新疆阜康大黃山油頁巖礦礦區水文地質特征及礦坑涌水量預測

朱慧秦，陸志明

（新疆地礦局第十一地質大隊，新疆昌吉831100）

1 自然地理概況

礦區位于博格達山北坡前山地帶，屬淺切割的緩頂低山-丘陵地貌區，海拔1110～1466m，相對高差50～350m，總體地勢南高北低。冬季干燥寒冷，夏季炎熱少雨，年降水量251.59mm，蒸發量1543.84mm，年均氣溫5.87℃。為典型的大陸型半干旱氣候。礦區內水系較發育，西部西溝河、東部二工河為常年性河流。每年6～8月為豐水期，4、5、9、10月為平水期。勘查區南側有數條季節性水流。區內植被稀疏，溝谷中見少量多年生灌木。

2 礦區水文地質特征

2.1 含（隔）水層的劃分

礦區地層劃分為2個含(隔)水層，包括上更新統-全新統洪積層和全新統沖積

層松散巖類孔隙潛水含水層以及上二疊統井子溝組碎屑巖、泥質細碎屑巖的層狀碎屑巖類裂隙孔隙含水層。

礦區范圍內主要出露上二疊統井子溝組層狀碎屑巖類裂隙孔隙含水層，地層巖性巖石組合下部以灰色巖屑長石石英細砂巖、粉砂巖為主，巖石含少量瀝青質；上部以鈣質巖屑細砂巖、鈣泥質粉砂巖、頁巖，夾含粉砂泥晶白云巖、油頁巖，反映為湖水變深的沉積過程，砂巖中平行層理較發育。巖石受區域動力變質作用的影響，地表巖石風化作用強烈，片理發育、蝕變較強。地下水位埋深9.45～122.5m。據抽水試驗成果，單孔涌水量1.02～6.47m3/d，滲透系數K=0.00012～0.00048m/d，影響半徑(R)1.11～23.61m，單位涌水量(q)0.00123～0.00157L/(s·m)。

巖層中裂隙不發育，裂隙面均閉合—微張開，單泉流量0.2L/s，屬弱富水含水層。

2.2 地下水與地表水間的水力聯系

礦區內有黃山河、西溝河等河流，河流的最低侵蝕基準面為1030、1120m，均低于礦區的平均地下水位標高1154.18m，同時在礦區內沖溝切割較深的部位有泉水出露，部分泉水最終匯入上述河流中，泉水礦化度多在4.751～6.011g/L；根據抽水試驗資料，巖層滲透系數平均為0.0015m/d；地下水水化學類型為HCO3·Cl-Na和SO4·HCO3-Na·Mg型水，礦化度為3.3～6.1g/L；河水水化學類型 HCO3·SO4-Ca·Na型，礦化度 0.26～0.35g/L，水位標高1030m。上述資料說明地下水運移條件差，巖層透水性差，礦區地下水與地表河水之間聯系不密切；大氣降水多表現為在豐水季節暴雨形成的洪水和冰雪融水等形成的暫時性地表流水，在沿地形坡度向低凹處匯集運移時，可通過地表風化、構造裂隙、巖石孔隙等緩慢滲透補給地下，但由于暫時性地表水通過時，時間短、速度快，對地下水的補給主要表現在瞬間補給，不利于礦區地下水的補給。

2.3 地下水補給、徑流、排泄條件

區內黃山河、西溝河均為常年性地表水流，礦區地下水的補給途徑主要包括：大氣降水和地表河流入滲。河水垂直向下通過裂隙補給孔隙裂隙地下水，由于礦區地層主要為油頁巖、泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖等的互層，地層滲透系數K=0.00012～0.00048m/d，透水性弱，河流對礦區地下水的補給微弱。

同時礦區位于干旱氣候區，年降水量少而集中，蒸發強烈，大氣降水對礦區地下水的補給有限，地表坡度大，地形有利于自然排水，而不易垂直下滲，從而地層在垂向上，越深徑流條件越差，地下水運移遲緩，交替不頻，致使地下水礦化度較高，根據泉水及水文孔水質分析資料，地下水礦化度一般在3.36～6.149g/L,明顯高于地表河水。綜合說明礦區內地下水補給條件較差。

淺部基巖裂隙水受地形的影響，沿地勢由南向北徑流，排泄于低洼部位。對于深部的弱承壓水，則通過斷裂構造帶沿途排泄，最終流至準噶爾盆地腹地，運移方向大體是由南偏向

2.4 礦床充水因素分析

礦區的開采方案為露天開采，影響礦床充水的因素主要為大氣降水、圍巖地下水、構造裂隙水、溝谷內地表河水及河床潛流。

2.4.1 大氣降水

大氣降水大部分消耗于蒸發，部分通過面流進入采坑，僅少部分經破碎帶、風化裂隙滲入地下，形成了雨季集中補給的特點，滲入地下的水流中，絕大部份沿地形變化在風化裂隙中運動，在低凹處以泉水形式溢出，補給地表河水，最終匯入黃山河、西溝河，其他極少部份向下運動進入下部含水層。但在多雨季節，大—暴雨易匯流形成地表洪流，沖毀礦山設施，直接灌入采坑。所以，在開發油頁巖資源期間，應加強觀測，查明洪流周期與徑流途徑，避免洪流災害。

2.4.2 圍巖地下水

勘探區內地層巖性主要以泥巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、油頁巖礦體等細顆粒狀的巖性為主，局部地層夾有粗砂巖、礫巖，大部分礦體位于河流侵蝕基準面以下。通過水文孔抽水試驗的成果可知，蘆草溝組地層滲透系數(K)為0.00012～0.00048m/d，單位涌水量(q)0.00123～0.00157L/(s·m)。這表明礦區直接充水含水層的透水性差，富水性弱，從而說明對礦床充水影響相對較小。

2.4.3 構造裂隙水

勘探區內的斷裂主要為蘆草溝逆沖斷裂(F1)。該斷裂分布于礦區北部，為一走向120°向北凸出的弧形斷裂，區內出露長約6.5km，斷裂面南傾，傾角60°～80°。斷裂通過處為一線性展布的斷層破碎帶，斷裂帶兩側基巖破碎；在斷裂斷面上巖石泥化現象明顯，泥質含量約占60%，總體呈灰黑色，初步判斷該斷層不屬于導水斷層；另外經地表調查，在F1斷裂與黃山河交匯處有泉水出露(Q5)，該泉水出露于黃山河Ⅰ級階地坡腳處，泉水呈明顯的一股流出，屬下降泉，泉流量0.5L/s,礦化度0.36g/L，水化學類型為HCO3·Cl-Mg·Ca型，相比礦區地下水水質差別較大(礦區地下水礦化度為3.36～6.149g/L，水化學類型為SO4·HCO3·Cl-Na·Mg型)，在一定程度上也說明該斷層構造裂隙水與礦區地下水的聯系不大。但由于斷層破碎帶的存在，斷層局部可能會存在富水地段。

2.4.4 溝谷內地表河水及河床潛流

礦區范圍內有數條地表水沿溝谷向下游徑流排出山口，在山前戈壁礫石帶滲失殆盡。現狀溝谷內斷裂通過處有泉水出露，是構造裂隙水溢出排泄補給地表河水。將來露天開采采坑深度必然會低于侵蝕基準面，礦坑排水會進一步疏干斷裂構造帶內構造裂隙水，屆時地表河水和河床潛流會反向通過斷裂構造帶補給構造裂隙水，相應的會致使露天采坑匯水量增加。根據斷層性質及構造裂隙水富水性弱的特點，地表河水及河床潛流對斷裂構造帶內的構造裂隙水補給強度較弱。

據此，綜合各因素的影響力，該礦床未來礦坑充水水源主要為圍巖地下水。對圍巖地下水體需及時采取疏干排水措施。此外，進入雨季時，大—暴雨易形成地表洪流，暫時性地表水流具有時間短、流量大之特點，對礦山的影響主要表現在沖毀礦山設施，直接灌入礦坑內，而對地層滲透補給意義不大。因此，在油頁巖礦開采期間，應加強觀測，查明洪流周期與徑流途徑，從而正確設計開發礦山設施的布置以及相應排水設施的位置。

3 礦坑涌水量預測

3.1 礦坑涌水量預測范圍

根據規范要求礦坑涌水量預算范圍為先期開采地段第一開拓水平以上的范圍。計算過程中結合地下水水位標高，以+700m水平為底界，向上每100m分別進行涌水量計算。

3.2 計算方法

根據礦區水文地質條件及礦坑涌水量預測原則，利用坑道系統的長度(a)與寬度(b)的比值確定引用半徑r0之后，再利用“大井法”預算礦坑涌水量。

3.3 涌水量計算結果評述

通過上述涌水量計算結果可知：

+1100m水平，礦坑涌水量正常值562.13m3/d；最大值730.77m3/d；

+1000m水平，礦坑涌水量正常值1634.60m3/d；最大值2124.98m3/d；

+900m水平，礦坑涌水量正常值2752.94m3/d；最大值3578.83m3/d；

+800m水平，礦坑涌水量正常值3719.56m3/d；最大值4835.43m3/d；

+700m水平，礦坑涌水量正常值5122.92m3/d；最大值6659.80m3/d。

通過礦坑涌水量的預測，可取得以下幾點認識：

利用“大井法”預算的礦坑涌水量，采用的滲透系數是單孔抽水試驗計算的結果，未能了解全礦區的水力聯系特征，利用大井法所計算出的礦井涌水量在某種程度上與實際情況有一定出入，但就其預算依據、過程及結果而言均較客觀，可以作為未來礦山開采設計的參考依據。

該區屬中溫帶大陸干旱氣候，6～10月為多暴雨季節，特別是多年一遇的特大暴雨，暴雨期要加強排水，做好井采系統周邊的防洪措施，提請礦業權益人特別注意未來礦井疏干排水時的方式。

礦區內河流較多，因而河水的引水渠道在采區匯水范圍段采取適當措施，不致因采礦生產導致的河水滲露，造成地下水徑流量增加，在今后的采掘工作時做到有疑必探，先探后采，避免造成礦井突、涌水事故的發生。

經抽水試驗過程中發現，地下水位較難穩定，后期呈緩慢上升狀態，觀測水位恢復時，恢復時間較長，這表明礦區地下水補給有限。在礦區內無明顯補給的情況下，礦井內只存在靜態的儲存量，隨著礦井開拓、掘進過程中的疏干排水，總體儲存量在減少，水位在下降。礦井的涌水量也存在一個由小到大、再到平穩、再下降的過程。

隨著開采深度的增加，采空區范圍的不斷擴大，礦井的水文地質條件勢必發生漸變。因此，在礦井的生產過程中，應尋找符合生產實際的與涌水量有關的影響因素，建立相關關系，結合本礦區的水文地質特點預測礦坑涌水量，為礦山生產服務。

4 水文化地質勘探類型劃分

礦區地形屬淺切割的緩低山-丘陵地形，地形不利于自然排水；主要礦體多位于當地侵蝕基準面和地下水位以下；礦床主要沖水含水層和構造破碎帶富水性弱，地下水補給條件差；礦區內有地表水體，但地表水不構成礦床主要充水因素，與地下水聯系不密切；礦區內基巖裸露，第四系不發育。綜合確定礦床水文地質勘探類型為以裂隙含水層充水為主、水文地質條件簡單的礦床，即二類一型。

5 結語

在本文的敘述過程中，通過對礦區地理概況和水文地質條件的分析，闡明了礦區地下水的補給、徑流、排泄條件，礦床的充水因素及進行了涌水量的預測，確定了該礦床的水文地質勘探類型，提出了礦山的供水水源方向，為該礦區后續水文地質調查工作的布置提供了主要依據。

[1]國家技術監督局.GB12719-91礦區水文地質工程地質勘探規范[S].中國標準出版社，1991.

[2]中國地質調查局.水文地質手冊[S].2版.北京：地質出版社，2012.

[3]房佩賢，衛中鼎，廖資生.專門水文地質學[M].北京：地質出版社，1996.

[4]郭新成，金向兵，鄭玉壯，白權金，眭躍建，韋方圓.新疆阜康市大黃山西油頁巖勘探報告[R].新疆地礦局第十一地質大隊，2016.