新華山銅礦礦坑涌水量預(yù)測(cè)及防治水探討

劉志虹

摘要：新華山銅礦位于安徽銅陵雞冠山礦區(qū)內(nèi)，為巖溶裂隙充水的小型銅礦床，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。本文在分析了其礦坑充水因素及邊界條件后，對(duì)其涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)并提出了防治水的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)，希望對(duì)類似礦山礦坑涌水量預(yù)測(cè)及防治水工作起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：含水層;充水因素;涌水量;截水帷幕

1.自然地理特征

新華山銅礦位于安徽銅陵雞冠山礦區(qū)內(nèi)，屬長(zhǎng)江中下游南岸沿江丘陵區(qū)，礦床地形以羊河為界，羊河以西為丘陵～殘丘，標(biāo)高30m～60m;羊河以東為沖積平原，標(biāo)高13m～15m。區(qū)內(nèi)水系主要為羊河，自南向北流經(jīng)礦床上方，流量99.56m3/s。本區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降雨量1521.5mm，年最大降雨量2013.5mm。

2.礦床水文地質(zhì)特征

2.1主要含水層

（1）第四系沖積含水層：渾圓狀～次棱角狀，泥質(zhì)含量20%左右，結(jié)構(gòu)緊密，含水微弱。淺井抽水試驗(yàn)結(jié)果單位涌水量0.019L/s·m，滲透系數(shù)0.340m/d，水化學(xué)類型屬HCO3-Ca型，礦化度0.142g/L～0.225g/L。（2）龍頭山組巖溶裂隙含水層：分布于礦床東側(cè)及深部。該層巖溶發(fā)育，鉆孔溶洞能見(jiàn)率60%，單孔巖溶率1.04%～10.24%，溶洞少有充填物。在該層鉆進(jìn)中動(dòng)水位淺而穩(wěn)定，沖洗液嚴(yán)重漏失。SHK12抽水試驗(yàn)結(jié)果，水位降深2.58m，單位涌水量3.58L/s·m，滲透系數(shù)4.60m/d;ZK2710、G1孔抽水，結(jié)果相近，表明該層富水程度強(qiáng)，是未來(lái)礦床開(kāi)采的充水來(lái)源。地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca型，礦化度0.453g/L。（3）巖漿巖類裂隙含水體分布于礦床東側(cè)淺部，覆蓋于龍頭山組含水層之上。經(jīng)抽水試驗(yàn)：降深25.77m時(shí)單位涌水量0.110L/s·m，滲透系數(shù)0.210m/d。礦床西側(cè)及深部巖體富水程度弱，可視為隔水層。（4）構(gòu)造裂隙含水帶：東西向構(gòu)造裂隙帶：帶內(nèi)巖石破碎，呈角礫～碎裂狀，含水性好，ZK256試驗(yàn)結(jié)果：降深3.12m，單位涌水量2.238L/s·m，滲透系數(shù)2.645m/d，富水程度強(qiáng)。

2.2主要隔水層

（1）第四系坡洪積隔水層（Q4dl-p）l：分布于洋河，西側(cè)團(tuán)山村～雞冠山電影院一帶，厚4m～15m，巖性為褐色亞粘土夾碎石，含水性差，蘭花沖SHK4簡(jiǎn)易抽水，涌水量為0。（2）三疊系黃馬青組及第三系砂巖隔水層（T3h、Rh）零星出露于地表，見(jiàn)于木魚(yú)山等地，鉆孔在石英閃長(zhǎng)巖內(nèi)見(jiàn)該巖組的俘虜體，巖性為紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖角巖等，富水程度極弱。

2.3地下水動(dòng)態(tài)、含水層及其與地表水之間的水力聯(lián)系

（1）地下水動(dòng)態(tài)：礦區(qū)內(nèi)地下水由于受采礦排水影響，天然動(dòng)態(tài)遭破壞。據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)資料地下水位呈逐年下降趨勢(shì)，年下降速率在2m/y～3m/y，但仍隨季節(jié)變化，受大氣降水影響，地下水位變化曲線與羊河流量變化曲線形態(tài)基本一致。（2）含水層之間的水力聯(lián)系從ZK256、ZK270、ZK563等三孔長(zhǎng)觀曲線可以看出：地下水位峰值出現(xiàn)時(shí)間基本相同，曲線形態(tài)基本一致，動(dòng)態(tài)變化相似。區(qū)內(nèi)兩條構(gòu)造裂隙帶切割巖體，并延伸至大理巖，各層間無(wú)隔水層存在，存在密切水力聯(lián)系。ZK2710（M）和新民礦豎井（δ0）抽水試驗(yàn)表明，巖體與大理巖（T2l）之間存在密切的水力聯(lián)系。（3）地表水與地下水的水力聯(lián)系上部巖性為褐黃色粘土、亞粘土，厚4.5m～7.5m，隔水性好，下部為含泥礫石層，厚度1m～1.25m，泥質(zhì)含量在30%～40%，結(jié)構(gòu)緊密，透水性差。河床為切穿上部粘土層，據(jù)ZK2710（δ）抽水試驗(yàn)結(jié)果，同期地表水高出地下水8m～10m，降落漏斗直接過(guò)河。

3.礦坑涌水量預(yù)測(cè)

3.1充水因素及邊界條件

（1）充水因素：主礦體分布在56～68線，主礦體主要賦存標(biāo)高-100m～-200m，走向?yàn)楸睎|向，賦存于巖體東接觸帶，與龍頭山組大理巖直接接觸。大理巖巖溶發(fā)育，沿接觸帶發(fā)育尤甚，富水性強(qiáng)，是主要充水含水層。北東向構(gòu)造裂隙帶位于礦體頂部，巖體中與其下部接觸帶水力聯(lián)系密切，北東端切入龍頭山組大理巖頂部，溝通了與區(qū)域地下水的聯(lián)系，為導(dǎo)水和富水構(gòu)造，既是通道又是充水水源?！澳⒐綘睢睅r體超覆于大理巖之上，受構(gòu)造和風(fēng)化作用影響，淺部含水，深部逐漸減弱，為間接充水，沿構(gòu)造裂隙帶進(jìn)入礦坑。（2）邊界條件：朱村橋～向陽(yáng)村巖墻構(gòu)成西部隔水邊界、朱村橋～團(tuán)山巖體構(gòu)成其南部隔水邊界，礦床內(nèi)地下水主要接受北部及東部地下水補(bǔ)給。據(jù)鉆孔編錄和測(cè)井成果，巖體賦水底板平均標(biāo)高為-116.42m。

3.2涌水量預(yù)測(cè)

計(jì)算方法及參數(shù)確定

礦體呈長(zhǎng)條狀分布，長(zhǎng)寬比達(dá)40倍，故按給水廊道考慮。

1石英閃長(zhǎng)巖涌水量QI按東側(cè)進(jìn)水，潛水完整式水平坑道計(jì)算。QI=BKcpH2/2R..............1

式中：Kcp，石英閃長(zhǎng)巖含水體平均滲透系數(shù)，采用ZK270、ZK333、G2、G4加權(quán)平均值，Kcp=0.199m/d;

H：礦床平均穩(wěn)定水位到含水體底板距離，含水體底板平均標(biāo)高-116.42m，平均穩(wěn)定水位標(biāo)高為-1.86m，則H=114.56m;

B：坑道長(zhǎng)度，取-140m標(biāo)高礦體長(zhǎng)度，B=370m;

R：影響半徑，按公式R=2S√KcpH計(jì)算。計(jì)算得QI為441.66m3/d。

2構(gòu)造裂隙帶涌水量QII

裂隙帶兩側(cè)與巖體接觸，其北東端與龍頭山組大理巖接觸，視兩側(cè)為隔水邊界，主要考慮北端進(jìn)水，按半個(gè)潛水完整井公式計(jì)算。

QII=1.366KcpH2/2（lg2R0-lgr）..............2

式中：Kcp，裂隙帶滲透系數(shù)，采用ZK256、ZK2701、D1、G1新民豎井加權(quán)平均值，Kcp=5.51m/d;H：裂隙帶含水體厚度，潛水面標(biāo)高-1.86m，含水體底板標(biāo)高-116.42m，則H=114.56m;

r0：井半徑，取裂隙帶平均寬度之半;

r0=40.35m;

R：影響半徑，按公式R0=r0+2S√KcpH計(jì)算。經(jīng)計(jì)算的QII為

20090.47m3/d。

3大理巖涌水量QIII按單側(cè)進(jìn)水，承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓不完整排水工程計(jì)算。QIII=BKcp（2h-M）M/2R+sqr..............3

式中：

h：靜水位至坑道底板距離，靜水位標(biāo)高-1.86m;M：坑道底板以上含水層厚度，含水層頂板標(biāo)高-116.42m;Kcp：大理巖滲透系數(shù)，采用G1、ZK2710、ZK371、SHK12加權(quán)平均值，Kcp=6.40m/d;qr：引用流量，按丘加也夫圖解求得。其中：T：坑底至有效帶下限距離，有效帶厚度為1.3h;C：坑道寬度之半，C=2m。R：影響半徑，按公式R=10S√Kcp計(jì)算;B：坑道長(zhǎng)度，B=370m。

經(jīng)計(jì)算得-140m標(biāo)高QIII為2020.17m3/d、-180m標(biāo)高QIII為4891.07m3/d。

因而礦坑總涌水量-140m標(biāo)高為22552.3m3/d、-180m標(biāo)高為25423.2m3/d。經(jīng)礦山基建時(shí)-180m排水量驗(yàn)證，所預(yù)測(cè)的涌水量基本正確。

4.防治水的探討

為了減小水資源浪費(fèi)及巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害，2007年礦山在北東側(cè)68線、69線之間施工完成290m的改性泥漿截水帷幕，孔距6m～26m、孔深約190m，施工注漿孔7781.69m/26孔，注漿量31506.15m3。在礦坑試排水中發(fā)現(xiàn)截水帷幕對(duì)地下水有一定攔截作用，但試排水發(fā)現(xiàn)帷幕內(nèi)外觀測(cè)孔水位差幅不大、且同步升降以及帷幕外巖溶塌陷仍時(shí)有發(fā)生。由此可見(jiàn)帷幕中可能存在未完全封堵的巖溶過(guò)水通道或者帷幕東部存在繞流。因此筆者認(rèn)為要想減小礦坑排水量及巖溶塌陷發(fā)生率，其防治水工作需做好以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)已有的截水帷幕進(jìn)行物探、鉆探檢查，看其是否仍有未被封堵的巖溶水通道以及薄弱地段、并優(yōu)化注漿工藝及注漿材料性能，提高帷幕的截水效果，經(jīng)注漿補(bǔ)強(qiáng)后使北東側(cè)截水帷幕能基本切斷帷幕內(nèi)外的地下水水力聯(lián)系，達(dá)到攔截北東向破碎帶地下水進(jìn)入礦坑。

（2）從帷幕施工的鉆孔看，接觸帶附近巖溶較為發(fā)育，因而需查證東側(cè)接觸帶進(jìn)水的可能，如有進(jìn)水在礦床東側(cè)需施工截水帷幕，封堵礦床東部大理巖與巖體接觸帶及大理巖巖溶帶，截?cái)嗌畈繋r溶裂隙水與區(qū)域淺部巖溶水的水力聯(lián)系。

（3）從礦床所在地形及巖溶塌陷的發(fā)生條件看，其上覆第四系地層局部可能入滲條件較好，因此在截水帷幕內(nèi)對(duì)地表水進(jìn)行治理，盡量減少大氣降水及地表水滲入補(bǔ)給地下水。

5.結(jié)語(yǔ)

新華山銅礦為巖溶裂隙充水的小型礦床，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，本人在研究其勘察資料及帷幕注漿資料后，采用水動(dòng)力法對(duì)其礦坑涌水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)并對(duì)防治水工作提出幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)，以供大家探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]安徽銅陵新華山銅硫礦床詳查地質(zhì)報(bào)告[R].安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)，1994.10.

[2]銅陵市新華山銅礦地下水截水帷幕工程初步評(píng)價(jià)報(bào)告[R].安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)，2007.4.

[3]吳大敏.新橋礦東翼開(kāi)采帷幕注漿工程實(shí)踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2006，25（9）：35-37.