狹長廊道法估算礦坑涌水量的應用
——以西藏軋軋龍鉛鋅礦為例

陳 圍，孫占營，許 濤

（四川省地質礦產勘查開發局川西北地質隊，四川 綿陽 621000）

1 礦區概況

軋軋龍礦區位于西藏自治區謝通門縣，自取得探礦權后歷經普查、詳查近15年，先后開展過礦區水文地質、工程地質、環境地質調查、坑道及鉆孔水文工程地質編錄等工作，結合收集到的當地氣象、水文地質資料，為準確進行礦坑涌水量估算奠定了堅實基礎，為礦山后續探采活動提供了依據[1]。

2 礦區地質

礦區大地構造位置位于岡底斯—念青唐古拉板塊，岡底斯陸緣火山—巖漿弧（Ⅱ），念青唐古拉弧背斷隆南緣（Ⅱ2），地層區劃屬岡底斯—念青唐古拉地層區，措勤—申扎地層分區與隆格爾—南木林地層分區。礦區出露地層主要為上石炭統-下二疊統拉嘎組（C2-P1l）和古近系始新統年波組（E2n），拉嘎組（C2-P1l）與上覆地層年波組（E2n）為不整合接觸，部分地段被第四系覆蓋。整體構造主要受區域性的深大斷裂娘熱—仁堆斷裂影響，該斷裂呈東西向從礦區中部穿過，大部被第四系掩蓋。該斷裂產生的主應力為南北向擠壓，疊加后期右行剪切。在礦區出露的深成侵入巖主要為：似斑狀二長花崗巖、中細粒（黑云母）二長花崗巖、石英二長閃長巖，巖脈主要有石英斑巖、閃長玢巖、閃長細晶巖、花崗細晶巖脈、石英脈巖等。

3 礦區水文地質特征

（1）自然地理及氣象水文。軋軋龍礦區位于岡底斯山脈南麓，地勢西高東低。最高海拔5694m，最低海拔4400m，相對高差約1300m。屬深切割高山-極高山地貌。詳查區西面的娘熱藏布屬雅魯藏布江次級支流，橫貫詳查區中部，匯水面積內次級水系多為季節性溪流。10月至次年2月，多霜雪，月平均氣溫約-2°；3～4月為風季，多風沙，月平均氣溫7～8°；5～9月為雨季，多雨，降水量約占全年的80%以上（年降水量約220mm），月平均氣溫約12°。

（2）主要含水層水文地質特征。①第四系松散巖類孔隙水含水層。該層為地下水徑流及排泄區，主要分布在山谷沖溝和軋軋龍溝溝谷內，物質組成為泥質、碎石、卵石等，厚度一般8.00m～20.00m。該地層厚度薄，分布范圍小，容水孔隙有限，且部分被泥質充填，地形上利于排水，蓄水條件差，透水性強，據試坑滲水試驗，滲透系數為12.90～17.84m/d，平均14.25m/d。屬富水性為中等或中等以下的含水層。②基巖裂隙水含水層。區內地下水主要賦存于裂隙帶內，其補給源主要為大氣降水和季節性凍土融水補給。屬淺層潛水，地下水位埋深一般較淺，根據鉆孔地下靜止水位觀測，K4-1號礦體基巖裂隙水含水層地下水位10.80m～24.45m，平均深度為14.74m；K3-2、K3-3號礦體基巖裂隙含水層地下水位24.75～55.45m，平均深度為39.45m。據抽水試驗結果，K3-2、K3-3礦體基巖裂隙水含水層單位涌水量為0.039L/s·m；K4-1礦體基巖裂隙水含水層單位涌水量為0.026L/s·m，均小于0.1L/s·m，屬富水性弱的裂隙含水層。對礦坑充水影響相對較小。

（3）主要隔水層水文地質特征。根據鉆孔及坑道水文地質編錄情況，礦區深部微風化基巖孔完整基巖裂隙大多呈閉合狀，基本上不含地下水，將其劃分為隔水層。其頂界標高與弱風化帶底界標高一致。

（4）構造破碎帶水文地質特征。勘查區內次一級構造較為發育，構造破碎帶大都與地表風化帶相通，因此構造破碎帶及構造裂隙也成為地下水的又一容水空間。地表調查中發現斷層附近均無泉點出露，平硐內觀測發現斷層面多為泥質充填形成二次膠結，因此區內斷層導水性及富水性相對較弱。對礦坑充水影響相對較小。

4 礦坑涌水量估算

（1）礦坑充水因素。①地下水。K3-2、K3-3礦體目前探明的控制標高自地表至4900m，圍巖主要為花崗巖；K4-1號礦體標高自地表至5300m，上部圍巖為砂巖，底部為花崗巖。礦體距離地表較近，部分位于基巖風化帶內，因此基巖風化帶裂隙水及構造裂隙水是礦坑充水水源之一，其充水通道主要為基巖風化裂隙及構造裂隙。②地表水。礦體多于水文地質單元分水嶺附近，周圍無常年性地表水體，僅有源頭性的季節沖溝，溝水流量受季節性降雨影響較大，每年的6～10月可形成地表徑流，流量一般小于0.10m3/s，11月至次年的5月為干溝。溝谷距離礦床較遠，之間水力聯系極弱，且沖溝水力坡度大，徑流排泄暢通，補給地下水的水量極小，因此地表水對礦坑充水的影響小。③老窿。勘查區內礦體還未進行開采，無老窯或采空區，勘查期間施工有平硐，這些平硐均為自然排水，其中4號礦體的平硐未發現有水流出，3號礦體平硐涌水量一般小于10m3/d，其水量較小的原因為平硐位于標高5090m以上，目前平硐深度不大，平硐延伸長度不超過300m，且未進行開采。

綜上所述，未來礦井在采礦過程中，礦坑中的充水水源以基巖裂隙水為主，地表水對礦坑的影響較小。

（2）礦坑涌水量估算。本次僅對已控制的+4900標高以上的K3-2、K3-3號礦體的礦坑涌水量及+5200標高以上的K4-1號礦體的礦坑涌水量。①估算邊界。K3-2、K3-3號礦體礦坑涌水量計算邊界上至地下水位面，而基巖裂隙含水層地下水位受地形影響，水位面為一穹頂形凸面；下至完整基巖頂界面，而完整基巖頂界面受風化深度控制為一不規則面。因此礦井涌水含水層以統計的鉆孔地下水位面至基巖風化裂隙層底界的平均厚度作為含水層的厚度，按無限補給邊界考慮。K4-1號礦體所在位置在地貌上位于山體北側半山腰以上，地表自然排水條件良好，控制礦體位于5300m以上，遠高于當地最低侵蝕基準面，礦坑充水水源同樣為基巖風化裂隙水及構造裂隙水，礦坑涌水量主要考慮基巖風化層。礦井涌水計算邊界條件與K3-2、K3-3號礦體的礦坑條件基本相似。②采用狹長廊道法估算礦坑涌水量。礦體空間形態為脈狀，其開采系統將形成狹長的井巷系統，井巷長為控制的礦體長度，采用狹長廊道法預測礦坑涌水量。

表1 含水層厚度統計表

式中：Q—礦井涌水量（m3/d）；K—滲透系數，取本次抽水試驗所獲得的參數（m/d），K3-2、K3-3礦體為0.162m/d，K4-1礦體為0.031m/d；H—水柱高度（m），此處為含水層平均厚度；S—水位降低值（m），因最終水位將降低至裂隙潛水含水層以下，因此其值也為含水層平均厚度；r0—大井半徑（m），井巷系統為長條形，r0取0.25倍井巷長度；

其中K3-2、K3-3礦體井巷系統長度取控制的礦體長度560m，K4-1礦體井巷系統長度取控制的礦體長度360m；R0—引用影響半徑（m）；R—影響半徑（m），據抽水所得參數計算得K3-2、K3-3礦體為322.6m，K4-1礦體為513.00m；L—巷道水平長度（m）；取控制的礦體長度，K3-2、K3-3取560m，K4-1取360m；H1—排泄方向上靜止水位（m），取平均含水層厚度；H2—補給方向上靜止水位（m），取平均含水層厚度；R1—排泄方向上水位降低影響寬度（m）；R2—補給方向上水位降低影響寬度（m）；

其中K3-2、K3-3礦體向兩翼地下水位均為降低趨勢，水力坡度為37%，因此R1與R2相等，在剖面圖上量得影響寬度為240m；K4-1礦體總體地下水位由南向北降低，水力坡度為28%，因此在剖面圖上量得影響寬度：R1為160m、R2為600m。

此外沿脈狀礦體破碎帶裂隙水各方向裂隙含水性不均，降落漏斗呈狹長的帶狀，涌水量采用以下公式計算：

式中：m—含水層厚度（m），此處取脈狀破碎帶厚度平均值，K3-2、K3-3礦體為13.31m、K4-1礦體為34.71m；d—破碎帶寬度的一半，K3-2、K3-3礦體取4.30m，K4-1礦體取2.95m；其余符號意義與前述表示一致。

（3）估算結果及評價。采用狹長廊道法預測的礦坑涌水 量K3-2、K3-3為1259.77m3/d、K4-1為846.58m3/d。大井法估算的礦井涌水量K3-2、K3-3為1116.99m3/d、K4-1為810.60m3/d二者基本吻合，說明計算結果具有較高的代表性和可靠性。考慮到斷層破碎帶的少量充水影響，狹長廊道法估算的涌水量更為接近實際。

5 結論

礦區主要礦體位于當地侵蝕基準面以上，地形有利于自然排水；主要充水含水層富水性較差，水文地質邊界較簡單，補給條件較差；構造破碎帶較發育，但被后期充填，富水性弱；勘查區溝谷與礦坑之間無斷層溝通，地表水對礦坑充水影響小。礦坑涌水量分別為1259.77m3/d、846.58m3/d，基本滿足后期探礦、采礦活動生產用水。