巴東縣某金屬礦礦坑首采段涌水量預測分析

閆 行

(廣東省地質局第五地質大隊，廣東 肇慶 526020)

1 礦區地表水

巴東某金屬礦屬構造侵蝕小起伏中山地貌，為區域水文地質單元的補給區。礦區海拔標高1450.40m～1875.60m，自然山體坡度一般為35°～55°。

礦區地表水主要為山澗溪流及小河，無較大河流、水庫等地表水體分布。礦區小河坡降比41.50‰，水位季節變化2m～3m，雨季最大流量175L/s。

2 礦床地下水類型

根據地下水的賦存介質，礦區地下水劃分為三大類∶松散巖類孔隙水、層狀巖類裂隙水和碳酸鹽巖類溶洞裂隙水。

（1）松散巖類孔隙水。分布于礦區山間谷地，地下水賦存于第四系松散層中，巖性為粉細砂及含泥質的砂礫層，區內未見泉水點出露，一般富水性弱，與溪溝水水力聯系密切，水化學類型HCO3-Ca型。由于孔隙含水層賦存標高較低和距離礦床較遠,一般不對礦床造成充水。

（2）層狀巖類裂隙水。含水巖組由志留系、泥盆系和二疊系的砂巖、頁巖、泥灰巖及砂頁巖系組成，地下水主要賦存于地層上部的風化裂隙中，泉流量0.039L/s～0.221L/s，地下徑流模數約5.50L/s·km2，富水性總體屬弱。據鉆孔注水試驗成果：q=0.0286L/（s.m），K=0.0451m/d；微風化帶以下的砂、頁巖及泥灰巖類據鉆孔抽水試驗成果：q=0.0009L/（s.m），K=0.00172m/d，該巖性段的富水性極微弱，可視為相對隔水層。綜合該含水層總體富水性弱，巖組除上部風化裂隙水外，中下部巖層富水性極微弱，對未來礦坑的充水影響不大。

（3）碳酸鹽巖類溶洞裂隙水。含水巖組主要為石炭系黃龍組、二疊系下統棲霞組和三疊系下統大冶組的灰巖系地層，泉流量0.221L/s～0.454L/s。據鉆孔抽水試驗結果：單位涌水量0.0608L/s～0.0573L/s·m，滲透系數0.1346m/d～0.1429m/d，平均滲透系數0.1388m/d。層中地下水具承壓性，個別鉆孔揭露該含水層時鉆孔出現涌水現象。該含水層位于礦體的上部，屬礦體的間接頂板，開采時裂隙溶洞水雖然不直接對礦床構成充水，但由于裂隙溶洞水處于礦床上部，在裂隙發育地段裂隙溶洞水較易沿裂隙通道潰入礦坑，對礦體開采造成影響，因此本區的裂隙溶洞水為礦床的間接充水含水層。礦區典型水文地質剖面特征見圖1。

圖1 礦區典型水文地質剖面圖

3 斷層富水性

礦區及周邊斷裂較發育，規模較大的斷層為F30。其含水特征如下：F30：出露于本礦區的南東側，總體走向北東60°，延長6.40km，在礦區內傾角57°，傾向314°，斷層切穿志留系、泥盆系、石炭系和二疊系地層，斷層水平斷距120m～160m，帶中構造裂隙較發育，含構造裂隙水，該斷層富水性總體屬中等，為導水斷層，由于分布于本礦區的南東側外圍，斷裂未通過本礦區內的礦體，因此對礦床開采影響不大。

4 隔水層

分布于微風化帶以下的泥盆系、二疊系完整的砂巖、頁巖、泥灰巖及赤金屬礦層，據鉆孔揭露巖石較完整致密，張裂隙不發育，所發育的裂隙多為充填閉合狀，為相對隔水層。

5 地下水補徑排條件

區內地下水主要接受大氣降水的補給，枯水期局部接受溪溝水反補給，沿松散孔隙或溶蝕裂隙、基巖風化裂隙、構造裂隙下滲運移，形成地下徑流，流向與地形密切相關，且與溪溝、河水流向基本一致。

6 礦床涌水因素及水文地質條件

礦體大部分位于當地侵蝕基準面之上，松散巖類孔隙水由于分布于溝谷一帶，因此不構成對礦床的充水；泥盆系上統黃家磴組（D3h）和寫經寺組（D3x）的砂、頁巖和泥灰巖層除上部風化裂隙發育含弱的風化裂隙水外，其下部巖層較致密，含水微弱，視為相對隔水層；礦體底板的砂、頁巖層含水微弱，為相對隔水層；分布于礦體上部的石炭系黃龍組（C2h）和二疊系下統陽新組（P1y）的灰巖地層含巖溶裂隙水，富水性中等。礦體及其直接頂底板巖層雖為相對隔水層，但由于礦區內局部發育的含水或導水的斷層可能貫穿了礦體及其頂底板巖層，從而導致巖溶裂隙含水層可能直接通過導水斷層或裂隙帶對礦體形成越流補給，因此礦床上部的巖溶裂隙水是未來地下開采礦坑充水的主要因素。

7 礦坑涌水量預測

（1）預測范圍及深度：礦體呈似層狀產于泥盆系上統黃家磴組（D3h）和寫經寺組（D3x）巖層中，走向近北東，傾向北西，產狀15°～45°，延伸鉆孔控制礦體底板1625.89m～1730.60m，平均標高1673.66m。礦體平均厚度1.60m，大部分位于當地侵蝕基準面之上。未來礦山宜采用井巷開采，預測范圍與儲量計算范圍一致；預測首采段標高1650m中段。

（2）邊界條件：礦體呈層狀分布于泥盆系上統寫經寺組（D3x）中，傾向北西。礦體南東側和南西端為泥盆系上統黃家磴組（D3h）和泥盆系中統云臺觀組（D2y）的砂、頁巖等相對隔水層，北東端和北西側為巖溶裂隙含水層，開采時地下水從北西側和北東端對礦坑充水。

（3）計算原則：根據冒落帶及導水裂隙帶最大高度經驗公式計算，礦山開采時將完全貫通礦床上部的巖溶裂隙含水層，涌水量采用地下水動力學法計算。

（4）坑道設計：本次礦坑涌水量估算主要結合礦床設計的首采段分布及開采標高為依據，坑道長依據GIS軟件圈定B為1700m，距南東側隔水邊界距離L為165m。

（5）計算公式的選擇：選擇狹長水平坑道涌水量計算公式：裂隙溶洞水采用公式（1）進行計算：

坑道位于含水層底板下，含水層底板傾向北西，傾角15～45°，可視為水平含水層。因此，北西側采用公式（1）進行計算；南東側B＞2L，以L代替B，由于南西端為相對隔水層，變為北東端進水公式②進行計算：

（6）參數的確定：①滲透系數（K）：采用抽（放）水試驗計算結果加權平均值K=0.1388m3/d。②含水層厚度（M）：根據各鉆孔揭露含水層厚度，加權平均結果61.57m。③坑道排水降深值（H）：采用礦區終孔水位標高平均值（1715.77m）降至+1650m中段標高之差值作為降深值，H為65.77m。④影響半徑（R）：采用經驗公式，R=245.03m。⑤水位降深值（S）：以坑道排水降深值作為水位降深值，+1650m中段S為65.77m。⑥開采礦坑長度（B）：以礦體儲量計算最大長度作為礦坑長度，結果為1700m。⑦礦坑進水長度（L）：以礦體平面投影最大寬度作為礦坑進水長度，+1650m中段L=165m。

（7）礦床+1650m中段礦坑涌水量結果見表1。

表1 裂隙溶洞水涌水量計算表

8 結論

（1）礦床充水因素主要是層狀巖類風化裂隙潛水和礦床上部的碳酸鹽巖類裂隙溶洞水的間接充水；

（2）首采段開采：北東側和北西側為巖溶裂隙含水層，開采時地下水從北西側和北東端對礦坑充水。采用地下水動力學法計算綜合分析，預測礦床首采段+1650m標高開采時涌水量為2275.62m3/d，礦山未來首采段礦體位于當地侵蝕基準面之上，礦坑涌水可自然排泄。

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