新華山銅礦礦坑涌水量預測及防治水探討

劉志虹

摘要：新華山銅礦位于安徽銅陵雞冠山礦區內，為巖溶裂隙充水的小型銅礦床，水文地質條件較為復雜。本文在分析了其礦坑充水因素及邊界條件后，對其涌水量進行預測并提出了防治水的幾點認識，希望對類似礦山礦坑涌水量預測及防治水工作起到借鑒作用。

關鍵詞：含水層;充水因素;涌水量;截水帷幕

1.自然地理特征

新華山銅礦位于安徽銅陵雞冠山礦區內，屬長江中下游南岸沿江丘陵區，礦床地形以羊河為界，羊河以西為丘陵～殘丘，標高30m～60m;羊河以東為沖積平原，標高13m～15m。區內水系主要為羊河，自南向北流經礦床上方，流量99.56m3/s。本區屬亞熱帶季風氣候區，年平均降雨量1521.5mm，年最大降雨量2013.5mm。

2.礦床水文地質特征

2.1主要含水層

（1）第四系沖積含水層：渾圓狀～次棱角狀，泥質含量20%左右，結構緊密，含水微弱。淺井抽水試驗結果單位涌水量0.019L/s·m，滲透系數0.340m/d，水化學類型屬HCO3-Ca型，礦化度0.142g/L～0.225g/L。（2）龍頭山組巖溶裂隙含水層：分布于礦床東側及深部。該層巖溶發育，鉆孔溶洞能見率60%，單孔巖溶率1.04%～10.24%，溶洞少有充填物。在該層鉆進中動水位淺而穩定，沖洗液嚴重漏失。SHK12抽水試驗結果，水位降深2.58m，單位涌水量3.58L/s·m，滲透系數4.60m/d;ZK2710、G1孔抽水，結果相近，表明該層富水程度強，是未來礦床開采的充水來源。地下水化學類型為HCO3-Ca型，礦化度0.453g/L。（3）巖漿巖類裂隙含水體分布于礦床東側淺部，覆蓋于龍頭山組含水層之上。經抽水試驗：降深25.77m時單位涌水量0.110L/s·m，滲透系數0.210m/d。礦床西側及深部巖體富水程度弱，可視為隔水層。（4）構造裂隙含水帶：東西向構造裂隙帶：帶內巖石破碎，呈角礫～碎裂狀，含水性好，ZK256試驗結果：降深3.12m，單位涌水量2.238L/s·m，滲透系數2.645m/d，富水程度強。

2.2主要隔水層

（1）第四系坡洪積隔水層（Q4dl-p）l：分布于洋河，西側團山村～雞冠山電影院一帶，厚4m～15m，巖性為褐色亞粘土夾碎石，含水性差，蘭花沖SHK4簡易抽水，涌水量為0。（2）三疊系黃馬青組及第三系砂巖隔水層（T3h、Rh）零星出露于地表，見于木魚山等地，鉆孔在石英閃長巖內見該巖組的俘虜體，巖性為紫紅色粉砂巖、泥質粉砂巖角巖等，富水程度極弱。

2.3地下水動態、含水層及其與地表水之間的水力聯系

（1）地下水動態：礦區內地下水由于受采礦排水影響，天然動態遭破壞。據長期觀測資料地下水位呈逐年下降趨勢，年下降速率在2m/y～3m/y，但仍隨季節變化，受大氣降水影響，地下水位變化曲線與羊河流量變化曲線形態基本一致。（2）含水層之間的水力聯系從ZK256、ZK270、ZK563等三孔長觀曲線可以看出：地下水位峰值出現時間基本相同，曲線形態基本一致，動態變化相似。區內兩條構造裂隙帶切割巖體，并延伸至大理巖，各層間無隔水層存在，存在密切水力聯系。ZK2710（M）和新民礦豎井（δ0）抽水試驗表明，巖體與大理巖（T2l）之間存在密切的水力聯系。（3）地表水與地下水的水力聯系上部巖性為褐黃色粘土、亞粘土，厚4.5m～7.5m，隔水性好，下部為含泥礫石層，厚度1m～1.25m，泥質含量在30%～40%，結構緊密，透水性差。河床為切穿上部粘土層，據ZK2710（δ）抽水試驗結果，同期地表水高出地下水8m～10m，降落漏斗直接過河。

3.礦坑涌水量預測

3.1充水因素及邊界條件

（1）充水因素：主礦體分布在56～68線，主礦體主要賦存標高-100m～-200m，走向為北東向，賦存于巖體東接觸帶，與龍頭山組大理巖直接接觸。大理巖巖溶發育，沿接觸帶發育尤甚，富水性強，是主要充水含水層。北東向構造裂隙帶位于礦體頂部，巖體中與其下部接觸帶水力聯系密切，北東端切入龍頭山組大理巖頂部，溝通了與區域地下水的聯系，為導水和富水構造，既是通道又是充水水源。“蘑菇狀”巖體超覆于大理巖之上，受構造和風化作用影響，淺部含水，深部逐漸減弱，為間接充水，沿構造裂隙帶進入礦坑。（2）邊界條件：朱村橋～向陽村巖墻構成西部隔水邊界、朱村橋～團山巖體構成其南部隔水邊界，礦床內地下水主要接受北部及東部地下水補給。據鉆孔編錄和測井成果，巖體賦水底板平均標高為-116.42m。

3.2涌水量預測

計算方法及參數確定

礦體呈長條狀分布，長寬比達40倍，故按給水廊道考慮。

1石英閃長巖涌水量QI按東側進水，潛水完整式水平坑道計算。QI=BKcpH2/2R..............1

式中：Kcp，石英閃長巖含水體平均滲透系數，采用ZK270、ZK333、G2、G4加權平均值，Kcp=0.199m/d;

H：礦床平均穩定水位到含水體底板距離，含水體底板平均標高-116.42m，平均穩定水位標高為-1.86m，則H=114.56m;

B：坑道長度，取-140m標高礦體長度，B=370m;

R：影響半徑，按公式R=2S√KcpH計算。計算得QI為441.66m3/d。

2構造裂隙帶涌水量QII

裂隙帶兩側與巖體接觸，其北東端與龍頭山組大理巖接觸，視兩側為隔水邊界，主要考慮北端進水，按半個潛水完整井公式計算。

QII=1.366KcpH2/2（lg2R0-lgr）..............2

式中：Kcp，裂隙帶滲透系數，采用ZK256、ZK2701、D1、G1新民豎井加權平均值，Kcp=5.51m/d;H：裂隙帶含水體厚度，潛水面標高-1.86m，含水體底板標高-116.42m，則H=114.56m;

r0：井半徑，取裂隙帶平均寬度之半;

r0=40.35m;

R：影響半徑，按公式R0=r0+2S√KcpH計算。經計算的QII為

20090.47m3/d。

3大理巖涌水量QIII按單側進水，承壓轉無壓不完整排水工程計算。QIII=BKcp（2h-M）M/2R+sqr..............3

式中：

h：靜水位至坑道底板距離，靜水位標高-1.86m;M：坑道底板以上含水層厚度，含水層頂板標高-116.42m;Kcp：大理巖滲透系數，采用G1、ZK2710、ZK371、SHK12加權平均值，Kcp=6.40m/d;qr：引用流量，按丘加也夫圖解求得。其中：T：坑底至有效帶下限距離，有效帶厚度為1.3h;C：坑道寬度之半，C=2m。R：影響半徑，按公式R=10S√Kcp計算;B：坑道長度，B=370m。

經計算得-140m標高QIII為2020.17m3/d、-180m標高QIII為4891.07m3/d。

因而礦坑總涌水量-140m標高為22552.3m3/d、-180m標高為25423.2m3/d。經礦山基建時-180m排水量驗證，所預測的涌水量基本正確。

4.防治水的探討

為了減小水資源浪費及巖溶塌陷地質災害，2007年礦山在北東側68線、69線之間施工完成290m的改性泥漿截水帷幕，孔距6m～26m、孔深約190m，施工注漿孔7781.69m/26孔，注漿量31506.15m3。在礦坑試排水中發現截水帷幕對地下水有一定攔截作用，但試排水發現帷幕內外觀測孔水位差幅不大、且同步升降以及帷幕外巖溶塌陷仍時有發生。由此可見帷幕中可能存在未完全封堵的巖溶過水通道或者帷幕東部存在繞流。因此筆者認為要想減小礦坑排水量及巖溶塌陷發生率，其防治水工作需做好以下幾點：

（1）對已有的截水帷幕進行物探、鉆探檢查，看其是否仍有未被封堵的巖溶水通道以及薄弱地段、并優化注漿工藝及注漿材料性能，提高帷幕的截水效果，經注漿補強后使北東側截水帷幕能基本切斷帷幕內外的地下水水力聯系，達到攔截北東向破碎帶地下水進入礦坑。

（2）從帷幕施工的鉆孔看，接觸帶附近巖溶較為發育，因而需查證東側接觸帶進水的可能，如有進水在礦床東側需施工截水帷幕，封堵礦床東部大理巖與巖體接觸帶及大理巖巖溶帶，截斷深部巖溶裂隙水與區域淺部巖溶水的水力聯系。

（3）從礦床所在地形及巖溶塌陷的發生條件看，其上覆第四系地層局部可能入滲條件較好，因此在截水帷幕內對地表水進行治理，盡量減少大氣降水及地表水滲入補給地下水。

5.結語

新華山銅礦為巖溶裂隙充水的小型礦床，水文地質條件較為復雜，本人在研究其勘察資料及帷幕注漿資料后，采用水動力法對其礦坑涌水量進行了預測并對防治水工作提出幾點認識，以供大家探討。

參考文獻：

[1]安徽銅陵新華山銅硫礦床詳查地質報告[R].安徽省地礦局321地質隊，1994.10.

[2]銅陵市新華山銅礦地下水截水帷幕工程初步評價報告[R].安徽省地礦局321地質隊，2007.4.

[3]吳大敏.新橋礦東翼開采帷幕注漿工程實踐[J].現代礦業，2006，25（9）：35-37.