露天開采礦床礦坑涌水量預測—以弋陽劉家金礦為例

李身想，陳 菲

（江西有色地質(zhì)勘查一隊，江西 鷹潭 335003）

1 礦區(qū)概況

劉家金礦位于弋陽縣南巖鎮(zhèn)，是一個有著露采二十余年開采歷史的礦山，2015～2017江西有色地質(zhì)勘查一隊對礦區(qū)進行補充勘查工作，筆者于2015年起從事該礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)工作，通過收集以往地質(zhì)工作資料和水文地質(zhì)資料，對露采礦區(qū)有了新的認識，本文結合礦區(qū)水文地質(zhì)特征，預測礦坑涌水量，為后續(xù)的礦床開采提供必要的依據(jù)[1]。

2 礦區(qū)地質(zhì)

①地層。礦區(qū)出露地層主要是中元古代鐵沙街群淺變質(zhì)巖，其次是白堊系上統(tǒng)南雄組和第四系，按巖性組合沉積環(huán)境與變質(zhì)特點，劃為三個巖組，其中：中巖組（Pt32）變凝灰?guī)r為礦區(qū)金主要賦存層位。②構造。區(qū)內(nèi)構造發(fā)育，斷裂構造發(fā)育，主要近東西向、近南北向、北北東向、北西向三組，其中北北東方向為礦區(qū)主要控礦構造，劉家金礦床位于北東向F6斷裂上盤，受順層斷裂蝕變帶控制。③巖漿巖。礦區(qū)巖漿活動強烈，主要有燕山期侵入巖，包括閃長巖、花崗斑巖脈。其中，閃長巖的侵入為劉家金礦的形成提供了金源和熱源條件。

3 水文地質(zhì)特征

3.1 礦區(qū)自然地理

劉家金礦區(qū)位于贛東北信江斷陷盆地中的低山丘陵區(qū)，礦床處在山間盆地腹地相對高差百米孤立的窄長分水嶺上，礦區(qū)海拔標高最低56.5m，為最低侵蝕基準面，最高165.94m，相對高差109.44m，地形切割中等，大氣降水自然排泄良好[2]。年平均氣溫18.12℃，無霜期285天，年平均降水量1954.32mm，有1條鐵砂溪流從礦區(qū)南西部的鐵砂街銅礦區(qū)向北東經(jīng)劉家金礦北西約200m通過，年平均相對濕度78.2%。一般風向為東南風，平均風速2.3m/秒，最大風速32m/秒。

3.2 地層（巖組）的富水性、透水性

（1）第四系松散沉積物孔隙含水層。分布在礦床東西兩側(cè)及溝谷低洼處，坡、沖積亞粘土、砂、砂礫組成，厚0.5m～10m。地下水位埋深0m～1.5m，泉水流量0.221L/S～1.401L/S，富水性弱-中等，水質(zhì)為HCO3-Na型，礦化度0.06g/L～0.170g/L，水溫一般20℃左右，為地下水徑流和排泄區(qū)。

（2）白堊系砂巖、砂礫巖孔隙—裂隙含水層。分布于礦床北東邊部，F(xiàn)3斷裂破碎帶為其與礦床含礦地層界線，地層傾向北，傾角10°～16°，泉流量0.014L/S～0.22L/S，富水性弱，并具有隔水性能。

（3）上元古界鐵砂街群變質(zhì)巖系裂隙含水層。①變凝灰?guī)r裂隙含水層：為主礦層，南東傾，風化裂隙、構造裂隙較為發(fā)育，巖石破碎。鉆孔單位涌水量0.002L/S·m～0.006L/S·m，滲透系數(shù)0.2747m/d。控水裂隙產(chǎn)狀190°∠82°、91°∠78°、125°∠58°，呈股狀流出，泉流量0.014L/S～0.025L/S，該含水層富水性弱。②板巖弱含水（相對隔水）層：出露于豬母嶺北西坡至清水墩，傾伏于變質(zhì)凝灰?guī)r（主礦層）之下，傾角45°，厚度60m～106.80m。巖層尚為穩(wěn)定，板理清晰，局部受構造影響，裂隙發(fā)育，鉆孔單位涌水量0.021L/S·m，滲透系數(shù)0.0341m/d。順層與垂直層面透水性不一，總體富水性弱，在礦床內(nèi)視為相對隔水層。

（4）上元古界鐵砂街群灰?guī)r巖溶含水層。地表未出露，礦床內(nèi)隱伏于板巖下部，少數(shù)鉆孔在100m以下深度見到，鉆孔穿過板巖進入灰?guī)r后，多出現(xiàn)鉆具陷落及漏水現(xiàn)象，最大陷落距約0.5m巖心多見米粒狀孔洞，內(nèi)充填磚紅色泥砂物質(zhì)。灰?guī)r混合抽水結果單位涌水量0.0257L/S·m，鉆孔非穩(wěn)定狀態(tài)下混合簡易抽水單位涌水量0.209L/s·m～0.570L/s·m，其滲透系數(shù)約在0.074m/d～1.882m/d之間，說明灰?guī)r含水性甚不均勻，總體富水性中等。

（5）閃長巖風化裂隙含水層。巖株、巖脈、巖枝狀出露于礦床內(nèi)部及其周圍，在灰?guī)r、板巖、變質(zhì)凝灰?guī)r中均有侵入。板巖之下閃長巖體一般巖石新鮮、完整，富水性甚弱。坑道內(nèi)與圍巖接觸部位常見潮濕、滴水現(xiàn)象。富水性與風化程度有關，一般較弱，并具隔水性能。

（6）斷裂帶水文地質(zhì)特征。礦區(qū)斷裂構造尚未發(fā)育，其中有F6、F3、F8、F9、F14等。這些構造除F3、F9呈張性外，其余呈壓性或壓扭性，呈“井”字形將礦床圍在中央。從露采邊坡揭露情況以及鉆孔簡易水文觀測和含水跡象不明顯，斷裂帶富水性弱、導水性均弱。

4 礦坑涌水量預測

（1）充水因素及基礎數(shù)據(jù)選擇。礦床采用露天開采，當采空范圍形成，礦坑涌水量由降雨和周邊含水層對礦坑充水。以露天開采形成的采坑邊界為計算范圍，預測-70m采坑涌水量，滲透系數(shù)按照抽水試驗提供的參數(shù)0.2747m/d計算，含水層厚度96.57m。

（2）涌水量計算方法。根據(jù)露采采場的形狀，周長，運用大井原理及雨量均衡法計算礦坑涌水量，礦床開采范圍內(nèi)的總涌水量：Q=Q1+Q2

式中：Q—礦坑疏干時的總涌水量（m3/d）；Q1—設計開采地段基巖裂隙水涌水量（m3/d）；Q2—采坑范圍集水面積補給量（m3/d）；

式中：

Q1-預測標高基巖裂隙水補給涌水量（m3/d）；K-巖組平均滲透系數(shù)（m/d）；SW-預測開拓標高水位降深（m）；H-含水層厚度（m）；R-引用影響半徑（m）；rw-基坑半徑（m）；

引用影響半徑計算：R=R1+rw；

影響半徑（R1）：R1=2SW；

降雨補給量按近10年內(nèi)的日最大降雨量，計算日最大涌水量及日正常涌水量。礦坑涌水量計算如下：

公式：Q2=AS

Q2—礦坑涌水量（m3/d）；A—取最大日降雨量計算日最大涌水量；取多年日平均降雨量計算日正常涌水量；S—集水的面積（m2）（取240000m2）。

預測結果見下表。

表1 -70m中段涌水量預測結果表

計算結果為的露天采坑日最大涌水量為55602.80m3/d，礦坑日正常涌水量3762.80m3/d。

（3）預測結果評述。礦區(qū)露采處于侵蝕基準面以下，礦坑涌水量由地下水及降雨補給二部分組成，斷裂帶富水性、導水性弱，降雨及周邊含水層為礦床充水主要來源，因此本次涌水量預測結果基本可靠。

5 結論

礦床開采深度已處最低侵蝕基準面以下，礦床處于一獨立的水文地質(zhì)單元，區(qū)域水文地質(zhì)條件對本礦區(qū)影響極小，斷裂構造導水性、弱富水性弱，礦體圍巖富水性弱，地表水對礦坑充水影響極小，礦坑涌水量由周邊含水層及降雨補給二部分組成，礦坑最大涌水量為55602.80m3/d，日正常涌水量3762.80m3/d，可作為礦山開采設計依據(jù)。