水文地質(zhì)調(diào)查在礦山采礦工程設(shè)計中的應(yīng)用

牟京東

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊，山東 威海 264209）

礦山采礦活動是資源開發(fā)利用的基礎(chǔ)，其采礦工程設(shè)計的可執(zhí)行性至關(guān)重要，不僅是減少資源浪費(fèi)的前提，而且是確保施工安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采礦工程設(shè)計中對水文地質(zhì)調(diào)查、工程地質(zhì)條件調(diào)查的要求較高，是一切采礦設(shè)計的基礎(chǔ)依據(jù)[1]。礦山工程地質(zhì)條件受水文地質(zhì)條件的變化而變化，如原來充水的巖石在補(bǔ)充水條件下起物理力學(xué)性能產(chǎn)生變化，進(jìn)而影響采礦工程的安全性。因此，在礦山采礦工程設(shè)計過程中加強(qiáng)水文地質(zhì)調(diào)查至關(guān)重要。鑒于此，本文結(jié)合某金屬礦山水文地質(zhì)調(diào)查，分析其在采礦工程設(shè)計中的應(yīng)用。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)

1.1 含水巖組及富水性

1.1.1 砂碎石富水性

礦區(qū)第四系較發(fā)育，以砂質(zhì)碎石為主，磨圓度和分選性較差，在礦區(qū)的分選性也極為不均勻，地下水主要賦存在低洼區(qū)域的第四系中，大多數(shù)第四系地層內(nèi)干燥無水。根據(jù)礦山抽水試驗可知，礦區(qū)內(nèi)低洼區(qū)域富含地下水區(qū)域的涌水量為7.67m3/d，其涌水量小于10m3/d，屬于弱富水性含水層。

1.1.2 花崗巖—閃長巖富水性

根據(jù)礦區(qū)已有的鉆孔資料等信息顯示：礦區(qū)閃長巖較發(fā)育，巖石較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，且與風(fēng)化程度、埋藏深度以及后期構(gòu)造活動等密切相關(guān)。根據(jù)礦區(qū)已有的簡易水文觀測資料可知，在鉆孔施工過程中沖洗液的消耗量正常，說明鉆施工探屬于正常鉆進(jìn)消耗，即鉆孔在鉆進(jìn)過程中未見大量漏漿地段，經(jīng)過計算，閃長巖裂隙中的最大涌水量小于10m3/d，為弱富水性的基巖裂隙含水層。

礦區(qū)花崗巖地表出露狀況良好，可見張性斷裂帶，并發(fā)育三組張節(jié)理，根據(jù)鉆孔簡易水文地質(zhì)觀測數(shù)據(jù)可知，在鉆進(jìn)過程中未出現(xiàn)大量漏漿地段，花崗巖裂隙中的最大涌水量小于10m3/d，為弱富水性的基巖裂隙含水層。

1.1.3 輝長巖富水性

礦區(qū)內(nèi)的輝長巖出露范圍較小，以小丘狀出露，且大部分區(qū)域被第四系松散沉積物覆蓋。同時，由于輝長巖規(guī)模小，且位于地淺表，風(fēng)化強(qiáng)烈，導(dǎo)致巖石破碎，裂隙發(fā)育。此外，輝長巖為礦區(qū)主要的含礦母巖，金屬礦物主要以星點(diǎn)狀產(chǎn)出，局部以稀疏浸染狀和集合體狀產(chǎn)出[2]。輝長巖中發(fā)育三組裂隙，裂隙間距一般小于10cm。根據(jù)對該層的提水試驗可知：輝長巖中的裂隙涌水量小于＜10m3/d，為弱富水性的基巖裂隙含水層。

1.1.4 構(gòu)造破碎巖組富水性

礦區(qū)構(gòu)造極為發(fā)育，為礦區(qū)主要的富水構(gòu)造。構(gòu)造破碎巖組的富水性與構(gòu)造應(yīng)力的強(qiáng)弱關(guān)系密切。根據(jù)探礦工程揭露，鉆孔中的巖芯極為破碎，可見較多的泥狀巖芯，說明深部構(gòu)造發(fā)育。同時，在礦區(qū)地表可見一條呈北西—南東向展布的斷裂破碎帶，長約0.5km。礦區(qū)發(fā)育的構(gòu)造裂隙，為深部潛水的賦存提供了空間，故該巖組的儲水能力極強(qiáng)，是礦區(qū)主要的含水構(gòu)造。但是，由于礦區(qū)上部以完整的花崗巖及輝長巖為主，該層的透水性較差，阻礙了地表水體的下滲，即使得構(gòu)造破碎巖組的補(bǔ)給條件降低，導(dǎo)致該組的含水性較差。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該含水層的涌水量小于＜10m3/d，屬于弱含水層。

1.1.5 碎屑巖類裂隙孔隙富水性

礦區(qū)碎屑巖類較為發(fā)育，以褐紅色砂礫巖和棕黃色砂礫巖為主，其中前者組成了礦體的底板巖層，其富水性的強(qiáng)弱對礦體的開采具有重要影響。由于砂礫巖一般具有較大的孔隙度，導(dǎo)致砂礫巖一般具有良好的儲水性能，且為地下水的流通提供了便利。礦區(qū)內(nèi)出露的碎屑巖主要分布在礦區(qū)南部，呈低矮丘陵狀，表層風(fēng)化嚴(yán)重。其所含地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水，主要排泄方式為蒸散發(fā)。礦區(qū)內(nèi)沒有鉆孔控制碎屑巖組。根據(jù)礦區(qū)以及鄰近礦區(qū)抽水試驗等，碎屑巖類含水層中的單井水量為26.18m3/d～58.75m3/d，屬于富水性較弱的含水層組。

1.2 礦區(qū)地下水補(bǔ)徑排條件

大氣降水是礦區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源，補(bǔ)給方式以徑流的形式為主。礦區(qū)地表徑流為自南西向北東，水力坡度約為0.5%。少量地表水通過第四系砂碎石巖組下滲補(bǔ)給深部水體。但是，該礦體的埋深較深，多位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，故礦區(qū)不利于地表水的排泄[3]。

2 礦坑涌水量預(yù)測

2.1 礦區(qū)水文地質(zhì)邊界

礦區(qū)北部為一地形陡峭的山峰，主要由花崗巖、片麻巖等組成，構(gòu)成了礦區(qū)北部的地表分水嶺，也是礦區(qū)北部區(qū)域的阻水邊界；礦區(qū)南側(cè)的巖石主要為砂礫巖，構(gòu)成了礦區(qū)南側(cè)的分水嶺，即為礦區(qū)南側(cè)的阻水邊界；礦區(qū)西側(cè)以丘陵地貌為主，局部區(qū)域存在分水嶺，使得礦區(qū)外部的小部分地表水從南側(cè)通過地表流入礦區(qū)。總體上，礦區(qū)地勢具有北東低，南西高的特征，礦區(qū)及周邊的地形坡度約為0.5%，地表地形特征有利于地表水的排泄。

此外，礦區(qū)內(nèi)的礦體總體上呈北東—南東向展布，與溝谷及地層走向基本一致，且礦區(qū)較平坦，以串珠狀低矮山丘為主。地表發(fā)育有網(wǎng)狀第四系沖溝，溝谷走向290°，在礦區(qū)內(nèi)延伸長度約4000m。

2.2 礦坑涌水量預(yù)測

礦井涌水量不僅是對礦區(qū)建設(shè)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價、合理開發(fā)利用的重要指標(biāo)，更是礦區(qū)生產(chǎn)設(shè)計部門制定采掘方案、確定礦井排水能力和制定疏干措施的主要依據(jù)。

礦區(qū)地表第四系發(fā)育，主要為砂土及碎石覆蓋區(qū)，地表的透水能力較強(qiáng)，但儲水能力較差，形成了透水不含水層。因此，大氣降水是補(bǔ)給基巖裂隙水及構(gòu)造破碎帶含水層的主要途徑，且礦體主要位于補(bǔ)給區(qū)下方，以垂直補(bǔ)給為主。又由于勘察鉆孔富水性弱，僅為滴水狀、滲水狀匯集，相應(yīng)地試驗效果也較差。

上述特征說明，該礦區(qū)難于使用解析法等預(yù)測礦坑涌水量，適用于非滲流模型水均衡方程進(jìn)行預(yù)測。

該礦區(qū)開采條件下的水均衡關(guān)系極為簡單，以礦體為中心，確定均衡區(qū)面積2570000m2；均衡期選取6～8月，這三個月降雨集中，大氣降雨可形成有效補(bǔ)給，其余月份降雨稀少，不能形成有效補(bǔ)給；6～8月降雨量占全年降雨量的80%為52.88mm（20%形成地表徑流），則雨季礦坑最大涌水量可用下式表示：

公式中：F-均衡區(qū)面積，2570000m2；X-峰期有效降雨量，0.05288m；f-降雨入滲系數(shù)；0.1，無量綱；T-與降雨入滲有關(guān)的時間，30d。

經(jīng)過計算獲得礦區(qū)最大涌水量（表1），與礦區(qū)周邊以往勘察資料及北山類似礦區(qū)比較，屬正常偏大基巖裂隙涌水量。

對于礦區(qū)可能出現(xiàn)的極端降水情況也必須予以考慮，此時將形成礦坑最大涌水量。經(jīng)查算140.1mm降水量出現(xiàn)的頻率為10%，其涌水量計算結(jié)果見表2。即礦坑最大涌水量為1200m3/d。

表2 礦坑最大涌水量計算表

綜上所述，該礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，礦區(qū)無常年性地表水體，礦床主要充水含水層為輝長巖和花崗巖，富水性弱，地下水補(bǔ)給條件差，大氣降雨與礦區(qū)地下水聯(lián)系較為密切，礦體頂板有厚度不等的第四系松散層覆蓋，水文地質(zhì)邊界清楚；礦區(qū)水文地質(zhì)類型為裂隙充水的水文地質(zhì)條件簡單礦床。

3 在采礦工程設(shè)計中的應(yīng)用

根據(jù)礦區(qū)采場圍巖地質(zhì)特征，對花崗巖、輝長巖、閃長巖等結(jié)合富水性特征進(jìn)行了穩(wěn)固性評價，同時指出不穩(wěn)定因素，可能產(chǎn)生的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)問題及其部位，提出規(guī)避措施建議。

采礦工程中井巷及采場的穩(wěn)定性問題，一直是生產(chǎn)部門關(guān)心的問題，由于采礦開挖不是一次完成的，而是多步驟多期次的，開挖行為本身會對地層產(chǎn)生破壞，造成地應(yīng)力集中，是一個動態(tài)的長期的過程，因此，井巷及采場穩(wěn)定性問題也是一個伴隨采礦長期存在的，它的發(fā)生、發(fā)展及變化趨勢研究也不是一次完成的。故在工程實(shí)施階段，應(yīng)采用TSP探測系統(tǒng)、超前水平鉆探、監(jiān)控測量等方法進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分類，對前階段圍巖級別進(jìn)行復(fù)核、調(diào)整，同時加強(qiáng)放礦管理[2-3]。同時，加強(qiáng)地下水水位變化的監(jiān)測，防止突水、涌水等事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

綜上所述，水文地質(zhì)調(diào)查在礦山采礦工程設(shè)計中的應(yīng)用至關(guān)重要，是預(yù)測礦坑用水量的基礎(chǔ)，也是分析工程地質(zhì)條件的前提。本文根據(jù)某礦山水文地質(zhì)特征，認(rèn)為礦山在極端降水條件下最大的礦坑涌水量是1200m3/d，屬于正常偏大的基巖裂隙涌水，故在礦坑采礦工程設(shè)計中應(yīng)采用排水措施將基巖裂隙水導(dǎo)出礦坑，才能夠確保采礦活動的順利進(jìn)行。