水文地質條件分析及礦坑涌水量研究

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摘要：通過對紅嶺鎢礦水文地質條件分析，在此基礎上預測礦坑涌水量等，為礦山生產提供理論依據。

關鍵詞：紅嶺鎢礦；水文地質；涌水量

1.礦區自然地理概況

紅嶺鎢礦床位于廣東省翁源縣城紅嶺村，距翁源縣城直距約21km。礦區的中心點地理坐標：東經113°58′15″、北緯24°28′30″，行政上隸屬于翁源縣江尾鎮管轄。礦區地形地貌主要為中低山，局部有階地。地勢北高南低、東高西低，最高海拔標高+591m，最低海拔標高+300m，最大相對高差291m。區內地形切割較強烈，溝谷發育，多呈“U”型谷，局部呈“V”型谷，一般坡度在20°～40°，局部可達50°。礦區當地侵蝕基準面以蒲竹壩河河谷標高為準，最低侵蝕基準面標高為+300m，位于礦區南西側蒲竹壩河，小桂坑村附近。區內植被發育，覆蓋率達70%，以杉木為主，有少量竹木、雜樹等。區內及外圍的地表水體有蒲竹壩河及東昌河。前者在礦帶西側約620m流過流量0.71～6.76噸/秒；后者流量約0.22～3.92噸/秒，自東而西流經礦帶中部，跨越工業礦體VI5、V16、V31，與V15沿脈斷裂發生弱水力聯系。

2.礦床地質概況

2.1地層

礦區位于熱水巖體中部，區內僅有巖漿巖出露。礦區出露的地層為第四系（Q）殘坡積層和沖積層，發育于山坡和溝谷，成分主要為含礫粉質黏土。山坡第四系（Q）厚度一般為0.2m～0.5m，最大1.0m；溝谷第四系（Q）厚度較大，一般1.0m～2.0m，局部可達3.0m。

2.2地質構造

紅嶺礦區位于區域性北東向壓扭性斷裂與近南北向壓扭性斷裂交叉部位。區內主要導礦構造為一組近南北向的壓扭性斷裂，傾向西，傾角70°～85°。本區斷裂分為成礦斷裂和成礦后斷裂。

2.3礦體特征

礦區內有云英巖型鎢礦體（3個）和石英脈型鎢礦體（129條），云英巖型礦體呈似層狀賦存于細粒白云母花崗巖的頂部，石英脈型鎢礦呈脈狀穿插于花崗巖和云英巖型鎢礦中。礦區3個云英巖型礦體（V1、V2、V3），呈透鏡狀賦存于花崗巖體中，依自上而下平行排列，呈斗笠狀分布，傾角20°～28°。礦體多集中在花崗巖礦化蝕變帶中心，V1、V2礦體分布于花崗巖頂面突起部位。Ⅰ號礦體賦存標高為260m～420m，V2礦體賦存標高為135m～350m，V3礦體賦存標高210m以下。

3.礦床水文地質特征

3.1區域水文地質特征

礦區地貌以中低山地貌為主；區域河流為蒲竹壩河。區域地層主要為第四系（Q）殘坡積層和沖積層，為含礫粉質黏土，厚度小，一般為0.2m～1.0m；蒲竹壩河兩側階地及溝谷第四系稍厚，一般1.0m～2.0m，最厚達3.0m。巖漿巖發育，礦區位于熱水花崗巖巖體中心，與巖體邊緣最近距離約4.6km，礦區所屬流域也全部位于巖體中，巖性為燕山三期（γ52（3））花崗巖。區域地層含水性弱，無主要含水層。根據區域巖性、地下水賦存條件、水力性質、特征，區域地下水可劃分為2種類型：松散巖類孔隙水、基巖裂隙水。

3.2礦區水文地質特征

3.2.1含水層（隔水層）

本區第四系山間沉積物及廢石零星分布在二十八處低洼地帶，總面積（0.26km2），占全區面積的6.2%，不能形成有意義的含水層。另據CK87孔有關測試，下伏的礦帶裂隙性花崗巖的滲透系數僅3.7×10-5m/d，屬隔水層。故本區不存在主要含水層。

3.2.2地下水的貯存、補給及排泄

由于本區地形切割較強，利于地表徑流的排泄，第四系沉積物一般不含水，地下水主要貯存在花崗巖內。根據水文地質特征，可劃分為：風化裂隙水、基巖裂隙水及構造斷裂水?，F把這三種地下水的貯存、補給、排泄分述如下：

（1）風化裂隙水：賦存于強風化—半風化花崗巖裂隙中。本區強風化-半風化帶厚25m～35m，裂隙（尤其是平級裂隙）較深部發育，并經風化增強，導致地下水有一定的側向活動力。據測定計算，風化裂隙水的徑流模數約為49升/秒×平方公里；全區泉水均出露于此帶,總流量約6升/分。風化裂隙水以大氣降水補給為主，特別是在因采礦而破壞全風化殼的地方，形成了利于降水滲入的“天窗”，“天窗”的垂直滲入系數約為0.006t/m2.d。風化裂隙水主要是向地表徑流排泄，全礦區排泄量約180升/秒，其次是通過基巖裂隙向深部礦坑排泄，排泄量約27升/秒；另外,在雨季后期，由于風化裂隙飽和，使風化裂隙水能直接滲入采空區，形成了異常大的脈沖性礦坑涌水高峰。

（2）基巖裂隙水：貯存在花崗巖部分裂隙中。據礦坑339點的裂隙測定統計，礦體圍巖裂蹤率僅0.16%，且大部份為高傾角封閉型裂隙，不含水；只有在多組裂隙交匯部及鄰近裂隙中，才能形成近于垂直展布的管狀含水段。故基巖裂隙水具有規模小、數量多、分布均勻、靜儲量少以及水平連通性差，垂直壓力傳導快的特征。據鉆孔橫向擴散試驗證實：在天然狀態下，基巖裂隙水無流動能力。只有在深部礦坑開拓后，它才能通過管狀通道垂直滲人礦坑，并得到風化裂隙水的補給。這種補給、排泄作用是礦坑涌水的最主要來源。因此，礦坑涌水不僅具有明顯的季節性，而且涌水量與間距大于20m的礦坑水平長度成正比，本文中把單位長度礦坑涌水量稱為涌水強度；另外，由于基巖裂隙向深部減弱，故涌水強度亦隨之下降，據452、416、370、324中段涌水量資料分析，低中段的下降速率為0.932。由于基巖裂隙水在水平上的孤立性，使全區無統一地下水位，已有的水位資料都高出相鄰平巷，故本區的平巷均屬淹沒型集水巷道（B型），而采空區則構成非淹沒型集水巷道（A型）。由于深部采空區對上部礦坑的完全疏干作用，故A型集水巷道的涌水強度等于本中段及其以上各中段B型集水巷道的涌水強度之和。表1列出了實測及預報的A、B兩型巷道的相對涌水強度Ka、Kb。

（3）構造斷裂水貯存在成礦期后的斷裂中，可分南北組、北西組及東西組。單純的成礦期或成礦前斷裂，因呈閉合狀或被礦脈充填而不含水，故不予闡述。①高傾角南北向壓扭性斷裂帶：此組斷裂是由密集的線狀斷裂組成，本身為不透水斷裂；僅在礦帶中部（V22以南至V15），由于歷次構造送加，局部成為不均勻的弱含水斷裂，在礦坑中呈現為分散的潮濕狀或弱滴水狀，涌水強度與基巖裂隙水基本一致，并承受風化裂隙水的補給。②高傾角北西向一北北西向壓扭性所裂：斷層角礫較發育，多被低溫石英脈充填，透水能力弱，在礦坑中呈較均勻的弱滴水狀，以風化裂隙水補給為主。但V15沿脈斷裂與東昌河有弱水力聯系，其補給量小于3.4升/秒。此組斷裂多以沿脈斷裂產出，涌水強度比同中段B型巷道高出約37%，但仍低于本中段的A型巷道，開采后會被集水能力更強的A型集水巷道所取代，故不具獨立的水文地質意義。③高傾角東西同張扭一壓扭性斷裂：被斷層角礫、低溫石英脈及高齡土充填，近地表處規模較大，地貌上常呈東西展布的山溝，向深部迅速減弱。現把幾條主要的斷裂分述如下：Fb1的導水性僅次于V15沿脈斷裂，對礦坑的最大充水量為0.11升/秒，旱季中可被礦坑完全疏干。目前在324中段的揭露點已低于蒲竹壩河約十余米，但尚未產生水力聯系。即使隨中段下降與蒲竹壩河產生水力聯系，據計算預測，其充水量在202中段也小于1升/秒。Fb2為V23沿脈斷裂，向深部迅速減弱，在324中段已無特殊涌水現象。但它可能因開采而溝通地表逐流而造成非正常涌水的問題。Fb3被大量的高嶺土類充填，在324中段無涌水現象。綜上所述，構造斷裂的涌水強度較基巖裂隙水大，但因在礦坑系統中揭露規模遠小于后者，也因大部北西斷裂會被非淹沒型集水巷道所取代,故對礦坑充水反而不如后者。

4.礦坑涌水量預測

4.1礦坑涌水量預測方法

礦坑涌水主要受下列四個因素制約：降雨量、中段標高、集水巷道的類型及規模。其預報式組如下：Qi=（KaLa+KbLb）（1.851×10-5εi+3.468×10-3）i=1、2......12（1）εi=εi+δiФ(n)（2）Qdm=1.192QmQm=MAX(Qi)（3）以上各式中符號意義如下：Qi—某中段第1月份的平均涌水量(噸/時)；Om—該中段的最大月平均涌水量（噸/時）；Qdm—該中段的最大日涌水量（噸/時）；La、Lb—分別為本中段的非淹沒型（A）和淹沒型（B）集水巷道的水平長度（米）。應注意：①平均間距小于20米的兩平行巷道或采場只等效于一條集水巷道；②若是平巷與采空區平行且間距小于20米，則只作采空區處理；③在A型巷道中應扣除被深部采空區疏干的相應部份。Ka、Kb分別為該中段A、B兩型集水巷道的相對涌水強度（無量綱）；εi為第i月份的降水量（毫米）；εi、δi分別為第1月份的降水量及其離差（毫米）；Ф(n)為1/n的正態分布函數；1/n為根據礦山服務年限及排水經濟效益確定的最大排水能力使用概率；如n=25,即指平均25年中有一年的Qm、Qdm超出預報值；當n=2時,計算結果恰是多年平均值；在選擇n時，應特別注意協調排、貯能力，如集水倉規模大，應采用較小的n值作為排水能力設計依據，如排水貯備能力低，則宜采用較大的n值作貯水能力設計依據。（3）式是計算最大日涌水量的，它只能在最大月涌水量出現的那個月使用，不允許在枯水期或平水期使用。

4.2礦坑涌水量預測

根據礦山現有資料，預測中段為282、242兩中段。假設兩中段已開采完畢，但深部中段尚未開采，故242中段采空區已疏干了282中段的相應部份，但242中段都未受到深部中段干擾。n依次取2、10、20、30。主要成果有：①兩中段長年平均涌水量：373噸/時；②兩中段歷年平均最大月涌水量：641噸/時；③兩中段三十年一遇最大月平均涌水量：979噸/時；④兩中段三十年一遇最大日涌水量：1167噸/時。本章所提出的預報方法，是對長期動態觀測資料經統計分析后、修改簡化而成的。因統計分析過程涉及大批原始數據、物理分析及繁瑣的數學運算在本文中不于闡述。

5.小結

礦區地形地貌主要為中低山，局部有階地；最低侵蝕基準面標高為+300m；礦區地層為第四系（Q）殘破積層和燕山三期（γ52（3））花崗巖。第四系（Q）殘坡積層零星分布，厚度小，不能形成有意義的含水層，下伏花崗巖的滲透系數僅3.7×10-5m/d，屬隔水層，故本區不存在主要含水層；地下水類型主要為風化裂隙水、基巖裂隙水、構造斷裂水。根據礦坑涌水量預測：282、242兩中段長年平均涌水量373噸/時；兩中段歷年平均最大月涌水量641噸/時；兩中段三十年一遇最大月平均涌水量979噸/時；兩中段三十年一遇最大日涌水量1167噸/時。礦區屬水文地質條件中等的礦床。

參考文獻

［1］廣東省有色金屬地質局九三二隊.廣東省翁源縣紅嶺礦區補充詳細勘察地質報告（1980年）。

［2］廣東省有色金屬地質局九三二隊.廣東省翁源縣紅嶺鎢礦614線-626線詳查項目地質勘查報告。

［3］杜敏銘,鄧英爾,許模.礦井涌水量預測綜述。

作者：王向峰   單位：廣東省有色金屬地質局九三二隊