大氣降水對礦床開采影響有限。

2)地表水體：據(jù)礦區(qū)前期開采的坑道觀測，在坑道通過間歇性河流及部分沖溝時，其底部坑道最近垂距約10 m的地段，雨季坑道頂板僅有潮濕和輕微滴水現(xiàn)象，說明間歇性河流對坑道充水影響很小。

3)礦床充水的直接來源，主要為構(gòu)造裂隙脈狀水，多以股流、滲流的形式進入坑道，出水點一般位于構(gòu)造破碎帶附近。出水點多出現(xiàn)于穿脈，其特點為開始流量大，后期遞減或干涸。

4 坑道涌水量預測

礦井涌水量的預測具有十分重要的意義，準確預測礦井涌水量，是制訂礦山疏干排水設計的主要依據(jù)，有助于合理確定礦井水處理設施的建設規(guī)模，同時對礦山安全生產(chǎn)建設提供依據(jù)。該金礦是多年開采的老礦區(qū)，目前開采包括露采和井下開采兩部分，本次涌水量預測主要針對-417 m中段以下至最低礦體賦存標高即-596 m以上段進行。

根據(jù)礦山水文地質(zhì)條件和開采條件，-417中段和-596中段地質(zhì)、水文地質(zhì)條件相似，因此采用比擬法預測坑道涌水量。采用現(xiàn)有工程-417 m水平集水坑涌水量類比計算-596 m水平涌水量。計算公式如下。

式中Q——計算中段涌水量，m3/d；

Q0——已知中段涌水量，m3/d；

F——計算中段開采面積，m2；

F0——已知中段開采面積，m2；

S——計算中段水位降深，m；

S0——已知中段水位降深，m。

計算參數(shù)的選取見下表2。

表2 涌水量計算參數(shù)取值

經(jīng)計算，-596 m水平的涌水量為480.06 m3/d。

5 結(jié) 論

礦區(qū)地下水類型主要為第四系孔隙潛水、基巖風化裂隙潛水和基巖構(gòu)造裂隙脈狀水等3類。礦床充水的主要水源是構(gòu)造破碎帶地段所含構(gòu)造裂隙脈狀水，主要受大氣降水補給。采用比擬法對-596 m水平的涌水量預測為480.06 m3/d。

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