渣滓溪銻礦深部水文地質(zhì)條件分析

龍長(zhǎng)聰

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一八隊(duì)，湖南 婁底 417000）

切實(shí)做好礦區(qū)水文地質(zhì)工作，查明礦區(qū)水文地質(zhì)條件，預(yù)測(cè)礦井涌水量，對(duì)礦產(chǎn)資源的合理而安全的開采，有著重要的作用。

渣滓溪銻礦于1906年發(fā)現(xiàn)至今，已開采上百年，現(xiàn)開采埋深已大于600m。隨著礦山往深部開拓其礦坑排水量呈急劇增加趨勢(shì)，嚴(yán)重影響礦山的正常開采。本文以渣滓溪銻礦為例，對(duì)老礦山深部開采時(shí)水文地質(zhì)條件變化情況加以分析探討，可為同類情況礦山開展水文地質(zhì)工作及開采設(shè)計(jì)提供一定借鑒。

1 區(qū)域水文地質(zhì)條件概況

礦山地處區(qū)域地表分水嶺地段，為構(gòu)造—侵蝕中低山地貌，地形切割強(qiáng)烈，北西—北北西向“V”型溝發(fā)育[1,2]。

區(qū)域發(fā)布板溪群五強(qiáng)溪組地層，巖性以凝灰質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)砂巖為主，地層走向北東——北東東，該地層含淺變質(zhì)碎屑巖裂隙水，地下水徑流模數(shù)0.440L/s·km2，富水性弱[3]。

區(qū)內(nèi)屬新華夏高級(jí)構(gòu)造區(qū)，北東—北東東向斷層規(guī)模相當(dāng)宏大。礦區(qū)南東側(cè)3km處發(fā)育有伍都沖斷層，盡管其構(gòu)造面屬于壓扭性，但由于強(qiáng)大的地應(yīng)力作用，斷層兩側(cè)巖層比較破碎，給地下水的儲(chǔ)存和運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造了條件，具有一定含水性。

2 礦井水文地質(zhì)特征

2.1 礦井排水情況

渣滓溪銻礦自+370中段至-160中段共設(shè)有13個(gè)開采中斷，總礦坑排水量為75.3m3/h。

綜合分析得出，渣滓溪銻礦上、中部礦坑排水量一直很小，但深部-160中段，水文地質(zhì)條件發(fā)生明顯改變，礦坑水急劇增加，現(xiàn)總礦坑排水量的86%均來(lái)自于深部-160、-250中段，且往深部涌水量有急劇增大的趨勢(shì)。各中段礦井排水情況如圖1：

圖1 礦坑總排水量與中段涌水量變化曲線圖

2.2 深部充水含水層特征分析

渣滓溪銻礦深部礦坑充水來(lái)源為構(gòu)造裂隙水[3]。

（1）F3壓扭性斷層

F3在地表常顯示負(fù)地形，但未見地下水活動(dòng)。斷層深部有鉆探以及多個(gè)中段有巷道揭露，帶內(nèi)主要為碎裂化巖、構(gòu)造角礫巖、斷層泥等，常呈干燥狀，無(wú)滴水現(xiàn)象，為區(qū)內(nèi)控制隔水邊界。

（2）北西向含礦斷裂

-160中段以上的含礦斷裂破碎帶：坑道揭露，破碎帶一般厚0.1m～1.5m，斷裂面光滑平直，斷裂帶常被泥質(zhì)或礦石、脈石充填，破碎帶干燥。

-160中段以下的含礦斷裂破碎帶：鉆探揭露，-160中段以下部分鉆孔中的少數(shù)斷裂破碎帶含裂隙承壓水[4]。

-160中段共施工鉆孔10個(gè)，共5個(gè)鉆孔涌水，涌水孔占總孔數(shù)比例50%。涌水段全部為含礦斷裂帶，流量0.5～2.751L/s。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，渣滓溪銻礦深部構(gòu)造裂隙充水特征為：以F3為隔水邊界，上盤含礦斷裂富含構(gòu)造裂隙水，巖性以砂巖為主的含礦斷裂帶涌水，為礦山深部充水來(lái)源。其中T-KZ0004、T-KZ0402均揭露43、40號(hào)含礦斷裂，其涌水量較大，為主要含水破碎帶。

3 深部礦坑涌水量預(yù)測(cè)

3.1 礦床充水因素分析

據(jù)調(diào)查分析，渣滓溪銻礦深部礦坑水來(lái)源主要為F3斷層上盤含礦斷裂破碎帶水。

3.2 涌水量預(yù)算

考慮已有資料資源估算-456m為未來(lái)最低開采中段，故涌水量預(yù)算至-456m中段。

（1）比擬法：渣滓溪銻礦礦床水文地質(zhì)條件已得到充分開采驗(yàn)證，未來(lái)礦山涌水量預(yù)算可利用該礦業(yè)公司礦井開采排水資料，采用經(jīng)驗(yàn)比擬法計(jì)算。

采用多元相關(guān)比擬法進(jìn)行礦山開采末期涌水量預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)模型為：

Qn——開采未期-456m水平一般涌水量(m3/h)；

Q0——當(dāng)前-250m水平礦坑一般涌水量(取1800m3/d)；

Fn——預(yù)測(cè)-456m水平期巷道控制面積(取0.148km2)；

F0——目前-250m水平巷道控制面積(取0.148km2)；

Sn——-456m水 平 的 水 位 降 深 ：S0+（250-456）=-416m；

S0——-250m水平的水位降深，(取-210m)；

“n”——為待定系數(shù)（取值2.5），本次根據(jù)-115、-160與-250涌水量變化進(jìn)行確定（表1）。

表1 待定系數(shù)確定一覽表

通過(guò)計(jì)算得出，渣滓溪銻礦深部開采至-456中段時(shí)，其平水期涌水量預(yù)測(cè)為9938m3/d。

（2）大井法

①水文地質(zhì)模型

深部礦坑充水由含銻礦斷裂帶承壓裂隙水引起，當(dāng)?shù)V井排水時(shí)，在礦井的周圍就會(huì)形成以巷道系統(tǒng)為中心的具有一定形狀的降落漏斗，這與含水構(gòu)造破碎帶巖體作為相對(duì)隔水邊界抽水周圍形成降落漏斗的情況相類似。因而可以將巷道系統(tǒng)分布范圍假設(shè)為一個(gè)理想的大井--承壓水完整井（圖2）。

圖2 礦坑涌水量計(jì)算水文地質(zhì)模型

②計(jì)算公式及計(jì)算參數(shù)的選取

渣滓溪銻礦目前開采至-250中段，全礦坑涌水量為Q1=1800m3/d，礦山開采至-456中段時(shí)將新增疏干-250中段至-456中段的含水層，新增流量Q2采用隔水邊界附近的大井法中承壓水完整井計(jì)算公式：

A、滲透系數(shù)（K）：根據(jù)抽水試驗(yàn)孔（U-KZ0006）的計(jì)算得出，平均滲透系數(shù)K=0.70m/d。

B、靜止水位至排水巷底板高度ho：-250中段抽水試驗(yàn)孔（U-KZ0006）水壓為40m，得出其水位為-210m，計(jì)算得出ho=-246m。

C、巷道內(nèi)水柱高度（h）：考慮坑道進(jìn)水壓力，取10m。

D、排水時(shí)的水位降低值(S):S=ho-h=236m。

E、假想大井的半徑（r）：參考-250中段巷道系統(tǒng)的面積為0.06km2，其輪廓為不規(guī)則的圓形，-456中段巷道系統(tǒng)布局基本與-250中段一致，故由公式r=計(jì)算得出r=217m。

F、礦井排水的影響半徑（R）：應(yīng)為假想大井半徑（r）與含水層抽水時(shí)的影響半徑（r1）之和。，故R=r+r1=509.8m。

G、大井中心至F3的距離（a）:由-250坑道平面圖上量取為170m。

H、含水層厚度（M）：取涌水孔含水構(gòu)造破碎帶的平均值，為9.59m。

涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果：通過(guò)計(jì)算得出，渣滓溪銻礦深部開采至-456中段時(shí)，其平水期涌水量預(yù)測(cè)為9709m3/d。

（3）預(yù)算結(jié)果評(píng)述

①上述預(yù)算結(jié)果不包括遇導(dǎo)水?dāng)嗔褞凰畷r(shí)的初期涌水量。

②渣滓溪銻礦深部礦坑涌水量計(jì)算是在基本查清礦床水文地質(zhì)條件，并經(jīng)專門水文地質(zhì)鉆探、抽水試驗(yàn)揭露了一些水文地質(zhì)問(wèn)題的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。所采用的水文地質(zhì)模型（計(jì)算方法和公式等）基本正確，本次采用了比擬法和大井法兩種方式對(duì)涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，其計(jì)算結(jié)果得到了相互驗(yàn)證。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)礦山現(xiàn)有充水情況、鉆孔資料以及以往水文地質(zhì)資料進(jìn)行分析，對(duì)渣滓溪銻礦深部水文地質(zhì)條件的有了新的認(rèn)識(shí)，得出結(jié)論如下：

（1）渣滓溪銻礦地處區(qū)域地表分水嶺地段，淺、中部礦坑充水主要來(lái)源為淺層風(fēng)化裂隙水，水量小，但深部水文地質(zhì)條件有所變化，以F3為隔水邊界，上盤含礦斷裂富含構(gòu)造裂隙水，為礦山深部充水來(lái)源。

（2）深部構(gòu)造裂隙含水帶分布十分復(fù)雜，受斷裂構(gòu)造和地層巖性的雙重制約，石英砂巖、凝灰質(zhì)砂巖等堅(jiān)硬脆性巖體含水相對(duì)較好，其中43、40號(hào)含礦斷裂，其涌水量較大，為主要含水破碎帶。

（3）渣滓溪銻礦開采至-250中段礦坑涌水量為Q1=1800m3/d。通過(guò)計(jì)算得出，渣滓溪銻礦深部開采至-456中段時(shí)，預(yù)測(cè)其平水期礦坑涌水量將大于9700m3/d。