新疆和靜縣察漢烏蘇鐵礦水文地質(zhì)特征及礦坑涌水量預(yù)測(cè)

張宗欣

（新疆地礦局第十一地質(zhì)大隊(duì)，新疆昌吉 831100）

1 自然地理概況

礦區(qū)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(shì)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(qū)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(xiàn)代冰川、冰蝕洼地、冰川U 型谷、冰蝕崖等較發(fā)育區(qū)內(nèi)水系較發(fā)育，均屬高山區(qū)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(bǔ)給。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1 含(隔)水層的劃分

地層劃分為四個(gè)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(duì)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(lián)系

礦區(qū)內(nèi)僅伊開(kāi)哈仁郭薩拉河為常年性地表水流，冬季封凍時(shí)幾乎斷流，該河流量較小，動(dòng)態(tài)顯著，其補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水，冰川、冰雪消融水的補(bǔ)給。這些常年性地表水流可通過(guò)基巖風(fēng)化裂隙下滲補(bǔ)給基巖裂隙潛水含水層。在河流上游較高部位，通過(guò)斷裂破碎帶及基巖裂隙下滲補(bǔ)給基巖裂隙承壓自流含水層。河水可通過(guò)下伏第四系全新統(tǒng)砂礫石層補(bǔ)給基巖含水層。致使基巖含水層與地表水發(fā)生水力聯(lián)系。因此，區(qū)內(nèi)地下水與地表水間存在密切的水力聯(lián)系，且補(bǔ)給源水量較充沛，兩者之間水力聯(lián)系密切。

2.3 區(qū)域地下水補(bǔ)、徑、排條件

區(qū)域內(nèi)各含水層主要接受大氣降水、冰川及冰雪消融水的補(bǔ)給，其次為地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給、地表水和第四系砂礫石潛水的補(bǔ)給。地下水運(yùn)動(dòng)的總體流向由敦德郭勒達(dá)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(qū)域地形、地貌屬中高山區(qū)，區(qū)域上屬補(bǔ)給徑流區(qū)。在區(qū)域地表匯水范圍內(nèi)，受地形、地貌的控制，區(qū)域內(nèi)各含水層接受南部大氣降水、冰雪消融水的補(bǔ)給、地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，入滲補(bǔ)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(qū)域阻水?dāng)鄬蛹案吆畾夂虻挠绊懀嘁缘叵聺摿鞯男问较虻屯轀瞎扰判埂?/p>

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(gòu)造、地層含水性。

2.4.1 大氣降水

本區(qū)年均降水量400-500mm，蒸發(fā)量1000mm左右，對(duì)于井下開(kāi)采，大氣降水屬于間接補(bǔ)給，需通過(guò)巖層滲透途徑方可抵達(dá)井巷，并且水量的大小與巖層的裂隙發(fā)育程度有直接的關(guān)系。礦區(qū)內(nèi)地形高差大，山勢(shì)陡峻，短暫的大氣降水多以地表洪流的形式流走，因此對(duì)地下水的補(bǔ)給甚微。

2.4.2 構(gòu)造對(duì)礦床充水的影響

區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造較發(fā)育，斷裂構(gòu)造復(fù)雜。由于多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成擠壓、拉伸造成區(qū)內(nèi)巖體破碎較為嚴(yán)重，整體RQD值不高。構(gòu)造形成的裂隙、破碎帶形成較好的導(dǎo)水通道，故而形成區(qū)內(nèi)廣泛分布的裂隙潛水。斷裂構(gòu)造F5、F6 附近形成較穩(wěn)定的承壓水含水層。區(qū)內(nèi)構(gòu)造破碎帶發(fā)育不均勻，局部導(dǎo)水性較好，根據(jù)備戰(zhàn)礦區(qū)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(gòu)造對(duì)區(qū)內(nèi)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(tǒng)大哈拉軍山組中，以層狀巖類為主，地層巖性由凝灰?guī)r、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(fā)育不均勻，根據(jù)抽水試驗(yàn)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(duì)隔水層。該層為礦床的直接充水含水層，對(duì)礦坑充水的影響取決于近礦圍巖裂隙的發(fā)育程度，一般來(lái)說(shuō)，處于裂隙的縱橫貫通交錯(cuò)部位，充水量則大，反之亦小。

3 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

3.1 預(yù)算原則

根據(jù)規(guī)范要求礦坑涌水量預(yù)算范圍為首采區(qū)地段第一開(kāi)拓水平的正常和最大涌水量。根據(jù)首采區(qū)范圍劃定礦坑涌水量的預(yù)測(cè)區(qū)域：底界標(biāo)高為+3000米，上界標(biāo)高+3600米，東西長(zhǎng)880米，南北寬170米。擬定的礦床開(kāi)采方式為地下開(kāi)采，開(kāi)采范圍主要位于礦體底板以上，即承壓含水層以上的區(qū)域，礦坑涌水的來(lái)源主要為上部的基巖裂隙潛水含水層，所以本次只對(duì)該潛水含水層進(jìn)行涌水量預(yù)測(cè)，計(jì)算時(shí)采用潛水計(jì)算公式。預(yù)算時(shí)，按照+3000米水平標(biāo)高向上，結(jié)合開(kāi)采中段每50米進(jìn)行計(jì)算。

3.2 預(yù)算方法

利用坑道系統(tǒng)的長(zhǎng)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)算礦井涌水量。礦床的開(kāi)采方式為井下開(kāi)采，依據(jù)水文地質(zhì)特征，按裘布依公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q—擬建新井潛水的涌水量(m3/d)

K—滲透系數(shù)(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(yù)測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)

大井法采用的滲透系數(shù)是以潛水含水層抽水試驗(yàn)計(jì)算的結(jié)果，其影響半徑也是經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的結(jié)果，具有較大的誤差；另大井法計(jì)算的應(yīng)用條件須具備地下水充分的補(bǔ)給條件，影響半徑邊界上的水頭高度也要始終不變。

根據(jù)GB8170—87《數(shù)值修約規(guī)定》，將3000m 開(kāi)采標(biāo)高（首采區(qū)）大井法計(jì)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(kāi)采標(biāo)高到達(dá)2700m 礦層底板時(shí)，將直接揭露到礦層底板承壓水（Ⅵ），承壓水涌水量達(dá)2.08×104立方米/日，最終礦坑涌水量達(dá)2.54×104立方米/日。因此在開(kāi)采到鄰近礦層底板承壓水含水層（Ⅵ）時(shí)，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(zhì)勘探類型劃分

礦區(qū)構(gòu)造較發(fā)育，礦區(qū)位于天山北麓中高山區(qū)，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?shù)装鍘r性較為復(fù)雜，多為較軟巖，個(gè)別為較硬巖，巖石易軟化；巖體質(zhì)量中等-差，井巷圍巖總體穩(wěn)固性較差，巖體完整性較差。目前已掘進(jìn)的備戰(zhàn)硐探出現(xiàn)的主要問(wèn)題為構(gòu)造斷裂處局部冒頂、偏幫。預(yù)測(cè)未來(lái)硐采主要工程地質(zhì)問(wèn)題是易產(chǎn)生冒頂、偏幫，在井工開(kāi)采時(shí)要加強(qiáng)頂?shù)装宓墓芾恚扇∠鄳?yīng)的支護(hù)措施。根據(jù)上述條件綜合確定礦區(qū)工程地質(zhì)勘探類型為三類二型，即以層狀巖類為主、工程地質(zhì)條件中等的礦床。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)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(duì)礦床充水具有重大影響。建議礦山在今后開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)南部承壓水補(bǔ)給區(qū)河流進(jìn)行防滲處理后排水，減少補(bǔ)給途徑。在礦體底部承壓自流含水層在掘進(jìn)過(guò)程中提前做好探放水工作，以保證礦山的安全生產(chǎn)。