新疆和靜縣察漢烏蘇鐵礦水文地質特征及礦坑涌水量預測

張宗欣

（新疆地礦局第十一地質大隊，新疆昌吉 831100）

1 自然地理概況

礦區位于西天山伊連哈比爾尕山東段天山主峰—博羅霍洛山北坡天山主脊附近，總體地勢為南高北低，海拔3152～4045 米，高700～1000 米，一般地形坡度25～35°，溝深坡陡，屬高山深切地貌。工區南部即為天山山脊。山脊線多為尖棱狀，常年冰川覆蓋，具典型冰川地貌特征，現代冰川、冰蝕洼地、冰川U 型谷、冰蝕崖等較發育區內水系較發育，均屬高山區幼年河，是瑪納斯河的上源支流，流向自南向北；多為常年性流水，主要靠大氣降水及冰雪融化補給。

2 礦區水文地質特征

2.1 含(隔)水層的劃分

地層劃分為四個含水層(段)：塊狀巖類裂隙潛水含水層、層狀巖類裂隙潛水含水層、侏羅系相對隔水層、第四系松散巖類孔隙潛水含水層。

2.2 地下水與地表水間的水力聯系

礦區內僅伊開哈仁郭薩拉河為常年性地表水流，冬季封凍時幾乎斷流，該河流量較小，動態顯著，其補給來源主要為大氣降水，冰川、冰雪消融水的補給。這些常年性地表水流可通過基巖風化裂隙下滲補給基巖裂隙潛水含水層。在河流上游較高部位，通過斷裂破碎帶及基巖裂隙下滲補給基巖裂隙承壓自流含水層。河水可通過下伏第四系全新統砂礫石層補給基巖含水層。致使基巖含水層與地表水發生水力聯系。因此，區內地下水與地表水間存在密切的水力聯系，且補給源水量較充沛，兩者之間水力聯系密切。

2.3 區域地下水補、徑、排條件

區域內各含水層主要接受大氣降水、冰川及冰雪消融水的補給，其次為地下水的側向徑流補給、地表水和第四系砂礫石潛水的補給。地下水運動的總體流向由敦德郭勒達坂東西向的高山山脊為地表水、地下水的分水嶺，分水嶺以北地下水流向北偏東，以南地下水流向南偏西方向徑流。區域地形、地貌屬中高山區，區域上屬補給徑流區。在區域地表匯水范圍內，受地形、地貌的控制，區域內各含水層接受南部大氣降水、冰雪消融水的補給、地下水的側向徑流補給，入滲補給基巖裂隙水。但受地形切割影響或不同透水性巖層(隔水層)的阻隔作用，受區域阻水斷層及高寒氣候的影響，多以地下潛流的形式向低洼溝谷排泄。

2.4 礦床充水因素分析

影響礦床充水的因素主要為大氣降水、構造、地層含水性。

2.4.1 大氣降水

本區年均降水量400-500mm，蒸發量1000mm左右，對于井下開采，大氣降水屬于間接補給，需通過巖層滲透途徑方可抵達井巷，并且水量的大小與巖層的裂隙發育程度有直接的關系。礦區內地形高差大，山勢陡峻，短暫的大氣降水多以地表洪流的形式流走，因此對地下水的補給甚微。

2.4.2 構造對礦床充水的影響

區內褶皺構造較發育，斷裂構造復雜。由于多次構造運動形成擠壓、拉伸造成區內巖體破碎較為嚴重，整體RQD值不高。構造形成的裂隙、破碎帶形成較好的導水通道，故而形成區內廣泛分布的裂隙潛水。斷裂構造F5、F6 附近形成較穩定的承壓水含水層。區內構造破碎帶發育不均勻，局部導水性較好，根據備戰礦區硐探情況，硐探排水量受上部融水情況影響，夏季、雨季排水量變大，冬季、旱季排水量明顯變小，早晚稍有差異，雨后排水量變大有明顯滯后性。所以，構造對區內礦床充水有很大影響。

2.4.3 地層含水性

礦體主要位于下石炭統大哈拉軍山組中，以層狀巖類為主，地層巖性由凝灰巖、玄武巖、磁鐵礦體、安山巖、英安巖、大理巖、火山角礫巖組成，巖石裂隙發育不均勻，根據抽水試驗資料，屬弱-中等富水含水層，尤其是磁鐵礦體富水性極弱，可視為相對隔水層。該層為礦床的直接充水含水層，對礦坑充水的影響取決于近礦圍巖裂隙的發育程度，一般來說，處于裂隙的縱橫貫通交錯部位，充水量則大，反之亦小。

3 礦坑涌水量預測

3.1 預算原則

根據規范要求礦坑涌水量預算范圍為首采區地段第一開拓水平的正常和最大涌水量。根據首采區范圍劃定礦坑涌水量的預測區域：底界標高為+3000米，上界標高+3600米，東西長880米，南北寬170米。擬定的礦床開采方式為地下開采，開采范圍主要位于礦體底板以上，即承壓含水層以上的區域，礦坑涌水的來源主要為上部的基巖裂隙潛水含水層，所以本次只對該潛水含水層進行涌水量預測，計算時采用潛水計算公式。預算時，按照+3000米水平標高向上，結合開采中段每50米進行計算。

3.2 預算方法

利用坑道系統的長度(a)與寬度(b)的比值確定引用半徑r0之后，再利用大井法預算礦井涌水量。礦床的開采方式為井下開采，依據水文地質特征，按裘布依公式進行計算：

式中：Q—擬建新井潛水的涌水量(m3/d)

K—滲透系數(m/d)

M—潛水含水層厚度(m)

S—潛水從井底算起的水位降低(m)

r0—引用半徑(m)

R0—引用影響半徑(m)

3.3 礦坑涌水量預測結果的評價

大井法采用的滲透系數是以潛水含水層抽水試驗計算的結果，其影響半徑也是經驗公式計算的結果，具有較大的誤差；另大井法計算的應用條件須具備地下水充分的補給條件，影響半徑邊界上的水頭高度也要始終不變。

根據GB8170—87《數值修約規定》，將3000m 開采標高（首采區）大井法計算的正常涌水量修約為0.45×104立方米/日，最大涌水量修約為0.48×104立方米/日。

由于最終開采標高到達2700m 礦層底板時，將直接揭露到礦層底板承壓水（Ⅵ），承壓水涌水量達2.08×104立方米/日，最終礦坑涌水量達2.54×104立方米/日。因此在開采到鄰近礦層底板承壓水含水層（Ⅵ）時，礦坑涌水量將急劇增大，要提前做好探水及礦坑排水工作。

4 水文地質勘探類型劃分

礦區構造較發育，礦區位于天山北麓中高山區，地表沖溝較多，多呈“V”字型，地形有自然排水條件；磁鐵礦體頂底板巖性較為復雜，多為較軟巖，個別為較硬巖，巖石易軟化；巖體質量中等-差，井巷圍巖總體穩固性較差，巖體完整性較差。目前已掘進的備戰硐探出現的主要問題為構造斷裂處局部冒頂、偏幫。預測未來硐采主要工程地質問題是易產生冒頂、偏幫，在井工開采時要加強頂底板的管理，采取相應的支護措施。根據上述條件綜合確定礦區工程地質勘探類型為三類二型，即以層狀巖類為主、工程地質條件中等的礦床。

5 結語

通過對水文地質特征及礦坑涌水量的分析，察漢烏蘇鐵礦主礦體底板存在承壓含水層和斷層含水層，對礦床充水具有重大影響。建議礦山在今后開采過程中，對南部承壓水補給區河流進行防滲處理后排水，減少補給途徑。在礦體底部承壓自流含水層在掘進過程中提前做好探放水工作，以保證礦山的安全生產。