渣滓溪銻礦深部水文地質條件分析

龍長聰

（湖南省地質礦產勘查開發局四一八隊，湖南 婁底 417000）

切實做好礦區水文地質工作，查明礦區水文地質條件，預測礦井涌水量，對礦產資源的合理而安全的開采，有著重要的作用。

渣滓溪銻礦于1906年發現至今，已開采上百年，現開采埋深已大于600m。隨著礦山往深部開拓其礦坑排水量呈急劇增加趨勢，嚴重影響礦山的正常開采。本文以渣滓溪銻礦為例，對老礦山深部開采時水文地質條件變化情況加以分析探討，可為同類情況礦山開展水文地質工作及開采設計提供一定借鑒。

1 區域水文地質條件概況

礦山地處區域地表分水嶺地段，為構造—侵蝕中低山地貌，地形切割強烈，北西—北北西向“V”型溝發育[1,2]。

區域發布板溪群五強溪組地層，巖性以凝灰質板巖、凝灰質砂巖為主，地層走向北東——北東東，該地層含淺變質碎屑巖裂隙水，地下水徑流模數0.440L/s·km2，富水性弱[3]。

區內屬新華夏高級構造區，北東—北東東向斷層規模相當宏大。礦區南東側3km處發育有伍都沖斷層，盡管其構造面屬于壓扭性，但由于強大的地應力作用，斷層兩側巖層比較破碎，給地下水的儲存和運轉創造了條件，具有一定含水性。

2 礦井水文地質特征

2.1 礦井排水情況

渣滓溪銻礦自+370中段至-160中段共設有13個開采中斷，總礦坑排水量為75.3m3/h。

綜合分析得出，渣滓溪銻礦上、中部礦坑排水量一直很小，但深部-160中段，水文地質條件發生明顯改變，礦坑水急劇增加，現總礦坑排水量的86%均來自于深部-160、-250中段，且往深部涌水量有急劇增大的趨勢。各中段礦井排水情況如圖1：

圖1 礦坑總排水量與中段涌水量變化曲線圖

2.2 深部充水含水層特征分析

渣滓溪銻礦深部礦坑充水來源為構造裂隙水[3]。

（1）F3壓扭性斷層

F3在地表常顯示負地形，但未見地下水活動。斷層深部有鉆探以及多個中段有巷道揭露，帶內主要為碎裂化巖、構造角礫巖、斷層泥等，常呈干燥狀，無滴水現象，為區內控制隔水邊界。

（2）北西向含礦斷裂

-160中段以上的含礦斷裂破碎帶：坑道揭露，破碎帶一般厚0.1m～1.5m，斷裂面光滑平直，斷裂帶常被泥質或礦石、脈石充填，破碎帶干燥。

-160中段以下的含礦斷裂破碎帶：鉆探揭露，-160中段以下部分鉆孔中的少數斷裂破碎帶含裂隙承壓水[4]。

-160中段共施工鉆孔10個，共5個鉆孔涌水，涌水孔占總孔數比例50%。涌水段全部為含礦斷裂帶，流量0.5～2.751L/s。

通過統計分析，渣滓溪銻礦深部構造裂隙充水特征為：以F3為隔水邊界，上盤含礦斷裂富含構造裂隙水，巖性以砂巖為主的含礦斷裂帶涌水，為礦山深部充水來源。其中T-KZ0004、T-KZ0402均揭露43、40號含礦斷裂，其涌水量較大，為主要含水破碎帶。

3 深部礦坑涌水量預測

3.1 礦床充水因素分析

據調查分析，渣滓溪銻礦深部礦坑水來源主要為F3斷層上盤含礦斷裂破碎帶水。

3.2 涌水量預算

考慮已有資料資源估算-456m為未來最低開采中段，故涌水量預算至-456m中段。

（1）比擬法：渣滓溪銻礦礦床水文地質條件已得到充分開采驗證，未來礦山涌水量預算可利用該礦業公司礦井開采排水資料，采用經驗比擬法計算。

采用多元相關比擬法進行礦山開采末期涌水量預測，預測模型為：

Qn——開采未期-456m水平一般涌水量(m3/h)；

Q0——當前-250m水平礦坑一般涌水量(取1800m3/d)；

Fn——預測-456m水平期巷道控制面積(取0.148km2)；

F0——目前-250m水平巷道控制面積(取0.148km2)；

Sn——-456m水 平 的 水 位 降 深 ：S0+（250-456）=-416m；

S0——-250m水平的水位降深，(取-210m)；

“n”——為待定系數（取值2.5），本次根據-115、-160與-250涌水量變化進行確定（表1）。

表1 待定系數確定一覽表

通過計算得出，渣滓溪銻礦深部開采至-456中段時，其平水期涌水量預測為9938m3/d。

（2）大井法

①水文地質模型

深部礦坑充水由含銻礦斷裂帶承壓裂隙水引起，當礦井排水時，在礦井的周圍就會形成以巷道系統為中心的具有一定形狀的降落漏斗，這與含水構造破碎帶巖體作為相對隔水邊界抽水周圍形成降落漏斗的情況相類似。因而可以將巷道系統分布范圍假設為一個理想的大井--承壓水完整井（圖2）。

圖2 礦坑涌水量計算水文地質模型

②計算公式及計算參數的選取

渣滓溪銻礦目前開采至-250中段，全礦坑涌水量為Q1=1800m3/d，礦山開采至-456中段時將新增疏干-250中段至-456中段的含水層，新增流量Q2采用隔水邊界附近的大井法中承壓水完整井計算公式：

A、滲透系數（K）：根據抽水試驗孔（U-KZ0006）的計算得出，平均滲透系數K=0.70m/d。

B、靜止水位至排水巷底板高度ho：-250中段抽水試驗孔（U-KZ0006）水壓為40m，得出其水位為-210m，計算得出ho=-246m。

C、巷道內水柱高度（h）：考慮坑道進水壓力，取10m。

D、排水時的水位降低值(S):S=ho-h=236m。

E、假想大井的半徑（r）：參考-250中段巷道系統的面積為0.06km2，其輪廓為不規則的圓形，-456中段巷道系統布局基本與-250中段一致，故由公式r=計算得出r=217m。

F、礦井排水的影響半徑（R）：應為假想大井半徑（r）與含水層抽水時的影響半徑（r1）之和。，故R=r+r1=509.8m。

G、大井中心至F3的距離（a）:由-250坑道平面圖上量取為170m。

H、含水層厚度（M）：取涌水孔含水構造破碎帶的平均值，為9.59m。

涌水量預測結果：通過計算得出，渣滓溪銻礦深部開采至-456中段時，其平水期涌水量預測為9709m3/d。

（3）預算結果評述

①上述預算結果不包括遇導水斷裂帶突水時的初期涌水量。

②渣滓溪銻礦深部礦坑涌水量計算是在基本查清礦床水文地質條件，并經專門水文地質鉆探、抽水試驗揭露了一些水文地質問題的基礎上進行的。所采用的水文地質模型（計算方法和公式等）基本正確，本次采用了比擬法和大井法兩種方式對涌水量進行預測，其計算結果得到了相互驗證。

4 結論

本文通過對礦山現有充水情況、鉆孔資料以及以往水文地質資料進行分析，對渣滓溪銻礦深部水文地質條件的有了新的認識，得出結論如下：

（1）渣滓溪銻礦地處區域地表分水嶺地段，淺、中部礦坑充水主要來源為淺層風化裂隙水，水量小，但深部水文地質條件有所變化，以F3為隔水邊界，上盤含礦斷裂富含構造裂隙水，為礦山深部充水來源。

（2）深部構造裂隙含水帶分布十分復雜，受斷裂構造和地層巖性的雙重制約，石英砂巖、凝灰質砂巖等堅硬脆性巖體含水相對較好，其中43、40號含礦斷裂，其涌水量較大，為主要含水破碎帶。

（3）渣滓溪銻礦開采至-250中段礦坑涌水量為Q1=1800m3/d。通過計算得出，渣滓溪銻礦深部開采至-456中段時，預測其平水期礦坑涌水量將大于9700m3/d。