新華山銅礦礦坑涌水量預(yù)測(cè)及防治水探討

劉志虹

摘要：新華山銅礦位于安徽銅陵雞冠山礦區(qū)內(nèi)，為巖溶裂隙充水的小型銅礦床，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。本文在分析了其礦坑充水因素及邊界條件后，對(duì)其涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)并提出了防治水的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)，希望對(duì)類似礦山礦坑涌水量預(yù)測(cè)及防治水工作起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：含水層;充水因素;涌水量;截水帷幕

1.自然地理特征

新華山銅礦位于安徽銅陵雞冠山礦區(qū)內(nèi)，屬長(zhǎng)江中下游南岸沿江丘陵區(qū)，礦床地形以羊河為界，羊河以西為丘陵～殘丘，標(biāo)高30m～60m;羊河以東為沖積平原，標(biāo)高13m～15m。區(qū)內(nèi)水系主要為羊河，自南向北流經(jīng)礦床上方，流量99.56m3/s。本區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降雨量1521.5mm，年最大降雨量2013.5mm。

2.礦床水文地質(zhì)特征

2.1主要含水層

（1）第四系沖積含水層：渾圓狀～次棱角狀，泥質(zhì)含量20%左右，結(jié)構(gòu)緊密，含水微弱。淺井抽水試驗(yàn)結(jié)果單位涌水量0.019L/s·m，滲透系數(shù)0.340m/d，水化學(xué)類型屬HCO3-Ca型，礦化度0.142g/L～0.225g/L。（2）龍頭山組巖溶裂隙含水層：分布于礦床東側(cè)及深部。該層巖溶發(fā)育，鉆孔溶洞能見率60%，單孔巖溶率1.04%～10.24%，溶洞少有充填物。在該層鉆進(jìn)中動(dòng)水位淺而穩(wěn)定，沖洗液嚴(yán)重漏失。SHK12抽水試驗(yàn)結(jié)果，水位降深2.58m，單位涌水量3.58L/s·m，滲透系數(shù)4.60m/d;ZK2710、G1孔抽水，結(jié)果相近，表明該層富水程度強(qiáng)，是未來礦床開采的充水來源。地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca型，礦化度0.453g/L。（3）巖漿巖類裂隙含水體分布于礦床東側(cè)淺部，覆蓋于龍頭山組含水層之上。經(jīng)抽水試驗(yàn)：降深25.77m時(shí)單位涌水量0.110L/s·m，滲透系數(shù)0.210m/d。礦床西側(cè)及深部巖體富水程度弱，可視為隔水層。（4）構(gòu)造裂隙含水帶：東西向構(gòu)造裂隙帶：帶內(nèi)巖石破碎，呈角礫～碎裂狀，含水性好，ZK256試驗(yàn)結(jié)果：降深3.12m，單位涌水量2.238L/s·m，滲透系數(shù)2.645m/d，富水程度強(qiáng)。

2.2主要隔水層

（1）第四系坡洪積隔水層（Q4dl-p）l：分布于洋河，西側(cè)團(tuán)山村～雞冠山電影院一帶，厚4m～15m，巖性為褐色亞粘土夾碎石，含水性差，蘭花沖SHK4簡(jiǎn)易抽水，涌水量為0。（2）三疊系黃馬青組及第三系砂巖隔水層（T3h、Rh）零星出露于地表，見于木魚山等地，鉆孔在石英閃長(zhǎng)巖內(nèi)見該巖組的俘虜體，巖性為紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖角巖等，富水程度極弱。

2.3地下水動(dòng)態(tài)、含水層及其與地表水之間的水力聯(lián)系

（1）地下水動(dòng)態(tài)：礦區(qū)內(nèi)地下水由于受采礦排水影響，天然動(dòng)態(tài)遭破壞。據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)資料地下水位呈逐年下降趨勢(shì)，年下降速率在2m/y～3m/y，但仍隨季節(jié)變化，受大氣降水影響，地下水位變化曲線與羊河流量變化曲線形態(tài)基本一致。（2）含水層之間的水力聯(lián)系從ZK256、ZK270、ZK563等三孔長(zhǎng)觀曲線可以看出：地下水位峰值出現(xiàn)時(shí)間基本相同，曲線形態(tài)基本一致，動(dòng)態(tài)變化相似。區(qū)內(nèi)兩條構(gòu)造裂隙帶切割巖體，并延伸至大理巖，各層間無隔水層存在，存在密切水力聯(lián)系。ZK2710（M）和新民礦豎井（δ0）抽水試驗(yàn)表明，巖體與大理巖（T2l）之間存在密切的水力聯(lián)系。（3）地表水與地下水的水力聯(lián)系上部巖性為褐黃色粘土、亞粘土，厚4.5m～7.5m，隔水性好，下部為含泥礫石層，厚度1m～1.25m，泥質(zhì)含量在30%～40%，結(jié)構(gòu)緊密，透水性差。河床為切穿上部粘土層，據(jù)ZK2710（δ）抽水試驗(yàn)結(jié)果，同期地表水高出地下水8m～10m，降落漏斗直接過河。

3.礦坑涌水量預(yù)測(cè)

3.1充水因素及邊界條件

（1）充水因素：主礦體分布在56～68線，主礦體主要賦存標(biāo)高-100m～-200m，走向?yàn)楸睎|向，賦存于巖體東接觸帶，與龍頭山組大理巖直接接觸。大理巖巖溶發(fā)育，沿接觸帶發(fā)育尤甚，富水性強(qiáng)，是主要充水含水層。北東向構(gòu)造裂隙帶位于礦體頂部，巖體中與其下部接觸帶水力聯(lián)系密切，北東端切入龍頭山組大理巖頂部，溝通了與區(qū)域地下水的聯(lián)系，為導(dǎo)水和富水構(gòu)造，既是通道又是充水水源?！澳⒐綘睢睅r體超覆于大理巖之上，受構(gòu)造和風(fēng)化作用影響，淺部含水，深部逐漸減弱，為間接充水，沿構(gòu)造裂隙帶進(jìn)入礦坑。（2）邊界條件：朱村橋～向陽村巖墻構(gòu)成西部隔水邊界、朱村橋～團(tuán)山巖體構(gòu)成其南部隔水邊界，礦床內(nèi)地下水主要接受北部及東部地下水補(bǔ)給。據(jù)鉆孔編錄和測(cè)井成果，巖體賦水底板平均標(biāo)高為-116.42m。

3.2涌水量預(yù)測(cè)

計(jì)算方法及參數(shù)確定

礦體呈長(zhǎng)條狀分布，長(zhǎng)寬比達(dá)40倍，故按給水廊道考慮。

1石英閃長(zhǎng)巖涌水量QI按東側(cè)進(jìn)水，潛水完整式水平坑道計(jì)算。QI=BKcpH2/2R..............1

式中：Kcp，石英閃長(zhǎng)巖含水體平均滲透系數(shù)，采用ZK270、ZK333、G2、G4加權(quán)平均值，Kcp=0.199m/d;

H：礦床平均穩(wěn)定水位到含水體底板距離，含水體底板平均標(biāo)高-116.42m，平均穩(wěn)定水位標(biāo)高為-1.86m，則H=114.56m;

B：坑道長(zhǎng)度，取-140m標(biāo)高礦體長(zhǎng)度，B=370m;

R：影響半徑，按公式R=2S√KcpH計(jì)算。計(jì)算得QI為441.66m3/d。

2構(gòu)造裂隙帶涌水量QII

裂隙帶兩側(cè)與巖體接觸，其北東端與龍頭山組大理巖接觸，視兩側(cè)為隔水邊界，主要考慮北端進(jìn)水，按半個(gè)潛水完整井公式計(jì)算。

QII=1.366KcpH2/2（lg2R0-lgr）..............2

式中：Kcp，裂隙帶滲透系數(shù)，采用ZK256、ZK2701、D1、G1新民豎井加權(quán)平均值，Kcp=5.51m/d;H：裂隙帶含水體厚度，潛水面標(biāo)高-1.86m，含水體底板標(biāo)高-116.42m，則H=114.56m;

r0：井半徑，取裂隙帶平均寬度之半;

r0=40.35m;

R：影響半徑，按公式R0=r0+2S√KcpH計(jì)算。經(jīng)計(jì)算的QII為

20090.47m3/d。

3大理巖涌水量QIII按單側(cè)進(jìn)水，承壓轉(zhuǎn)無壓不完整排水工程計(jì)算。QIII=BKcp（2h-M）M/2R+sqr..............3

式中：

h：靜水位至坑道底板距離，靜水位標(biāo)高-1.86m;M：坑道底板以上含水層厚度，含水層頂板標(biāo)高-116.42m;Kcp：大理巖滲透系數(shù)，采用G1、ZK2710、ZK371、SHK12加權(quán)平均值，Kcp=6.40m/d;qr：引用流量，按丘加也夫圖解求得。其中：T：坑底至有效帶下限距離，有效帶厚度為1.3h;C：坑道寬度之半，C=2m。R：影響半徑，按公式R=10S√Kcp計(jì)算;B：坑道長(zhǎng)度，B=370m。

經(jīng)計(jì)算得-140m標(biāo)高QIII為2020.17m3/d、-180m標(biāo)高QIII為4891.07m3/d。

因而礦坑總涌水量-140m標(biāo)高為22552.3m3/d、-180m標(biāo)高為25423.2m3/d。經(jīng)礦山基建時(shí)-180m排水量驗(yàn)證，所預(yù)測(cè)的涌水量基本正確。

4.防治水的探討

為了減小水資源浪費(fèi)及巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害，2007年礦山在北東側(cè)68線、69線之間施工完成290m的改性泥漿截水帷幕，孔距6m～26m、孔深約190m，施工注漿孔7781.69m/26孔，注漿量31506.15m3。在礦坑試排水中發(fā)現(xiàn)截水帷幕對(duì)地下水有一定攔截作用，但試排水發(fā)現(xiàn)帷幕內(nèi)外觀測(cè)孔水位差幅不大、且同步升降以及帷幕外巖溶塌陷仍時(shí)有發(fā)生。由此可見帷幕中可能存在未完全封堵的巖溶過水通道或者帷幕東部存在繞流。因此筆者認(rèn)為要想減小礦坑排水量及巖溶塌陷發(fā)生率，其防治水工作需做好以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)已有的截水帷幕進(jìn)行物探、鉆探檢查，看其是否仍有未被封堵的巖溶水通道以及薄弱地段、并優(yōu)化注漿工藝及注漿材料性能，提高帷幕的截水效果，經(jīng)注漿補(bǔ)強(qiáng)后使北東側(cè)截水帷幕能基本切斷帷幕內(nèi)外的地下水水力聯(lián)系，達(dá)到攔截北東向破碎帶地下水進(jìn)入礦坑。

（2）從帷幕施工的鉆孔看，接觸帶附近巖溶較為發(fā)育，因而需查證東側(cè)接觸帶進(jìn)水的可能，如有進(jìn)水在礦床東側(cè)需施工截水帷幕，封堵礦床東部大理巖與巖體接觸帶及大理巖巖溶帶，截?cái)嗌畈繋r溶裂隙水與區(qū)域淺部巖溶水的水力聯(lián)系。

（3）從礦床所在地形及巖溶塌陷的發(fā)生條件看，其上覆第四系地層局部可能入滲條件較好，因此在截水帷幕內(nèi)對(duì)地表水進(jìn)行治理，盡量減少大氣降水及地表水滲入補(bǔ)給地下水。

5.結(jié)語

新華山銅礦為巖溶裂隙充水的小型礦床，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，本人在研究其勘察資料及帷幕注漿資料后，采用水動(dòng)力法對(duì)其礦坑涌水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)并對(duì)防治水工作提出幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)，以供大家探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]安徽銅陵新華山銅硫礦床詳查地質(zhì)報(bào)告[R].安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)，1994.10.

[2]銅陵市新華山銅礦地下水截水帷幕工程初步評(píng)價(jià)報(bào)告[R].安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)，2007.4.

[3]吳大敏.新橋礦東翼開采帷幕注漿工程實(shí)踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2006，25（9）：35-37.