個舊礦區水文地質現狀及地下水保護與利用

彭必建，李四堂

(云南地質工程勘察設計研究院，云南 昆明 650041)

本文個舊礦區指個舊斷裂以東、甲界山以西區域，面積約360km2，為大型錫多金屬礦床。采礦活動始于清代，至今有400年歷史。礦區分布云南錫業股份有限公司主力礦山，礦權面積上百平方千米，年生產規模達數百萬噸。礦業活動為地質環境改造的主要營力，自然水文地質環境遭受強力改造。

1 水文地質環境背景

1.1 自然地理

礦區地處紅河水系與南盤江水系分水嶺地帶，主體為巖溶斷塊山地地貌，一般標高2 000m～2 400m，北東側鄰蒙自盆地，標高約1 300m，南側為紅河峽谷，標高約150m。分水嶺以北為南盤江支流瀘江流域，以南為紅河流域；礦區內地表水系不發育。礦區屬南亞熱帶氣候，平均氣溫11.8℃，年降雨量1 613mm，蒸發量1 203mm。

1.2 水文地質

1.2.1 水文地質單元

紅河、南盤江兩大水系的地表分水嶺由奪底、黃羊壩方向，過老廠鎮以北、個舊市區以南，呈東西向穿過，地形最高點海拔2740m(蓮花山)。地下水分水嶺與地表水分水嶺大體上一致，但在礦區受礦業活動影響，地下分水嶺南移7～8km。地下水以巖溶水為主，埋藏較深，最高初見水位2 075m。以地下水分水嶺為界，分為兩個水文地質單元。以北屬南盤江水文地質單元，地形向蒙自大屯盆地傾斜，礦區為地下水的補給區，以大氣降水為補給來源，向北東方向逕流，于盆地邊緣排泄，形成大屯淺埋富水地段(標高1 284m)，并泉水出露。以南為紅河水文地質單元，總體地形向南傾斜，礦區為地下水補給區，在接受降雨補給后，地下逕流由于南側島狀分布碎屑巖(T1x、T3h)的阻隔，向西南、東南方向分流，分別于西側卡房大溝(標高1 350m～1 560m)和東側綠水河(標高300m)，以泉水和地下暗河形式排泄，最終匯入紅河(圖1)。

圖1 個舊礦區東區區域水文地質圖

1.2.2 含(隔)水層

依含水介質屬性，將區內含(隔)水層分為以下三類：

①松散層孔隙水含水層：第四系(Q)殘坡積層，紅粘土為主，含錫礦，厚度一般5m～10m，分布不連續，一般不含水，富水性差。

②碳酸鹽巖巖溶水含水層：中三迭統個舊組(T2g)灰巖、白云巖，總厚度1 248m～2 383m，分布廣泛，為主要含礦層位。巖溶強烈發育，洼地、漏斗、落水洞眾多。據調查，巖溶負向形態密度老廠礦區為1.26個/km2，新建礦區達2.63個/km2，，以往鉆孔揭露最大溶洞高26.79m。含巖溶水，富水性強。據區

域水文地質普查成果，一般泉水流量4.5～35L/s，大者達數百升每秒。也為礦區主要含水層。

1.2.3 礦床水文地質類型

三個含(隔)水層在垂向上，呈上下迭置關系。上覆松散層對基巖地下水具一定保護作用。花崗巖隔水層為巖溶水儲水底板。含礦碳酸鹽巖為強富水含水層，深部礦體在地下水位以下，巖溶水為礦井水充水主要因素，深部礦體開采時，礦井水疏排困難。礦床水文地質類型為巖溶含水層充水為主的復雜類型。

2 水文地質環境改造因素

礦業活動對礦區水文地質環境影響嚴重，主要改造方式表現在露天沖采和地下坑采形成大面積井巷工程與采空區、礦井大量疏排地下水、地表形成大量廢石堆與選廠尾礦等。

2.1 露天沖采

礦山自采礦之始至上世紀七十年代，采用水力沖采方法開采紅粘土層砂錫礦。第四系松散層孔隙含水層多被剝離，基巖裸露，大氣降水由經過土層入滲補給轉化為直接補給；巖溶地下水防污染能力隨之降低。

2.2 地采井巷工程與采空區

上世紀七十年代中后期轉為地下開采，采用平硐+盲斜井+盲豎井開拓方式。現礦區井巷工程縱橫交錯，總長度超過350萬米，單位面積井巷長度超過1萬m/km2。地下井巷工程的開拓立體串通含水介質，巖溶含水層地質結構改變很大，于是地下水逕流更加通暢，交替更為迅速。

個舊礦區歷史上累計采出礦石上億噸，現地下采空區面積約8km2～10km2。一般埋深300m～600m，局部小于100m。采空區引發地面塌陷區面積1.33km2，單條地裂縫最長達360m，最寬達0.6m，并地表巖體松弛。地面塌陷、地裂縫及塌陷區支離巖體等有助于降水及地表逕流下滲，提高有效補給程度。

2.3 礦井大量疏排地下水

每座礦山往往有若干個平硐排水，仿佛“群孔抽水”合力疏干礦區地下水，強力改變巖溶水的天然狀態。一方面地下水由巖溶網管流變為平硐集水廊道流集中排泄，另一方面人工疏干，地下水位大幅降低。

據調查和收集礦山觀測資料，現狀主要礦山水位降低167.17m～687m，礦井累計排水量最小10.01萬m3/d，最大42.96萬m3/d，詳見表1。

表1 主要礦山礦井排水量統計表

依上表最小、最大排水量平均值估算年排水量為9 667m3/a，其與蒙自五里沖水庫蓄水量大體相當。

2.4 采礦廢石與選廠尾礦

歷史采礦產生大量廢石，礦區有較大棄渣場(堆)73處，占地面積約86.13hm2，共1 423.6萬m3。另外，在礦區北部有多個小型選礦廠，單老廠分公司礦區范圍內就有8個尾礦庫建于巖溶洼地中。尾礦污泥、污水中的有毒、有害元素，勢必對地下水造成污染。

3 水文地質環境現狀評估及預測分析

3.1 水文地質環境現狀評估

3.1.1 地下水補給、逕流、排泄條件變異

礦山經歷了長期開采，區域水文地質格局未發生根本性的改變，仍然屬于南盤江和紅河二個水文地質單元。但是，地下水的補給、逕流、排泄條件已顯現出新的特點。

補給條件：由于表覆紅粘土(砂錫礦)被剝離，加之地下形成大量采空區產生了地面塌陷與裂縫，以及地下水位大幅下降、包氣帶厚度增大等原由，巖溶含水層的補給逕流更加通暢，大氣降水的有效補給能力顯著增強。礦區年平均降水量1 613.0mm，礦井年排水量9 667萬m3，礦山開采影響范圍360km2，計算得出大氣降水入滲系數為0.61。若將礦區邊緣地下水天然排泄點現狀流量一起考慮，則入滲系數接近0.8。

逕流條件：天然狀態下，區內巖溶地下水以溶洞、溶隙為滲流運移的通道。現狀條件下，縱橫交織的采礦坑道達1萬m/ km2以上，成為集水逕流廊道，地下逕流更加通暢。另一方面，礦山疏干排水井口就近設立，地下水流程大大縮短，導致地下水循環周期減小，并動態季節性變化更為敏感，礦區疏干排水量雨季、旱季倍比4.29。

排泄條件：現礦山設立疏干排水井10余個，致使地下水排泄條件產生較大變化。北部蒙自大屯海水文地質單元，老廠、松樹腳、大屯礦區礦井疏干最低標高1 360m，仍高出最低排泄區(大屯海)1 284m，但礦井疏干排水截流了逕流，從而減小了下游排泄區的排泄量，現狀大屯海一帶地下水位有明顯下降。同樣，分水嶺以南水文地質單元，受卡房、新建礦山最低疏干標高1 385m的影響，卡房大溝1 350m～1 560m排泄區原有泉水流量12.25～133.31L/s，現狀流量僅3.26～12.45L/s，個別干枯；紅河(元江)北部岸綠水河暗河出口枯季流量5 430L/s，現狀調查流量減小為3 000L/s。

3.1.2 降落漏斗與分水嶺遷移

由于礦山長期疏干排水，礦區地下水位持續下降。分水嶺北側礦區地下水穩定水位2047.0m～1613.5m，礦井疏干標高1360m，水位降低分別為687.0m、470m、253.5m；分水嶺以南礦區地下水位2025.0m～1552.17m，礦井疏干最低標高為1600m、1385m，水位降低475.0m、167.17m。現狀巖溶地下水位局部接近下伏花崗巖隔水體頂面，含水層呈半疏干或全疏干狀態。

現狀已形成兩個降落漏斗(圖2)。北部降落漏斗平面呈 “彎刀狀”，橫向寬3～4km，縱向長約13km，面積約48km2，漏斗中心位于老廠礦區北部1360m中段。南部降落漏斗平面呈“長條”狀，東西寬約3km，南北長約7km，面積約22km2，漏斗中心位于新建礦1 385m中段。

北部疏干排水強度大于南部，北部降落漏斗面積及水位降低值也大于南部，故地下水分水嶺向南遷移7km～8km。

3.1.3 地下水污染

據1∶20區域水文地質普查報告，區內巖溶水化學類型為HCO3-Ca·Mg型，礦化度小于0.5g/L，適于生活和生產利用。據礦山多年水質監測，現個別水樣砷含量輕微超標，原因尚不明確，不排除為選礦尾礦渣液污染的可能性，其余指標均符合國家飲用水標準，現狀水質變化小。

3.1.4 礦井水利用

本區礦井疏干排水量大、水質較好，除礦山自身生產用水外，還作為水源開發利用，與之配套的排水、輸水、供水工程初步建成。

其中，老廠礦區1 800m、馬拉格礦1 730m平硐向個舊金湖排水量約8 000m3/d。松樹腳、大屯和大部分老廠礦區礦井水由1 360m中段和地面溝渠向大屯選廠、甲介山游泳池供水約4 000m3/d；南部卡房分公司、卡房分礦和部分新建礦礦井水由云錫公司泵至卡房鎮利用。

區內礦井排水量平均26.22萬m3/d，粗估現狀總利用水量約5萬m3/d，利用率低，僅為19.1%。

3.2 預測分析

區內礦山均為延續生產礦山，后續服務年限12年(大屯)～28年(老廠)，最低開采標高北部松樹腳礦910m，南部新建礦為1 350m。

依據水文地質比擬法預測礦井涌水量。公式如下：

Q=Q0·F/F0·(S/S0)

式中：Q-預測涌水量(萬m3/d)；Q0-現狀涌水量(萬m3/d)；F-預測全面開拓的影響面積(km2)；F0-現狀開拓影響面積(km2)；S-預測水位降深值(m)；S0-現狀水位降深值(m)。

其中，由于未來持續深部開拓，坑道控制新影響面積不會有較大變化，故F/F0≈1。分南北兩區分別計算，北區含馬拉格、大屯、松樹腳、老廠四個礦區，南區含卡房分公司、卡房分礦和新建礦三個礦區。

表2 礦井涌水量預測計算表

結果顯示：預測北區礦井涌水量較現狀增大1.34倍，降落漏斗中心向松樹腳礦移動，下游大屯海一帶地下水位將持續下降；南部地區礦井涌水量較現狀增大1.21倍，降落漏斗無顯著變化，但礦井疏干排水標高低于卡房大溝部分泉水出露標高，其流量漸小或干枯，綠水河暗河水量大體上維持在現狀水平。由于北區礦井疏干910m低于南區(1 350)m約440m，南盤江與紅河分水嶺將持續南移。

此外，據礦山資源開發利用方案，后續采礦工程未有大的改變，地下水水質狀態發生顯著變異可能性小，但需要警惕區內選礦及尾礦渣液的滲漏污染。

4 地下水資源保護利用建議

個舊礦區經歷了數百年的開采，礦山水文地質環境遭受改造有必然性。在采礦活動終了后，欲將水文地質環境全面恢復到原有自然狀態是十分困難的。但是，局地有限恢復是可能的，如松樹腳礦910m中段通過井底水倉提至1 360m平硐排出，新建礦1 350m中段水倉提至1 385m平硐排出，開采后不再排水，依賴降雨入滲補給，若干年后，地下水位有望分別恢復至 1 360m和1 385m水平。另一方面，考慮個舊、蒙自是滇南缺水的城市，水資源嚴重制約當地經濟社會發展。個舊礦區礦井排水量大、位置高，為緩解水資源緊缺局面提供了有利條件，茲根據“因地制宜，因勢利導，開發與保護并重”的原則，對礦山水資源保護與礦井水利用提出如下建議：

(1)開展水文地質調查與監測，為地下水資源保護與利用提供依據

礦區處在南盤江與紅河分水嶺地帶，水文地質環境條件復雜。以往進行的區域水文地質普查，和近期開展的礦山地質環境保護與恢復治理工作，為認識與分析礦山水文地質背景與現狀提供了基礎資料，但其深度與全面性明顯不足。為此，需開展專項水文地質調查，范圍應涵蓋蒙自大屯盆地和紅河二個水文地質單元，輔以地下水監測工作，以查明水文地質環境的演化，掌握變化態勢，為水文地質環境保護與地下水利用提供依據。

(2)建立健全礦井水資源分配方案，提高利用率

現狀礦山排水量10.01～43.01萬m3/d，年逕流量接近一個大型水庫，且水質較好，為當地新增一處生活水源。但是目前利用率不足20%，仍有廣闊的開發利用前景。建議進一步摸清礦山排水口位置及排水量，和需水戶空間、時間分布情況，制定科學的水資源分配方案，避免無效排放和浪費，有效合理利用礦井水，最大限度提高水資源利用率，促進蒙自、個舊地區經濟社會發展。

(3)借助現有輸水、蓄水設施，調節礦井水季節性變化

礦坑涌水主要來源于大氣降水補給，受降水季節性控制礦井最大最小排水量相差四倍左右，豐、枯變化大。礦山輸水系統已經初步建立，可借助附近的個舊金湖、大屯海、蒙自長橋海及其他壩塘集蓄汛期礦井水，保證枯水期有效供給，這也是提高礦井水利用率的重要舉措。

(4)截斷污染途徑，避免地下水質惡化

礦區地下水存儲介質為開放式巖溶系統，無良好防護蓋層，易遭受有毒、有害物質污染，脆弱性高。現狀礦區內仍有數座小型選礦廠及尾礦庫，其選礦廢水及尾礦渣液可能成為地下水的污染源。現狀礦井水有砷污染痕跡，應引起重視。因此，建議加強選廠生產期間生產用水的循環利用及尾礦庫的防滲措施的監管，并盡早廢棄區內選礦廠及尾礦庫。另外，還需做好礦區生活垃圾與污水的無害化處理。

(5)植樹種草恢復植被，保護地下水資源

受長期礦業活動的影響，區內原生植被慘遭破壞，呈現大片裸地，森林植被覆蓋率低，加之礦井疏干排水，地下水位大幅降低，巖土水分涵養保持能力降低，建議植樹種草恢復植被。森林對地下水保護顯著，對適宜植樹場地優先恢復為林地，可采用喬+灌模式混種。部分地段土層貧瘠，水源缺乏，植樹成活率低，建議改種牧草，建設養殖基地，規模化飼養牛羊，既可實現礦山綠化，又為滇南城市提供新鮮、安全肉奶食品，收到兩全其美效果。

參 考 文 獻

[1]云南地質局第十五地質隊.1∶20萬個舊幅區域水文地質普查報告[R].1980.

[2]云南地質局水文地質工程地質公司. 1∶20萬金平幅河口幅區域水文地質普查報告[R].1982.

[3]云南地質工程勘察設計研究院.云南錫業股份有限公司大屯錫礦礦山地質環境保護與恢復治理方案[R].2013.

[4]云南地質工程勘察設計研究院.云南錫業股份有限公司松樹腳分礦礦山地質環境保護與恢復治理方案[R].2013.

[5]云南地質工程勘察設計研究院.云南錫業股份有限公司老廠分公司礦山地質環境保護與恢復治理方案[R].2013.

[6]云南地質工程勘察設計研究院.云南錫業股份有限公司卡房分公司礦山地質環境保護與恢復治理方案[R].2013.

[7]云南地質工程勘察設計研究院，云錫集團新建礦業有限責任公司礦山地質環境保護與恢復治理方案[R].2013.

[8]國土資源部.礦山地質環境保護與恢復治理方案編制規范(DZ/T0223-2011)[S]. 2011.