張卓凡,楊 杰

(合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009)

礦坑涌水量是指礦山開拓與開采過程中，單位時間內(nèi)涌入礦坑(包括井、巷和開采系統(tǒng))的水量，它是確定礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度的重要指標(biāo)之一，關(guān)系到礦山的生產(chǎn)安全與成本，對礦床的經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價有很大的影響;并且也是設(shè)計與開采部門選擇開采方案、開采方法，制訂防止疏干措施，設(shè)計水倉、排水系統(tǒng)與設(shè)備的主要依據(jù)。因此礦坑涌水量的預(yù)測對礦山預(yù)防水文地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生起到了關(guān)鍵的作用。

1 礦區(qū)地質(zhì)

1.1 地層

礦區(qū)位于廬樅火山巖盆地南東邊部，出露地層主要有中侏羅統(tǒng)羅嶺組、上侏羅統(tǒng)龍門院組、白堊系下統(tǒng)磚橋組、雙廟組及全新統(tǒng)第四系。區(qū)內(nèi)羅嶺組僅出露上段，龍門院組僅見第二段，磚橋組僅見第一、第二段，雙廟組僅見第一、第二段，各地層巖性特征見表1?，F(xiàn)自老至新分述如下。

表1 礦區(qū)地層巖性特征簡表

1.2 構(gòu)造

1)褶皺。礦區(qū)范圍內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，總體構(gòu)成一走向近東西，傾向北，傾角12°～30°單斜構(gòu)造。

2)斷裂構(gòu)造。礦區(qū)受區(qū)域構(gòu)造影響斷裂較為發(fā)育，主要有近SN向、NE向兩組，部分形成構(gòu)造破碎帶，自西向東斷裂編號依次為F1,F2,F3,F4四組，其中南北向斷裂較為發(fā)育，北東向次之[1]。斷裂多以硅化帶、破碎帶形式出現(xiàn)。斷層一般以南北向形成較早，北東向斷層活動相對較晚。圍繞硅化構(gòu)造破碎帶形成的礦床及礦化帶，結(jié)合物探、鉆探等結(jié)果，說明如下：近南北向斷裂：礦區(qū)內(nèi)共見三條近南北向斷層，編號從西至東為F1,F2,F4，F(xiàn)1,F2分布于礦區(qū)西部，F(xiàn)4分布于礦區(qū)東部，該組斷裂走向近于南北，傾角60°左右，延長600 m～2 000 m不等。三組斷層橫切地層走向，屬扭性平推斷裂，一般東盤向北移動，性質(zhì)為張扭性斷層。其中F1,F2之見形成含銅銀鉛礦化構(gòu)造破碎蝕變帶，蝕變帶多為正長斑巖脈充填，斷層周圍碳酸鹽、石英細(xì)脈發(fā)育；另有物探激電顯示IP-3異常帶。近北東向斷裂：北東向斷層構(gòu)造分布于查區(qū)南東部長塘埂-夏家灣一帶，區(qū)內(nèi)見一條，編號F3，走向北東，長1 600 m，性質(zhì)為壓扭性，傾角較陡。另有物探激電顯示IP-4異常帶和IP-5異常區(qū)(見圖1)。探礦權(quán)范圍拐點坐標(biāo)見表2。

表2 探礦權(quán)范圍拐點坐標(biāo)

2 礦區(qū)水文地質(zhì)

2.1 含水巖組及富水程度

按含水介質(zhì)、巖石組合、空間位置、成因類型等劃分為松散巖類孔隙含水巖組、風(fēng)化基巖含水巖帶、基巖裂隙含水巖組、侵入巖裂隙含水巖組[2]。各含水巖組水文地質(zhì)特征分述如下：

1)松散巖類孔隙含水巖組(Q)。分布于礦區(qū)低洼處，沖溝內(nèi)及山前丘陵地帶，主要由第四系殘坡積層和沖積層組成，巖性為淺黃、灰黃亞砂土、黏土、砂、礫石及各種原巖巖石碎塊、滾石等，厚度一般在1 m～20 m不等，鉆孔中見最大厚度46.80 m(ZK2602)，最小厚度0.70 m(ZK1613)，平均11.76 m。根據(jù)本次勘探及區(qū)域資料，本層位含孔隙潛水，水量受季節(jié)性降水影響，區(qū)內(nèi)民井一般涌水量多在0.01 L/s左右，富水性中等～弱。根據(jù)本次勘探取民井(SH03)水質(zhì)分析，pH值6.3，為弱酸性水；礦化度0.448 g/L，屬淡水；水化學(xué)類型屬HCO3-Na.Ca.Mg型水。

2)火山碎屑巖類裂隙含水巖組。該含水巖組主要為白堊系下統(tǒng)磚橋組(J3z)粗安巖、紫紅色凝灰質(zhì)粉砂巖等及雙廟組(K1s)粗安巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、含角礫粗安巖、安山巖。據(jù)本次勘探鉆孔揭露，上部發(fā)育有中～弱風(fēng)化層，本次共計29個鉆孔揭露風(fēng)化層，揭露最大厚度38.3 m(ZK1803)，最小厚度2.20 m(ZK1801-1)，平均15.89 m，風(fēng)化裂隙較發(fā)育；下部巖心完整性好，裂隙不發(fā)育至較發(fā)育。本層巖心局部呈高嶺土化、綠泥石化，巖心松軟，呈泥狀；裂隙為泥質(zhì)所充填，不利于地下水的賦存。據(jù)ZK2003及ZK2605鉆孔抽水試驗：滲透系數(shù)1.08 m/d，單位涌水量q=1.28 L/(s·m)，富水性整體偏弱。據(jù)鉆孔取水樣分析(SH02,SH04)，pH值6.5～7.1，為中性水；礦化度小于1 g/L，屬淡水；水化學(xué)類型屬HCO3-Ca.Mg型水。

3)侵入巖裂隙含水巖組。礦內(nèi)巖漿活動較為強(qiáng)烈，鉆孔中常揭露數(shù)段巖脈，厚度多為十米至數(shù)十米，巖性多為正長斑巖，巖石較完整，裂隙不發(fā)育，為相對隔水體。

4)斷裂(構(gòu)造破碎帶)富水性特征。近南北向斷裂：礦區(qū)內(nèi)共見三條近南北向斷層，屬扭性平推斷裂，具張扭性特征，地表顯示的構(gòu)造形跡多為近南北向產(chǎn)出的正長斑巖脈群及蝕變礦化破碎帶，局部地段隱伏于次生石英巖之下。斷裂帶內(nèi)碎裂巖、角礫巖發(fā)育，膠結(jié)物為硅質(zhì)，斷裂帶內(nèi)硅化，褐鐵礦化較強(qiáng)，石英脈充填，膠結(jié)均較好；鉆孔鉆進(jìn)破碎帶及附近，有發(fā)生漏水現(xiàn)象，斷裂帶及其兩側(cè)巖石破碎，起富水及導(dǎo)水作用。近北東向斷裂：北東向斷層構(gòu)造規(guī)模較小，分布于查區(qū)南東部，該組斷裂主要為小破碎帶，性質(zhì)為壓扭性，傾角較陡，斷裂帶及其影響帶內(nèi)巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，起富水及導(dǎo)水作用。

2.2 各含水層間及其與地表水的水力聯(lián)系

1)地表水與各含水層間的水力聯(lián)系。礦區(qū)無常年流水的河流，僅分布水塘和小水庫，受季節(jié)變化而明顯，豐水期水位高，枯水期水位低，其構(gòu)成底部的巖性為透水性相對較弱的凝灰?guī)r等，總體與地下水的水力聯(lián)系弱。

2)各含水層之間水力聯(lián)系。礦區(qū)松散巖類孔隙含水巖組與下伏基巖含水帶存在水力聯(lián)系。局部松散巖類含水層底部有一層含礫黏土及碎石層，直接與基巖含水帶中的裂隙、構(gòu)造溝通，將各含水層連成一個統(tǒng)一體，易于發(fā)生水力聯(lián)系[3]。

3)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件。礦區(qū)地處丘陵，地面標(biāo)高25 m～333 m，最高峰位于礦區(qū)中部，總體地形中間高四周低，有利于大氣降水的排泄。本區(qū)地下水主要補(bǔ)給源為大氣降水，其他徑流補(bǔ)給甚微，自然條件下大氣降水通過裂隙入滲到裂隙含水巖組中形成裂隙潛水順地形由高向低流動，排泄主要為蒸發(fā)及在溝谷地帶以泉的形式排泄，其次以地下徑流補(bǔ)給區(qū)外地下水[4]。

3 礦坑涌水量預(yù)測

3.1 解析法

3.1.1 大井法

礦區(qū)為地下開采，計算公式采用潛水完整井裘布依公式：

(1)

3.1.2 廊道法

選用潛水完整井計算公式:

(2)

3.1.3 計算結(jié)果

分別根據(jù)上述公式及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算，兩種計算結(jié)果見表3。

表3 礦坑涌水量參數(shù)及結(jié)果表

根據(jù)大井法計算所得0 m中段礦坑涌水量為1 126.07 m3/d，-50 m中段礦坑涌水量為1 234.08 m3/d；根據(jù)集水廊道計算所得0 m中段礦坑涌水量為716.83 m3/d，-50 m中段礦坑涌水量為716.83 m3/d。

大井法和集水廊道法計算礦井涌水量，與周邊相同地質(zhì)條件礦山排水進(jìn)行對比，計算結(jié)果均偏大，尤其是大井法計算值偏差較大，集水廊道法計算結(jié)果較為可靠[5]。

3.2 比擬法

虎棧銅礦，距離本礦山約6 km，與本項目礦山屬同一成礦帶，地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，與本礦山高度相似；采礦方法與本礦山一致，都是淺孔留礦法；虎棧銅礦，于2009年建成投產(chǎn)，現(xiàn)狀實測涌水量，對本礦山礦坑涌水量預(yù)測，有重要的參考意義；據(jù)資料虎棧銅礦現(xiàn)狀實測涌水量為231 m3/d。

依據(jù)虎棧銅礦現(xiàn)狀實測涌水量Q1，采用水文地質(zhì)比擬法，預(yù)測本項目礦坑涌水量。比擬的要素主要是開采水平，虎棧銅礦開采水平220 m～-40 m(主礦體Ⅰ號礦體現(xiàn)狀實際開采水平+180 m)，本項目開采水平為92 m～-261 m(預(yù)測水平-50 m)；對應(yīng)解析法中水位降深S，虎棧銅礦S1約40 m，本項目S2約為142 m；則本項目-50 m 水平的涌水量Q2為：

(3)

則依據(jù)比擬法，本項目礦坑涌水量預(yù)測值為820 m3/d。

3.3 礦坑涌水量結(jié)果分析

礦坑涌水量結(jié)果預(yù)測對比如圖2所示。

礦坑涌水量預(yù)測值，解析法(集水廊道法)716.83 m3/d、比擬法820 m3/d，兩種方法預(yù)測結(jié)果比較接近；結(jié)合礦勘探報告的相關(guān)結(jié)論，本次論證中，礦坑涌水量預(yù)測值取717 m3/d。

4 結(jié)語

大井法計算所得0 m中段礦坑涌水量為1 126.07 m3/d，-50 m中段礦坑涌水量為1 234.08 m3/d；集水廊道法計算所得0 m中段礦坑涌水量為716.83 m3/d，-50 m中段礦坑涌水量為716.83 m3/d；比擬法計算所得礦坑涌水量預(yù)測值為820 m3/d。由于該礦目前未開工，現(xiàn)缺乏礦坑涌水量的實測資料，無法將預(yù)測值與該礦實測值進(jìn)行比對[6]。但與周邊相同地質(zhì)條件礦山排水進(jìn)行對比，大井法計算結(jié)果偏大，集水廊道法和比擬法兩種方法比較接近結(jié)果且較為可靠，因此選用集水廊道法和比擬法對實際更有參考價值。