新疆阜康大黃山油頁巖礦礦區(qū)水文地質(zhì)特征及礦坑涌水量預(yù)測

朱慧秦，陸志明

（新疆地礦局第十一地質(zhì)大隊，新疆昌吉831100）

1 自然地理概況

礦區(qū)位于博格達山北坡前山地帶，屬淺切割的緩頂?shù)蜕?丘陵地貌區(qū)，海拔1110～1466m，相對高差50～350m，總體地勢南高北低。冬季干燥寒冷，夏季炎熱少雨，年降水量251.59mm，蒸發(fā)量1543.84mm，年均氣溫5.87℃。為典型的大陸型半干旱氣候。礦區(qū)內(nèi)水系較發(fā)育，西部西溝河、東部二工河為常年性河流。每年6～8月為豐水期，4、5、9、10月為平水期?？辈閰^(qū)南側(cè)有數(shù)條季節(jié)性水流。區(qū)內(nèi)植被稀疏，溝谷中見少量多年生灌木。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1 含（隔）水層的劃分

礦區(qū)地層劃分為2個含(隔)水層，包括上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)洪積層和全新統(tǒng)沖積

層松散巖類孔隙潛水含水層以及上二疊統(tǒng)井子溝組碎屑巖、泥質(zhì)細碎屑巖的層狀碎屑巖類裂隙孔隙含水層。

礦區(qū)范圍內(nèi)主要出露上二疊統(tǒng)井子溝組層狀碎屑巖類裂隙孔隙含水層，地層巖性巖石組合下部以灰色巖屑長石石英細砂巖、粉砂巖為主，巖石含少量瀝青質(zhì)；上部以鈣質(zhì)巖屑細砂巖、鈣泥質(zhì)粉砂巖、頁巖，夾含粉砂泥晶白云巖、油頁巖，反映為湖水變深的沉積過程，砂巖中平行層理較發(fā)育。巖石受區(qū)域動力變質(zhì)作用的影響，地表巖石風(fēng)化作用強烈，片理發(fā)育、蝕變較強。地下水位埋深9.45～122.5m。據(jù)抽水試驗成果，單孔涌水量1.02～6.47m3/d，滲透系數(shù)K=0.00012～0.00048m/d，影響半徑(R)1.11～23.61m，單位涌水量(q)0.00123～0.00157L/(s·m)。

巖層中裂隙不發(fā)育，裂隙面均閉合—微張開，單泉流量0.2L/s，屬弱富水含水層。

2.2 地下水與地表水間的水力聯(lián)系

礦區(qū)內(nèi)有黃山河、西溝河等河流，河流的最低侵蝕基準面為1030、1120m，均低于礦區(qū)的平均地下水位標高1154.18m，同時在礦區(qū)內(nèi)沖溝切割較深的部位有泉水出露，部分泉水最終匯入上述河流中，泉水礦化度多在4.751～6.011g/L；根據(jù)抽水試驗資料，巖層滲透系數(shù)平均為0.0015m/d；地下水水化學(xué)類型為HCO3·Cl-Na和SO4·HCO3-Na·Mg型水，礦化度為3.3～6.1g/L；河水水化學(xué)類型 HCO3·SO4-Ca·Na型，礦化度 0.26～0.35g/L，水位標高1030m。上述資料說明地下水運移條件差，巖層透水性差，礦區(qū)地下水與地表河水之間聯(lián)系不密切；大氣降水多表現(xiàn)為在豐水季節(jié)暴雨形成的洪水和冰雪融水等形成的暫時性地表流水，在沿地形坡度向低凹處匯集運移時，可通過地表風(fēng)化、構(gòu)造裂隙、巖石孔隙等緩慢滲透補給地下，但由于暫時性地表水通過時，時間短、速度快，對地下水的補給主要表現(xiàn)在瞬間補給，不利于礦區(qū)地下水的補給。

2.3 地下水補給、徑流、排泄條件

區(qū)內(nèi)黃山河、西溝河均為常年性地表水流，礦區(qū)地下水的補給途徑主要包括：大氣降水和地表河流入滲。河水垂直向下通過裂隙補給孔隙裂隙地下水，由于礦區(qū)地層主要為油頁巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等的互層，地層滲透系數(shù)K=0.00012～0.00048m/d，透水性弱，河流對礦區(qū)地下水的補給微弱。

同時礦區(qū)位于干旱氣候區(qū)，年降水量少而集中，蒸發(fā)強烈，大氣降水對礦區(qū)地下水的補給有限，地表坡度大，地形有利于自然排水，而不易垂直下滲，從而地層在垂向上，越深徑流條件越差，地下水運移遲緩，交替不頻，致使地下水礦化度較高，根據(jù)泉水及水文孔水質(zhì)分析資料，地下水礦化度一般在3.36～6.149g/L,明顯高于地表河水。綜合說明礦區(qū)內(nèi)地下水補給條件較差。

淺部基巖裂隙水受地形的影響，沿地勢由南向北徑流，排泄于低洼部位。對于深部的弱承壓水，則通過斷裂構(gòu)造帶沿途排泄，最終流至準噶爾盆地腹地，運移方向大體是由南偏向

2.4 礦床充水因素分析

礦區(qū)的開采方案為露天開采，影響礦床充水的因素主要為大氣降水、圍巖地下水、構(gòu)造裂隙水、溝谷內(nèi)地表河水及河床潛流。

2.4.1 大氣降水

大氣降水大部分消耗于蒸發(fā)，部分通過面流進入采坑，僅少部分經(jīng)破碎帶、風(fēng)化裂隙滲入地下，形成了雨季集中補給的特點，滲入地下的水流中，絕大部份沿地形變化在風(fēng)化裂隙中運動，在低凹處以泉水形式溢出，補給地表河水，最終匯入黃山河、西溝河，其他極少部份向下運動進入下部含水層。但在多雨季節(jié)，大—暴雨易匯流形成地表洪流，沖毀礦山設(shè)施，直接灌入采坑。所以，在開發(fā)油頁巖資源期間，應(yīng)加強觀測，查明洪流周期與徑流途徑，避免洪流災(zāi)害。

2.4.2 圍巖地下水

勘探區(qū)內(nèi)地層巖性主要以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、油頁巖礦體等細顆粒狀的巖性為主，局部地層夾有粗砂巖、礫巖，大部分礦體位于河流侵蝕基準面以下。通過水文孔抽水試驗的成果可知，蘆草溝組地層滲透系數(shù)(K)為0.00012～0.00048m/d，單位涌水量(q)0.00123～0.00157L/(s·m)。這表明礦區(qū)直接充水含水層的透水性差，富水性弱，從而說明對礦床充水影響相對較小。

2.4.3 構(gòu)造裂隙水

勘探區(qū)內(nèi)的斷裂主要為蘆草溝逆沖斷裂(F1)。該斷裂分布于礦區(qū)北部，為一走向120°向北凸出的弧形斷裂，區(qū)內(nèi)出露長約6.5km，斷裂面南傾，傾角60°～80°。斷裂通過處為一線性展布的斷層破碎帶，斷裂帶兩側(cè)基巖破碎；在斷裂斷面上巖石泥化現(xiàn)象明顯，泥質(zhì)含量約占60%，總體呈灰黑色，初步判斷該斷層不屬于導(dǎo)水?dāng)鄬?；另外?jīng)地表調(diào)查，在F1斷裂與黃山河交匯處有泉水出露(Q5)，該泉水出露于黃山河Ⅰ級階地坡腳處，泉水呈明顯的一股流出，屬下降泉，泉流量0.5L/s,礦化度0.36g/L，水化學(xué)類型為HCO3·Cl-Mg·Ca型，相比礦區(qū)地下水水質(zhì)差別較大(礦區(qū)地下水礦化度為3.36～6.149g/L，水化學(xué)類型為SO4·HCO3·Cl-Na·Mg型)，在一定程度上也說明該斷層構(gòu)造裂隙水與礦區(qū)地下水的聯(lián)系不大。但由于斷層破碎帶的存在，斷層局部可能會存在富水地段。

2.4.4 溝谷內(nèi)地表河水及河床潛流

礦區(qū)范圍內(nèi)有數(shù)條地表水沿溝谷向下游徑流排出山口，在山前戈壁礫石帶滲失殆盡?，F(xiàn)狀溝谷內(nèi)斷裂通過處有泉水出露，是構(gòu)造裂隙水溢出排泄補給地表河水。將來露天開采采坑深度必然會低于侵蝕基準面，礦坑排水會進一步疏干斷裂構(gòu)造帶內(nèi)構(gòu)造裂隙水，屆時地表河水和河床潛流會反向通過斷裂構(gòu)造帶補給構(gòu)造裂隙水，相應(yīng)的會致使露天采坑匯水量增加。根據(jù)斷層性質(zhì)及構(gòu)造裂隙水富水性弱的特點，地表河水及河床潛流對斷裂構(gòu)造帶內(nèi)的構(gòu)造裂隙水補給強度較弱。

據(jù)此，綜合各因素的影響力，該礦床未來礦坑充水水源主要為圍巖地下水。對圍巖地下水體需及時采取疏干排水措施。此外，進入雨季時，大—暴雨易形成地表洪流，暫時性地表水流具有時間短、流量大之特點，對礦山的影響主要表現(xiàn)在沖毀礦山設(shè)施，直接灌入礦坑內(nèi)，而對地層滲透補給意義不大。因此，在油頁巖礦開采期間，應(yīng)加強觀測，查明洪流周期與徑流途徑，從而正確設(shè)計開發(fā)礦山設(shè)施的布置以及相應(yīng)排水設(shè)施的位置。

3 礦坑涌水量預(yù)測

3.1 礦坑涌水量預(yù)測范圍

根據(jù)規(guī)范要求礦坑涌水量預(yù)算范圍為先期開采地段第一開拓水平以上的范圍。計算過程中結(jié)合地下水水位標高，以+700m水平為底界，向上每100m分別進行涌水量計算。

3.2 計算方法

根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件及礦坑涌水量預(yù)測原則，利用坑道系統(tǒng)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(yù)算礦坑涌水量。

3.3 涌水量計算結(jié)果評述

通過上述涌水量計算結(jié)果可知：

+1100m水平，礦坑涌水量正常值562.13m3/d；最大值730.77m3/d；

+1000m水平，礦坑涌水量正常值1634.60m3/d；最大值2124.98m3/d；

+900m水平，礦坑涌水量正常值2752.94m3/d；最大值3578.83m3/d；

+800m水平，礦坑涌水量正常值3719.56m3/d；最大值4835.43m3/d；

+700m水平，礦坑涌水量正常值5122.92m3/d；最大值6659.80m3/d。

通過礦坑涌水量的預(yù)測，可取得以下幾點認識：

利用“大井法”預(yù)算的礦坑涌水量，采用的滲透系數(shù)是單孔抽水試驗計算的結(jié)果，未能了解全礦區(qū)的水力聯(lián)系特征，利用大井法所計算出的礦井涌水量在某種程度上與實際情況有一定出入，但就其預(yù)算依據(jù)、過程及結(jié)果而言均較客觀，可以作為未來礦山開采設(shè)計的參考依據(jù)。

該區(qū)屬中溫帶大陸干旱氣候，6～10月為多暴雨季節(jié)，特別是多年一遇的特大暴雨，暴雨期要加強排水，做好井采系統(tǒng)周邊的防洪措施，提請礦業(yè)權(quán)益人特別注意未來礦井疏干排水時的方式。

礦區(qū)內(nèi)河流較多，因而河水的引水渠道在采區(qū)匯水范圍段采取適當(dāng)措施，不致因采礦生產(chǎn)導(dǎo)致的河水滲露，造成地下水徑流量增加，在今后的采掘工作時做到有疑必探，先探后采，避免造成礦井突、涌水事故的發(fā)生。

經(jīng)抽水試驗過程中發(fā)現(xiàn)，地下水位較難穩(wěn)定，后期呈緩慢上升狀態(tài)，觀測水位恢復(fù)時，恢復(fù)時間較長，這表明礦區(qū)地下水補給有限。在礦區(qū)內(nèi)無明顯補給的情況下，礦井內(nèi)只存在靜態(tài)的儲存量，隨著礦井開拓、掘進過程中的疏干排水，總體儲存量在減少，水位在下降。礦井的涌水量也存在一個由小到大、再到平穩(wěn)、再下降的過程。

隨著開采深度的增加，采空區(qū)范圍的不斷擴大，礦井的水文地質(zhì)條件勢必發(fā)生漸變。因此，在礦井的生產(chǎn)過程中，應(yīng)尋找符合生產(chǎn)實際的與涌水量有關(guān)的影響因素，建立相關(guān)關(guān)系，結(jié)合本礦區(qū)的水文地質(zhì)特點預(yù)測礦坑涌水量，為礦山生產(chǎn)服務(wù)。

4 水文化地質(zhì)勘探類型劃分

礦區(qū)地形屬淺切割的緩低山-丘陵地形，地形不利于自然排水；主要礦體多位于當(dāng)?shù)厍治g基準面和地下水位以下；礦床主要沖水含水層和構(gòu)造破碎帶富水性弱，地下水補給條件差；礦區(qū)內(nèi)有地表水體，但地表水不構(gòu)成礦床主要充水因素，與地下水聯(lián)系不密切；礦區(qū)內(nèi)基巖裸露，第四系不發(fā)育。綜合確定礦床水文地質(zhì)勘探類型為以裂隙含水層充水為主、水文地質(zhì)條件簡單的礦床，即二類一型。

5 結(jié)語

在本文的敘述過程中，通過對礦區(qū)地理概況和水文地質(zhì)條件的分析，闡明了礦區(qū)地下水的補給、徑流、排泄條件，礦床的充水因素及進行了涌水量的預(yù)測，確定了該礦床的水文地質(zhì)勘探類型，提出了礦山的供水水源方向，為該礦區(qū)后續(xù)水文地質(zhì)調(diào)查工作的布置提供了主要依據(jù)。

[1]國家技術(shù)監(jiān)督局.GB12719-91礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].中國標準出版社，1991.

[2]中國地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊[S].2版.北京：地質(zhì)出版社，2012.

[3]房佩賢，衛(wèi)中鼎，廖資生.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1996.

[4]郭新成，金向兵，鄭玉壯，白權(quán)金，眭躍建，韋方圓.新疆阜康市大黃山西油頁巖勘探報告[R].新疆地礦局第十一地質(zhì)大隊，2016.