哈西亞圖多金屬礦區(qū)礦坑涌水量預(yù)測(cè)

孔 遜 龍 慶

(青海省核工業(yè)地質(zhì)局)

哈西亞圖多金屬礦區(qū)礦坑涌水量預(yù)測(cè)

孔 遜 龍 慶

(青海省核工業(yè)地質(zhì)局)

系統(tǒng)分析了哈西亞圖多金屬礦區(qū)地質(zhì)背景與水文地質(zhì)特征，認(rèn)為礦坑主要充水水源為含水帶裂隙承壓水，其補(bǔ)給來源為大氣降水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)抽水試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用大井法對(duì)礦坑涌水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并采用大氣降水滲入量的計(jì)算結(jié)果對(duì)預(yù)測(cè)的涌水量進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，涌水量預(yù)測(cè)值與驗(yàn)證值相近，可以作為礦床開采涌水量的依據(jù)。

水文地質(zhì)特征 大井法 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

哈西亞圖多金屬礦位于青海省柴達(dá)木盆地南緣的烏圖美仁鄉(xiāng)哈西亞圖地區(qū)，是一處以磁鐵礦為主，伴生閃鋅礦、金礦、銅礦的多金屬礦床，礦區(qū)面積3.61 km2。大地構(gòu)造位于東昆侖祁漫塔格山北坡—夏日哈新元古代—早古生代巖漿弧帶(19-2)西段。該區(qū)主構(gòu)造線方向?yàn)镹W向，地層、巖漿巖展布與主構(gòu)造線方向一致。地勢(shì)南西高北東低，最高海拔 3 620 m，平均海拔3 200 m，相對(duì)高差約400 m。氣候?qū)俑咴箨懶愿珊禋夂?，終年降雨較少，年平均氣溫4.77 ℃，多年平均降水量43.37 mm。河流自南向北東流入盆地，為內(nèi)陸季節(jié)性河流，夏季水流較大。通過對(duì)該礦區(qū)水文地質(zhì)特征進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)礦坑涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，為礦床開采提供參考。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

1.1 地表水

礦區(qū)水系不發(fā)育，距礦區(qū)18 km的灶火河自南向北東流入盆地，其補(bǔ)給主要為地下水、大氣降水及高山區(qū)冰雪融化水，河水流量受大氣降水和融雪影響變化較大，豐水期流量為8.513 m3/s，枯水期流量一般為0.5～3.7 m3/s。距詳查區(qū)3.5 km的哈西亞圖河屬季節(jié)性河流，受冰雪融化及基巖裂隙水補(bǔ)給，流量較小，總體由南向北流動(dòng)，匯入盆地后消失，平均流量0.3～1.2 m3/s，最大流量可達(dá) 4.684 m3/s。

1.2 地下水類型

礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，地形坡度較大，地下與地表分水嶺基本一致。區(qū)內(nèi)出露地層有古元古界金水口巖群、第四系上更新統(tǒng)，地層出露簡(jiǎn)單。根據(jù)地下水賦存條件、含水介質(zhì)、地下水動(dòng)力特征，可將礦區(qū)內(nèi)地下水分為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶隙水和斷裂脈狀水等4種類型。

(1)第四系松散巖類孔隙水。賦存于第四系松散巖層中，該層為沖積、洪積、砂礫層堆積物，厚度小于100 m，為透水不含水層，分布于礦區(qū)東側(cè)。單泉流量小于0.10 L/s，地下水水量隨季節(jié)變化較大，水化學(xué)類型為HCO3-Ca-Mg型。

(2)基巖裂隙水。分為碳酸鹽類層狀基巖裂隙水和塊狀巖類裂隙水。含水巖層巖性為矽卡巖，位于礦區(qū)中西部，厚度約大于100 m，無泉點(diǎn)出露，據(jù)ZK007#鉆孔抽水資料，單位涌水量為0.009 3 L/(s·m)，礦化度7.926 g/L，為Cl-Na型水，局部存在承壓水。層狀基巖和塊狀巖類巖石富水性弱，透水性較差，頂?shù)装逍遍L(zhǎng)片麻巖巖芯完整，可視為相對(duì)隔水層，對(duì)多金屬礦床的開采影響較小。

(3)碳酸鹽巖類溶隙水。含水層巖性為金水口巖群大理巖，在礦區(qū)北、西兩側(cè)分布，西側(cè)分布面積較小，大理巖富水性較弱，是該區(qū)礦床充水的主要含水類型，對(duì)礦床排水研究具有重要意義。

(4)斷裂脈狀水。分布于礦區(qū)破碎帶內(nèi)，地表出露長(zhǎng)大于200 m，寬50 m，走向85°，破碎帶原巖為矽卡巖、片麻巖，巖石較破碎，具高嶺土化、褐鐵礦化，破碎帶規(guī)模較大，為壓扭性構(gòu)造，單泉流量小于0.1 L/s，富水性弱，對(duì)礦床開采影響小。

1.3 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

礦區(qū)地下水主要靠大氣降水入滲補(bǔ)給。礦區(qū)補(bǔ)給區(qū)面積小，受地形及巖性影響，徑流條件較差，地下水流向的總趨勢(shì)是SW—NE。降水量較大時(shí)，第四系覆蓋區(qū)內(nèi)降水通過松散層孔隙滲入補(bǔ)給地下水；基巖裸露區(qū)內(nèi)，降水通過基巖風(fēng)化裂隙滲入補(bǔ)給地下水。區(qū)內(nèi)雨季集中在每年的6—9月，雨季時(shí)地下水位抬高，由于降水量較小，蒸發(fā)量大，地下水位埋藏較深，因此地下水位年變幅不大。區(qū)內(nèi)徑流較弱，地下水露頭很少，未見明顯的補(bǔ)給區(qū)及排泄區(qū)。

2 涌水量預(yù)測(cè)

2.1 礦體特征

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，區(qū)內(nèi)礦體呈似層狀產(chǎn)于古元古代金水口巖層(Pt1J)的矽卡巖中，首采地段礦體埋深為3 000～3 100 m，走向270°，長(zhǎng)約700 m，圍巖為矽卡巖、片麻巖。

2.2 充水水源

(1)大氣降水。據(jù)礦區(qū)以往氣象觀測(cè)資料及格爾木氣象站1994—2009年氣象資料，礦區(qū)年最大降雨量為234.8 mm，最大降雨量為17.5 mm/d。當(dāng)?shù)V坑露天開采時(shí)，大氣降水可直接落入礦坑，成為露天采坑的直接充水水源。

(2)地下水。礦區(qū)位于高山剝蝕區(qū)，地下水可通過大氣降水和冰雪融化水沿巖層層理、構(gòu)造裂隙滲入到基巖裂隙及巖溶裂隙含水層中，形成含水帶裂隙承壓水而成為礦坑充水的主要水源。

2.3 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

大井法是目前礦井涌水量預(yù)測(cè)應(yīng)用最廣泛的一種方法，通過將復(fù)雜的坑道系統(tǒng)設(shè)想成一個(gè)與坑道系統(tǒng)面積相等的大井的工作系統(tǒng)，大井的涌水量就相當(dāng)于復(fù)雜坑道系統(tǒng)的涌水量，對(duì)于水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單或中等的礦區(qū)，采用該方法預(yù)測(cè)礦坑涌水量是比較合適的。大井法作為地下水動(dòng)力學(xué)方法，為理想化的模型，計(jì)算公式適于均值、各向同性的含水層[1-3]。

礦區(qū)礦坑充水主要為含水帶裂隙承壓水，各含水帶含水層均質(zhì)，參數(shù)變化不大。北側(cè)F1逆斷裂可視為隔水邊界，南部、東部、西部分別為無限含水層，故采用大井法[4]預(yù)測(cè)涌水量模型，見圖1。

圖1 大井法預(yù)測(cè)涌水量模型

根據(jù)抽水試驗(yàn)資料，礦區(qū)內(nèi)含水層滲透系數(shù)變化較小，可以概化成1個(gè)大承壓含水層。當(dāng)?shù)V床開采后，改變地下水流場(chǎng)，開采標(biāo)高低于承壓水頭標(biāo)高，含水層則由承壓變?yōu)闊o壓含水層，根據(jù)水文地質(zhì)邊界條件，選擇承壓-無壓層流穩(wěn)定流完整井大井法公式[5-6]，即

(1)

式中，Q為首采區(qū)預(yù)測(cè)涌水量，m3/d；K為滲透系數(shù)，m/d；H為水位降深，m；M為含水層厚度，m；R0為引用影響半徑，m；r0為引用半徑，m。

首采區(qū)開采第一水平標(biāo)高為2 700 m，面積 0.45 km2。根據(jù)ZK007靜水位標(biāo)高3 268 m，得到水位降深為568 m，滲透系數(shù)為0.003 4 m/d，含水層厚度為210.67 m。將該類參數(shù)代入式(1)，計(jì)算得到的首采區(qū)預(yù)測(cè)涌水量為304 m3/d。

為了確定礦坑涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，有必要對(duì)所預(yù)測(cè)的涌水量進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)特征，通過計(jì)算大氣降水滲入量來進(jìn)行驗(yàn)證。大氣降水滲入量計(jì)算公式為

(2)

式中，QS為區(qū)內(nèi)大氣降水滲入量，m3/d；S為計(jì)算區(qū)面積，m2；W為降水量，mm；a為大氣降水滲入系數(shù)；t為365 d。

礦區(qū)西南及東部各有一分水嶺，面積約1.0×106m2。根據(jù)格爾木降水量平均資料，該區(qū)年平均降水量為37 mm。由于礦區(qū)降水面覆蓋率高、雨量不大，地形坡度較陡，若滲入系數(shù)按0.33計(jì)算并假定所形成的地下水都滲入到井拓系統(tǒng)，則根據(jù)式(2)計(jì)算得到的大氣降水平均滲入量為334 m3/d。該驗(yàn)證值與涌水量值的誤差約9.9%，這表明預(yù)測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，可作為哈西亞圖多金屬礦開采提供井下排水依據(jù)。

3 結(jié) 論

(1)礦區(qū)地下水以大氣降水補(bǔ)給為主，地形有利自然排水，礦床主要充水含水層富水性弱，屬水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的裂隙充水礦床類型。

(2)礦區(qū)局部地下水具有承壓性，在導(dǎo)水?dāng)嗔迅浇鼘?duì)未來礦山生產(chǎn)威脅很大，極易發(fā)生突水，應(yīng)引起高度重視。

(3)大井法預(yù)測(cè)結(jié)果與由大氣降水滲入量計(jì)算得到的驗(yàn)證涌水量值基本一致，預(yù)測(cè)結(jié)果較為可靠。

(4)礦區(qū)地下水補(bǔ)給條件差，不存在老窖水，地表水體不構(gòu)成礦床充水的主要因素，所以在今后礦山建設(shè)和采礦過程中不會(huì)出現(xiàn)較大的涌水現(xiàn)象。

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2014-08-11)

孔 遜(1985—)，女，工程師，碩士，810016 青海省西寧市城北區(qū)生物園區(qū)經(jīng)三路38號(hào)。