紅嶺鎢礦水文地質(zhì)條件分析及礦坑涌水量預(yù)測

王向峰

摘要：通過對紅嶺鎢礦水文地質(zhì)條件分析，在此基礎(chǔ)上預(yù)測礦坑涌水量等，為礦山生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：紅嶺鎢礦；水文地質(zhì)；涌水量

1.礦區(qū)自然地理概況

紅嶺鎢礦床位于廣東省翁源縣城紅嶺村，距翁源縣城直距約21km。礦區(qū)的中心點(diǎn)地理坐標(biāo)：東經(jīng)113°58′15″、北緯24°28′30″，行政上隸屬于翁源縣江尾鎮(zhèn)管轄。

礦區(qū)地形地貌主要為中低山，局部有階地。地勢北高南低、東高西低，最高海拔標(biāo)高+591m，最低海拔標(biāo)高+ 300m，最大相對高差291m。區(qū)內(nèi)地形切割較強(qiáng)烈，溝谷發(fā)育，多呈“U”型谷，局部呈“V”型谷，一般坡度在20°～40°，局部可達(dá)50°。礦區(qū)當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以蒲竹壩河河谷標(biāo)高為準(zhǔn)，最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為+300m，位于礦區(qū)南西側(cè)蒲竹壩河，小桂坑村附近。區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，覆蓋率達(dá)70%，以杉木為主，有少量竹木、雜樹等。

區(qū)內(nèi)及外圍的地表水體有蒲竹壩河及東昌河。前者在礦帶西側(cè)約620m流過流量0.71～6.76噸/秒；后者流量約0.22～3.92噸/秒，自東而西流經(jīng)礦帶中部，跨越工業(yè)礦體VI5、V16、V31，與V15沿脈斷裂發(fā)生弱水力聯(lián)系。

2.礦床地質(zhì)概況

2.1地層

礦區(qū)位于熱水巖體中部，區(qū)內(nèi)僅有巖漿巖出露。礦區(qū)出露的地層為第四系（Q）殘坡積層和沖積層，發(fā)育于山坡和溝谷，成分主要為含礫粉質(zhì)黏土。山坡第四系（Q）厚度一般為0.2m～0.5m，最大1.0m；溝谷第四系（Q）厚度較大，一般1.0m～2.0m，局部可達(dá)3.0m。

2.2地質(zhì)構(gòu)造

紅嶺礦區(qū)位于區(qū)域性北東向壓扭性斷裂與近南北向壓扭性斷裂交叉部位。區(qū)內(nèi)主要導(dǎo)礦構(gòu)造為一組近南北向的壓扭性斷裂，傾向西，傾角70°～85°。本區(qū)斷裂分為成礦斷裂和成礦后斷裂。

2.3礦體特征

礦區(qū)內(nèi)有云英巖型鎢礦體（3個）和石英脈型鎢礦體（129條），云英巖型礦體呈似層狀賦存于細(xì)粒白云母花崗巖的頂部，石英脈型鎢礦呈脈狀穿插于花崗巖和云英巖型鎢礦中。礦區(qū)3個云英巖型礦體（V1、V2、V3），呈透鏡狀賦存于花崗巖體中，依自上而下平行排列，呈斗笠狀分布，傾角20°～28°。礦體多集中在花崗巖礦化蝕變帶中心，V1、V2礦體分布于花崗巖頂面突起部位。Ⅰ號礦體賦存標(biāo)高為260m～420m，V2礦體賦存標(biāo)高為135m～350m，V3礦體賦存標(biāo)高210m以下。

3.礦床水文地質(zhì)特征

3.1區(qū)域水文地質(zhì)特征

礦區(qū)地貌以中低山地貌為主；區(qū)域河流為蒲竹壩河。區(qū)域地層主要為第四系（Q）殘坡積層和沖積層，為含礫粉質(zhì)黏土，厚度小，一般為0.2m～1.0m；蒲竹壩河兩側(cè)階地及溝谷第四系稍厚，一般1.0m～2.0m，最厚達(dá)3.0m。巖漿巖發(fā)育，礦區(qū)位于熱水花崗巖巖體中心，與巖體邊緣最近距離約4.6km，礦區(qū)所屬流域也全部位于巖體中，巖性為燕山三期（γ52（3））花崗巖。區(qū)域地層含水性弱，無主要含水層。根據(jù)區(qū)域巖性、地下水賦存條件、水力性質(zhì)、特征，區(qū)域地下水可劃分為2種類型：松散巖類孔隙水、基巖裂隙水。

3.2礦區(qū)水文地質(zhì)特征

3.2.1含水層（隔水層）

本區(qū)第四系山間沉積物及廢石零星分布在二十八處低洼地帶，總面積（0.26km2），占全區(qū)面積的6.2%，不能形成有意義的含水層。另據(jù)CK87孔有關(guān)測試，下伏的礦帶裂隙性花崗巖的滲透系數(shù)僅3.7×10-5m/d，屬隔水層。故本區(qū)不存在主要含水層。

3.2.2地下水的貯存、補(bǔ)給及排泄

由于本區(qū)地形切割較強(qiáng)，利于地表徑流的排泄，第四系沉積物一般不含水，地下水主要貯存在花崗巖內(nèi)。根據(jù)水文地質(zhì)特征，可劃分為：風(fēng)化裂隙水、基巖裂隙水及構(gòu)造斷裂水。

現(xiàn)把這三種地下水的貯存、補(bǔ)給、排泄分述如下：

（1）風(fēng)化裂隙水：賦存于強(qiáng)風(fēng)化—半風(fēng)化花崗巖裂隙中。本區(qū)強(qiáng)風(fēng)化-半風(fēng)化帶厚25m～35m，裂隙（尤其是平級裂隙）較深部發(fā)育，并經(jīng)風(fēng)化增強(qiáng)，導(dǎo)致地下水有一定的側(cè)向活動力。據(jù)測定計算，風(fēng)化裂隙水的徑流模數(shù)約為49升/秒×平方公里；全區(qū)泉水均出露于此帶，總流量約6升/分。

風(fēng)化裂隙水以大氣降水補(bǔ)給為主，特別是在因采礦而破壞全風(fēng)化殼的地方，形成了利于降水滲入的“天窗”，“天窗”的垂直滲入系數(shù)約為0.006t/m2.d。

風(fēng)化裂隙水主要是向地表徑流排泄，全礦區(qū)排泄量約180升/秒，其次是通過基巖裂隙向深部礦坑排泄，排泄量約27升/秒；另外，在雨季后期，由于風(fēng)化裂隙飽和，使風(fēng)化裂隙水能直接滲入采空區(qū)，形成了異常大的脈沖性礦坑涌水高峰。

（2）基巖裂隙水：貯存在花崗巖部分裂隙中。據(jù)礦坑339點(diǎn)的裂隙測定統(tǒng)計，礦體圍巖裂蹤率僅0.16%，且大部份為高傾角封閉型裂隙，不含水；只有在多組裂隙交匯部及鄰近裂隙中，才能形成近于垂直展布的管狀含水段。故基巖裂隙水具有規(guī)模小、數(shù)量多、分布均勻、靜儲量少以及水平連通性差，垂直壓力傳導(dǎo)快的特征。

據(jù)鉆孔橫向擴(kuò)散試驗證實：在天然狀態(tài)下，基巖裂隙水無流動能力。只有在深部礦坑開拓后，它才能通過管狀通道垂直滲人礦坑，并得到風(fēng)化裂隙水的補(bǔ)給。這種補(bǔ)給、排泄作用是礦坑涌水的最主要來源。因此，礦坑涌水不僅具有明顯的季節(jié)性，而且涌水量與間距大于20m的礦坑水平長度成正比，本文中把單位長度礦坑涌水量稱為涌水強(qiáng)度；另外，由于基巖裂隙向深部減弱，故涌水強(qiáng)度亦隨之下降，據(jù)452、416、370、324中段涌水量資料分析，低中段的下降速率為0.932。

由于基巖裂隙水在水平上的孤立性，使全區(qū)無統(tǒng)一地下水位，已有的水位資料都高出相鄰平巷，故本區(qū)的平巷均屬淹沒型集水巷道（B型），而采空區(qū)則構(gòu)成非淹沒型集水巷道（A型）。由于深部采空區(qū)對上部礦坑的完全疏干作用，故A型集水巷道的涌水強(qiáng)度等于本中段及其以上各中段B型集水巷道的涌水強(qiáng)度之和。表1列出了實測及預(yù)報的A、B兩型巷道的相對涌水強(qiáng)度Ka、Kb。

（3）構(gòu)造斷裂水

貯存在成礦期后的斷裂中，可分南北組、北西組及東西組。單純的成礦期或成礦前斷裂，因呈閉合狀或被礦脈充填而不含水，故不予闡述。

①高傾角南北向壓扭性斷裂帶：此組斷裂是由密集的線狀斷裂組成，本身為不透水?dāng)嗔眩粌H在礦帶中部（V22以南至V15），由于歷次構(gòu)造送加，局部成為不均勻的弱含水?dāng)嗔?，在礦坑中呈現(xiàn)為分散的潮濕狀或弱滴水狀，涌水強(qiáng)度與基巖裂隙水基本一致，并承受風(fēng)化裂隙水的補(bǔ)給。

②高傾角北西向一北北西向壓扭性所裂：斷層角礫較發(fā)育，多被低溫石英脈充填，透水能力弱，在礦坑中呈較均勻的弱滴水狀，以風(fēng)化裂隙水補(bǔ)給為主。但V15沿脈斷裂與東昌河有弱水力聯(lián)系，其補(bǔ)給量小于3.4升/秒。此組斷裂多以沿脈斷裂產(chǎn)出，涌水強(qiáng)度比同中段B型巷道高出約37%，但仍低于本中段的A型巷道，開采后會被集水能力更強(qiáng)的A型集水巷道所取代，故不具獨(dú)立的水文地質(zhì)意義。

③高傾角東西同張扭一壓扭性斷裂：被斷層角礫、低溫石英脈及高齡土充填，近地表處規(guī)模較大，地貌上常呈東西展布的山溝，向深部迅速減弱?，F(xiàn)把幾條主要的斷裂分述如下：

Fb1的導(dǎo)水性僅次于V15沿脈斷裂，對礦坑的最大充水量為0.11升/秒，旱季中可被礦坑完全疏干。目前在324中段的揭露點(diǎn)已低于蒲竹壩河約十余米，但尚未產(chǎn)生水力聯(lián)系。即使隨中段下降與蒲竹壩河產(chǎn)生水力聯(lián)系，據(jù)計算預(yù)測，其充水量在202中段也小于1升/秒。

Fb2為V23沿脈斷裂，向深部迅速減弱，在324中段已無特殊涌水現(xiàn)象。但它可能因開采而溝通地表逐流而造成非正常涌水的問題。

Fb3被大量的高嶺土類充填，在324中段無涌水現(xiàn)象。

綜上所述，構(gòu)造斷裂的涌水強(qiáng)度較基巖裂隙水大，但因在礦坑系統(tǒng)中揭露規(guī)模遠(yuǎn)小于后者，也因大部北西斷裂會被非淹沒型集水巷道所取代，故對礦坑充水反而不如后者。

4.礦坑涌水量預(yù)測

4.1礦坑涌水量預(yù)測方法

La、Lb—分別為本中段的非淹沒型（A）和淹沒型（B）集水巷道的水平長度（米）。

應(yīng)注意：

①平均間距小于20米的兩平行巷道或采場只等效于一條集水巷道；

②若是平巷與采空區(qū)平行且間距小于20米，則只作采空區(qū)處理；

③在A型巷道中應(yīng)扣除被深部采空區(qū)疏干的相應(yīng)部份。

Ka、Kb分別為該中段A、B兩型集水巷道的相對涌水強(qiáng)度（無量綱）；

εi為第i月份的降水量（毫米）；

εi、δi分別為第1月份的降水量及其離差（毫米）；

Ф（n）為1/n的正態(tài)分布函數(shù)；

1/n為根據(jù)礦山服務(wù)年限及排水經(jīng)濟(jì)效益確定的最大排水能力使用概率；如n=25，即指平均25年中有一年的Qm、Qdm超出預(yù)報值；當(dāng)n=2時，計算結(jié)果恰是多年平均值；在選擇n時，應(yīng)特別注意協(xié)調(diào)排、貯能力，如集水倉規(guī)模大，應(yīng)采用較小的n值作為排水能力設(shè)計依據(jù)，如排水貯備能力低，則宜采用較大的n值作貯水能力設(shè)計依據(jù)。

（3）式是計算最大日涌水量的，它只能在最大月涌水量出現(xiàn)的那個月使用，不允許在枯水期或平水期使用。

4.2礦坑涌水量預(yù)測

根據(jù)礦山現(xiàn)有資料，預(yù)測中段為282、242兩中段。假設(shè)兩中段已開采完畢，但深部中段尚未開采，故242中段采空區(qū)已疏干了282中段的相應(yīng)部份，但242中段都未受到深部中段干擾。n依次取2、10、20、30。

預(yù)測計算成果列于表2、3。

主要成果有：

①兩中段長年平均涌水量：373噸/時；

②兩中段歷年平均最大月涌水量：641噸/時；

③兩中段三十年一遇最大月平均涌水量：979噸/時；

④兩中段三十年一遇最大日涌水量：1167噸/時。

本章所提出的預(yù)報方法，是對長期動態(tài)觀測資料經(jīng)統(tǒng)計分析后、修改簡化而成的。因統(tǒng)計分析過程涉及大批原始數(shù)據(jù)、物理分析及繁瑣的數(shù)學(xué)運(yùn)算在本文中不于闡述。

5.小結(jié)

礦區(qū)地形地貌主要為中低山，局部有階地；最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為+300m；礦區(qū)地層為第四系（Q）殘破積層和燕山三期（γ52（3））花崗巖。第四系（Q）殘坡積層零星分布，厚度小，不能形成有意義的含水層，下伏花崗巖的滲透系數(shù)僅3.7×10-5m/d，屬隔水層，故本區(qū)不存在主要含水層；地下水類型主要為風(fēng)化裂隙水、基巖裂隙水、構(gòu)造斷裂水。根據(jù)礦坑涌水量預(yù)測：282、242兩中段長年平均涌水量373噸/時；兩中段歷年平均最大月涌水量641噸/時；兩中段三十年一遇最大月平均涌水量979噸/時；兩中段三十年一遇最大日涌水量1167噸/時。礦區(qū)屬水文地質(zhì)條件中等的礦床。

參考文獻(xiàn)

[1]廣東省有色金屬地質(zhì)局九三二隊.廣東省翁源縣紅嶺礦區(qū)補(bǔ)充詳細(xì)勘察地質(zhì)報告（1980年）。

[2]廣東省有色金屬地質(zhì)局九三二隊.廣東省翁源縣紅嶺鎢礦614線-626線詳查項目地質(zhì)勘查報告。

[3]杜敏銘，鄧英爾，許模.礦井涌水量預(yù)測綜述。