忠曲金礦巷道涌水水源判識研究

曹珍珍，康衛東，李貴娟，王潤蘭

(1.西北大學地質學系，大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安 710069;2.陜西省煤田地質局一八六隊，陜西西安 710054)

忠曲金礦巷道涌水水源判識研究

曹珍珍1，康衛東1，李貴娟2，王潤蘭1

(1.西北大學地質學系，大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安 710069;2.陜西省煤田地質局一八六隊，陜西西安 710054)

在綜合分析忠曲金礦水文地質特征及巷道滲水與涌水水動力特征的基礎上，結合各組水樣的水化學相關性分析結果，判定巷道滲水及涌水與大氣降水、雪水、泉水、溪溝水、尕海湖水、黃河水等各種類型水的關系，從而判識巷道涌水的水源。分析結果表明最終水源為礦區北側的溪溝水、區域降水、表土層地下水、溝流水等，為忠曲金礦巷道涌水治理提供了依據。

巷道涌水;水源分析;水源判識;地下水水動力特征;水化學相關性分析

礦井巷道涌水是礦井生產過程中常見災害，涌水量較大時不僅抽排費用大甚至還會造成停產，造成嚴重的經濟損失。忠曲金礦巷道內出現12處滲水與涌水。巷道標高3 575.7～3 578.7 m段有9處滲水與滴水，滲滴水量1 L/s左右，巷道標高3 553.97～3 572.53 m段有3處涌水，總涌水量大于300 m3/h。為了給忠曲金礦巷道涌水治理提供依據，本文通過對礦區水文地質特征特征及各組水樣進行水化學相關性分析，對忠曲金礦巷道滲水與涌水的水源進行了探討。

1 礦區地質條件分析

1.1 工程地質條件分析

礦區地層主要有石炭系、二疊系和白堊系，石炭系上統(C)主要分布在礦區北部，與白堊系下統(K1)不整合接觸，二疊系下統(P1)厚度大于709 m，二疊系上統(P2)厚370 m，二疊系上統下巖組(P2a)厚度45 m，白堊系下統(K1)與下伏地層呈角度不整合接觸，厚179 m。礦區主要為一向南或向西傾斜的單斜構造，地層走向為 290°～300°，傾角為 65°～85°。區內斷裂構造發育，主要為北東向和北西向兩組斷裂構造。北東向斷裂構造，傾向 NNW，傾角為75°～85°，斷裂破碎帶長 50～120 m、寬2～15 m，為壓扭性斷裂;北西向斷裂構造，傾向 SSW，傾角為35°～55°，斷層面平直，為平推斷層。斷裂構造具多期次活動的特點，是本區主要的導水構造。

1.2 水文地質條件分析

1.2.1 含水層特征

區內主要含水層為第四系松散層、碳酸鹽巖層、構造破碎帶等。

1)第四系全新統(Q4)松散巖類含水層

礦區北側小溪溝的溝腦處出露下降泉，泉水流量0.2～0.5 L/s，泉水與溪水 pH 值 7.4 ～ 7.7，礦化度 0.19 ～ 0.53 g/L，均屬重碳酸—鈣型水。

2)白堊系下統(K1)泥鈣質礫巖隔水層

分布于礦區北東山梁、斜坡及溝谷，為紫紅色泥鈣質膠結礫巖，膠結程度較高，滲透系數很小，上覆0.5～2.5 m為泥炭草根層，透水性很差，該層無泉水出露，可視為隔水層。

3)二疊系(P)與石碳系(C)碳酸鹽巖類含水層

(1)二疊系中統(P2)碳酸鹽巖透水不含水層:

分布于礦區南溝谷斜坡。上巖組為青灰色塊狀灰巖、泥質灰巖，無泉水出露;下巖組為灰色、青灰色薄層狀灰巖，含少量裂隙水，PD1平硐內200～270 m段硐頂有節理裂隙滲滴，雨季滲滴量增加。上、下巖組均可視為透水不含水層。

(2)二疊系下統(P1)碳酸鹽巖含水層:

分布在礦區的中部，為青灰色、黃褐 ～紅色中層 ～中厚層～塊狀灰巖，硅化蝕變灰巖，為含金賦礦層;巖層節理裂隙、溶洞均較為發育，可見最大溶洞長 8.6 m、寬 0.3～0.7 m，大部分被泥質充填，局部地段含風化裂隙、構造裂隙溶洞水。地表及露天采場未見地下水出露，推斷礦床地下水埋深在3 650 m以下。

(3)石碳系上統(C3)碳酸鹽巖透水不含水層:

分布于礦區北東端U型谷地坡麓，為青灰色塊狀灰巖，節理裂隙較為發育，透水性很好，區內無水點出露，可視為透水不含水層。

(4)構造破碎帶(Pd):

由塊狀灰巖、泥質灰巖及方解石碎塊混合組成，呈碎裂松散狀，裂隙孔隙較為發育，隙間多被土、砂質填充，含微弱構造裂隙水。

1.2.2 地下水補徑排特征

礦區碳酸鹽巖含水層地下水的補給源為大氣降水與地表水，構造破碎帶與碳酸鹽巖的裂隙、溶隙是降水與地表水下滲的主要滲水通道之一，構造破碎帶也成為碳酸鹽巖含水層之間地下水流動及其涌入巷道的主要導水通道之一。礦區碳酸鹽巖層地下水主要以潛滲、暗流等形式徑流排泄于山前斷陷沼澤盆地或遠處更低的侵蝕基準面(如黃河谷地等)。

2 巷道滲水與涌水水動力特征

2.1 巷道井口與出水點高程

礦區的主斜井井口高程3 783 m，井底高程3 576 m，垂直高差207 m;2號斜井井口高程3 780 m，井底高程3 577 m，垂直高差203 m。巷道內的12處出水點高程在3 554.0～3 578.7 m之間，較井口低202～229 m，較巷道頂部地面(3 700～3 900 m)低約 300 m，較北側溪溝溝底(小橋處3 721 m)低142～167 m。

2.2 巷道滲水與涌水水力特征

巷道5段及以上無涌水現象，僅有9處滲水與滴水(標高 3 575.7～3 578.7 m)，滲滴水量較小，且明顯無壓，為局部含水層地下水(潛水)，其主要接受當地降水與溪溝水的下滲補給。巷道施工至6段開始出現3處涌水(標高3 553.97～3 572.53 m)，涌水量大，且具有承壓性質，水頭高出巷道底板約8 m(枯季停抽后巷道水位上升的穩定高度)，推斷巷道涌水源為底板以下的區域含水層地下水(承壓水)，承壓水通過構造斷裂帶持續導入巷道。

根據巷道內滲水點與涌水點高程及其水力特征分析:二疊系下統碳酸鹽巖層，在標高3 575 m以上分布局部潛水含水層(大部分地段為透水不含水層)，在標高3 575 m以下存在區域承壓水含水層。巷道掘進到潛水含水層，則會出現滲水、滴水現象;巷道掘進至溝通區域承壓含水層的斷裂帶，當巷道高程低于承壓水頭時即會發生涌水。

2.3 巷道涌水與排水動態特征

根據6段抽排水量統計:巷道涌水點的抽排水量在100～160 m3/h之間，巷道抽排水總量枯季約300 m3/h、雨季600～800 m3/h，年抽排水總量約 400×104m3。巷道滲水量、涌水量隨季節變化十分明顯，雨季涌水量約是枯季涌水量的2倍以上，且部分小涌水點具有枯季枯竭、雨季復現的特點，表明碳酸鹽巖含水層地下水與降水、地表水有較密切的水力聯系。

3 地表水與地下水水化學成分的相關性分析［1］

為進一步判識巷道滲水與涌水水源，共采集水樣12組，其中巷道滲水與涌水點水樣5組、礦區北側溪溝水樣5組、礦區周邊的尕海湖與黃河水樣各1組，進行水化學離子與化合物及主量和微量元素的實驗室測試分析，水樣類型與采樣位置見圖1。各水樣的主要離子與化合物以及主量元素和微量元素含量的變化曲線詳見圖2、圖3、圖 4。對水樣進行了相關性分析，求解其相關系數R。

圖1 區域水樣采集點位置圖

分析各水樣的水化學成份曲線以及相關系數R:各水樣化學成份含量的變化含量均有較好的一致性(即含量變化的同步性)，各樣本(水樣)的相關系數 R大多在0.98以上，僅以主量元素為指標的黃河水(K－07)、尕海水(K－06)與其它水樣本(K－01～K－05，K－001～K－005)的相關系數 R在0.92～0.94之間，以37種微量元素為指標的泉水(K－01)與其它水樣本的相關系數 R在 0.70～0.84之間，但以36種微量元素(不含 Ba)為指標的泉水(K－01)與其它水樣本的相關系數R仍達到0.98以上。即各水樣(以水化學成份為指標)具有很好的相關性。

圖2 各水樣的主要離子與化合物曲線圖

4 巷道滲水與涌水的水源判識［2］～［4］

4.1 雪水、泉水、溪溝水關系

分別采集雪水(K－03)、泉水(K－01)、雪水與泉水混合水(K－02)各1組水樣，采集溪溝水2組水樣(K－04、K－05)。

雪水源于降水，降水與雪融水滲入表土層并在溝腦溢出形成泉水，所以泉水實源于降水與雪水，溝溪水為匯集的上游雪融水與泉水及其混合水。雪水的礦化度較低，但微量元素較高;泉水由于溶濾表土鹽份(主要是Ca離子)以及表土吸附微量元素的作用較強，所以泉水較之雪水，其礦化度急劇增高、微量元素明顯降低;溪溝水繼承了雪水與泉水的水化學成份，其含量多寡大致取決于雪水與泉水物質含量的混合比。

圖3 各水樣的主量元素曲線圖

圖4 各水樣的微量元素曲線圖

4.2 溪溝水、滲水、涌水關系

分別采集溪溝水(雪水與泉水混合水)3組水樣(K－02、K－04、K－05)，采集巷道滲水2組水樣(K－004、K－005)、涌水 3組水樣(K－001、K－002、K－003)。

礦區北側溪溝水匯集雪融水、泉水后沿河道徑流，徑流過程中不斷滲失，調研期間溪溝水徑流至小橋附近即全部滲失，采集水樣時溪溝水徑流至K－05取樣點即全部滲失。當融雪水較多或雨水較大時，溪溝水流量大，溪溝水可徑流過小橋(礦區東北角)流向下游;一般情況下溪溝水流量較小，在小橋之上游區即全部滲失。溪溝水滲失水量，即為礦區碳酸鹽巖層地下水的補給量組成之一;事實上，礦區碳酸鹽巖層地下水還有來至區域降水、表土層地下水、溝流水的入滲補給。

巷道滲水水化學離子和化合物及主量元素的平均含量，總體略大于或大致相當于溪溝水的平均含量;巷道滲水微量元素的平均含量，大多小于或大致相當于溪溝水的平均含量，滲水僅Ni、Zn等少數微量元素的平均含量略大于溪溝水的平均含量。表明巷道滲水為標高3 575 m以上的碳酸鹽巖層局部含水層地下水(潛水)，其主要來源于北側溪溝水的入滲補給。

巷道涌水水化學離子和化合物及主量元素的平均含量，均明顯大于溪溝水、滲水的平均含量;巷道涌水微量元素的平均含量，基本上均大于滲水的平均含量，大多小于溪溝水的平均含量，涌水僅 Li、Cr、Ni、Zn、Ge、Sr、Cs 等少數微量元素的平均含量略大于溪溝水的平均含量。表明巷道涌水來源于標高3575m以下的碳酸鹽巖層區域含水層地下水(承壓水)，導水通道為構造斷裂帶，區域含水層地下水既有來至礦區北側溪溝水的入滲補給，也有來至區域降水、表土層地下水、溝流水等的入滲補給。

4.3 巷道涌水與尕海湖水、黃河水關系

為查明巷道涌水與尕海湖水、黃河水的關系，分別采集了尕海湖(K－06)、黃河(K－07)水樣各1組。

巷道涌水水化學離子和化合物及主量元素的平均含量，均明顯大于尕海湖水、黃河水的含量;巷道涌水微量元素的平均含量，大多小于尕海湖水、黃河水的含量，涌水僅 Sc、Cs、U等少數微量元素的平均含量大于尕海湖水、黃河水的含量。從水化學特征分析，巷道涌水接受尕海湖水、黃河水補給的可能性甚微。

巷道涌水點標高3 554.0～3 572.5 m，涌水水頭高程不會低于3 554 m;尕海湖水面標高為3 438 m，黃河水面標高為3 391 m;巷道涌水水頭高出尕海湖水面、黃河水面的高度分別為116 m和163 m。顯然，從水動力特征分析，尕海湖水、黃河水不可能成為礦區巷道涌水的水源。

5 結論

(1)從水化學特征分析，礦區巷道涌水接受尕海湖水、黃河水補給的可能性甚微;從水動力特征分析，尕海湖水、黃河水也不可能成為礦區巷道涌水的水源。

(2)采集的12組水樣，可分為雪水、泉水、溪溝水、巷道滲水、巷道涌水、尕海湖水、黃河水等水樣類型。各水樣的水化學成份曲線與數據均有很好的相似性和相關性，表明所有水樣均具有親緣性，即各類型水的最早源頭均應為大氣降水。雪水源于降水，降水與雪融水滲入表土層并在溝腦溢出形成泉水，雪融水(降水)與泉水匯流成溪溝水。礦區北側溪溝水繼承了雪水(降水)與泉水的水化學成份，其含量多寡大致取決于雪水(降水)與泉水物質含量的混合比;礦區北側溪溝水，當融雪水較多或雨水較大時，溪溝水可徑流過小橋(礦區東北角)流向下游;一般情況下溪溝水流量較小，在小橋之上游區即全部滲失。

(3)礦區巷道滲水為標高3 575 m以上的碳酸鹽巖層局部含水層地下水(潛水)，其主要來源于北側溪溝水的入滲補給;巷道涌水來源于標高3 575 m以下的碳酸鹽巖層區域含水層地下水(承壓水)，導水通道為構造斷裂帶，區域含水層地下水既有來至礦區北側溪溝水的入滲補給，也有來至區域降水、表土層地下水、溝流水等的入滲補給。巷道掘進到潛水含水層，則會出現滲水、滴水現象;巷道掘進至溝通區域承壓含水層的斷裂帶，當巷道高程低于承壓水頭時即會發生涌水。

［1］謝家發，胡寶臣.統計學原理［M］.鄭州大學出版社，2008.

［2］王玉民，焦立敏.利用水質分析法判定礦井涌水水源［J］.煤礦安全，2001，10(10)23－25.

［3］楊建等.新安礦井突水水源的水化學特征分析［J］.礦業研究與開發，2005，5(4):70－73.

［4］陳付申，齊玉峰，王關杰.銀家溝硫鐵礦礦床充水水源分析［J］.地下水，2008，11(6):114 －115.

GIS－based Method of Deyang City Planning Area Water Quality Management Model

CAO Zhen － zhen，KANG Wei－ dong，LI Gui－ juan，WANG Run － lan
(State Key Laboratory of Continental Dynamics，Geology system，Northwest University，Xi’an 710069，Shaanxi)

The article is based on comprehensive analysis of the hydrogeological characteristics，water seepage and the water gushing dynamic in Zhong Qu gold area. With correlation analysis of each group of chemical water samples，it determines the relationship among the gushing water seepage and atmospheric precipitation，snow，spring ，Gully water，Ga sea water，the water of the Yellow River water and other types of relationships，thereby distinguishing the roadway gushing water. The results show that the ultimate source of water for the mine north of Gully，regional precipitation，surface soil groundwater，ditch water，etc.，for the gold roadway Chung song provides the basis for governance.

Roadway gushing;water source analyzed;water source distinguished;groundwater dynamic characteristics;water chemical relative analysis

P641.4+1

A

1004－1184(2012)01－0017－03

2011－09－27

曹珍珍(1987－)，女，山東章丘人，在讀碩士研究生，主攻方向:水文地質。