甘肅省肅南縣紅尖一帶重晶石及多金屬礦水文地質條件及礦坑最大涌水量預測

王春暉

（甘肅省地質礦產勘查開發局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020）

勘查區地處祁連山中段討賴山北坡，海拔在3000m ～4300m。據肅南裕固族自治縣氣象站2000 年～2014 年資料，區內氣候干燥，日照充足，溫度變化劇烈；年平均氣溫4.2℃，極端最低氣溫-27.6℃，極端最高氣溫33.4℃，無霜期116 天；年降水量267.0mm，降水時空分布不均，年內降水季節變化明顯，主要集中在5 月～9 月，2000 年～2014 年間最大連續降水量29.5mm（2009年），占該年年降水量的9.32%；年蒸發量1732.9mm，是年降水量的6.49 倍；最大凍土深度245cm；區內盛行西北風，年均風速2.0m/s，8 級以上大風年均3.5 天；年日照時數2787.2h，年總太陽輻射量變化在110kc/cm2～160kc/cm2之間。

1 區域水文地質條件

1.1 地下水類型及富水性

工作區地處祁連山中段討賴山北坡，位于討賴河中上游位置，根據巖性特征、地下水埋藏條件情況，劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、基巖裂隙水三類。

（1）松散巖類孔隙水。區域內松散巖類孔隙水主要分布于討賴河河谷、支溝及山前單斜帶狀緩坡和平原，水位埋深較淺。含水層巖性為礫石、碎石、砂類土、礫類土等，分選性一般，滲透性不一，厚度一般2m ～30m。主要補給來源為大氣降水直接滲入、冰雪融水、河流滲漏[1]。

（2）碎屑巖類裂隙孔隙水。碎屑巖類裂隙孔隙水主要賦存于白堊系下溝組、石炭系羊虎溝組礫巖、含礫砂巖、砂質泥巖等裂隙孔隙中。巖石裂隙孔隙發育極不均勻，一般含水微弱。其富水性主要受地形地貌條件，在地表分水嶺及陡坡地帶，不利于降水及雨洪入滲，富水性弱；平緩溝谷及山前沖洪積扇地帶，有較好的匯水條件，富水性較好。其次在構造發育地段，儲水裂隙較發育，具有一定的儲水空間，富水性相對較好。

（3）基巖裂隙水。主要賦存于長城系樺樹溝組、青白口系五個山組變質巖及加里東晚期侵入巖風化裂隙及構造裂隙中，含水層巖性為千枚巖、灰白色石英巖、白云巖、灰巖、綠色安山巖、輝長巖等。由于巖石裂隙發育極不均勻，裂隙發育程度隨深度增加而減弱，一般裂隙含水微弱，含水極為不均，多屬潛水類型。富水性主要受地形地貌條件和地層巖性、構造控制[2]。

1.2 地下水補徑排條件

區域地下水主要補給來源為大氣降水、冰雪融水、河流滲漏補給以及上游地下側向徑流補給,地下水接受補給后，總體自高處向低處運移，運移方向與地形總體坡向一致，大部分以泉和平面流的形式最終匯入地表河流。

1.3 地下水動態

根據鄰近礦區水文地質資料，淺層地下水動態特征主要隨季節變化，一般4月～7月地下水位處于上升階段，8月以后，地下水位逐漸下降，10月中旬以后隨地表河流結凍，至翌年5月解凍。下部松散巖類孔隙水和基巖裂隙水水位基本穩定，年際變化較小。

2 礦區水文地質條件

礦區地處祁連山腹地中高山區，最低侵蝕基準面位于礦區東側討賴河河谷，高程2830m。礦區礦體高程一般2877m ～3140m，礦體大部分位于當地侵蝕基準面之上，地形坡降大，有利于自然排水。

2.1 地下水類型及富水性

根據地下水埋藏條件和水力性質，結合區域水文地質特征，將礦區地下水劃分為松散巖類孔隙潛水、碳酸鹽巖類裂隙水、碎屑巖類裂隙水、變質巖類裂隙水及火成巖類裂隙水五種類型。

（1）松散巖類孔隙水。主要賦存在討賴河河谷、支溝及山前單斜帶狀緩坡區洪積、洪沖積層孔隙中，含水層巖性為砂礫石、砂碎石等，分選一般，滲透性好，厚度2m ～30m。補給來源主要為大氣降水、冰雪融水的滲入補給。地下水接受補給后，沿溝谷向下徑流，大部分匯入地表河流，一部分順溝谷以溝谷潛水形式徑流。地表河流在向下游徑流過程中，一部分垂直下滲補給河谷潛水。

（2）碳酸巖鹽類裂隙水。主要分布在礦區南東部一帶，含水層巖性主要為青白口系五個山組白云巖及長城系樺樹溝組結晶灰巖。巖石地表巖溶現象不發育，巖石裂隙發育極不均勻，裂隙發育程度隨深度增加而減弱，且裂隙溶隙多被碳酸鹽及泥質完全充填，局部不完全充填，一般裂隙含水微弱，含水極為不均。

2.2 地下水補徑排條件

礦區松散巖類孔隙水補給來源主要為大氣降水直接滲入、冰雪融水及地下徑流補給。地下水接受補給后，沿溝谷向下徑流，大部分匯入地表河流，一部分順溝谷以溝谷潛水形式徑流。地表河流在向下游徑流過程中，一部分下滲補給河谷潛水。礦區地下水排泄方式主要有泉、地下徑流及蒸發。

2.3 地下水動態

礦區地勢陡傾，淺層地下水接受大氣降水、冰雪融水等滲入補給后，呈面流快速通過，地下水位基本穩定，年際變化小。基巖裂隙水基本穩定，年變幅較小。

3 礦坑最大涌水量預測

3.1 計算公式

采用大井法（1）、單面進水廊道法（2）計算含水層單元的涌水量。計算公式如下：

式中，Q-預測涌水量（m3/d）；Kcp-平均滲透系數（m/d），經計算取值0.028m/d；H-含水層厚度；h-豎井水柱高度，疏干狀態下為0m；R-影響半徑（m）；r-豎井及引用半徑（m）；L-設計運輸巷道長度，初步確定為500（m）；B-設計運輸巷道寬度，初步確定為3（m）；

3.2 計算參數

（1）滲透系數K 的計算。根據地質孔ZK0301 鉆孔提水試驗資料和水位恢復資料，采用裘布依穩定流公式計算和確定（表1），其中水位降深sw=11.25m，涌水量Q=13.10m3/d，含水層厚度H=65.86m，鉆孔半徑rw=0.047m。

表1 水文地質參數計算成果表

（2）影響半徑R 的計算。影響到的范圍等效成均質條件下，單井側向無限含水層模型，經計算正常礦坑涌水引用影響半徑R0=178.88m。經計算分析，初步確定水位標高降深至首采地段2994.71m 時影響半徑R=178.88m。根據礦床開采的方式，采用引用影響半徑R0=178.88m，大井引用半徑按計算公式確定。

（3）采掘工作面面積F。采用地下井采時，豎井的進水面積F=2πr×H。平巷的開拓面積F=井巷長度（L）×井巷寬度（B）。

礦坑涌水量預測以開拓工程的深度即開采水平進行預測，本次預測主要針對Ba1g、Ba4g 和Fe4g、Fe2g 主礦體進行預測。如第一開拓水平為地下100m（高程2994.71m），含水層厚度（H）即為第一開拓水平之上的含水層厚度。

3.3 預測礦坑涌水量的可靠性分析

影響豎井涌水量預測的因素是多方面的，礦區實際水文地質條件往往不易查清，與計算公式假設條件往往不一致，因此預測的豎井最大涌水量可能與實際情況有所出入或出入很大。此次勘查由于抽水試驗鉆孔的數量少、孔徑小，揭露到的含水裂隙數量少。

4 礦區水資源綜合利用評價

礦區地處祁連山中高山區，距礦區約5km討賴河常年有水，礦化度0.376g/L，水質良好，屬淡水，可作為生活用水。對礦區基巖裂隙水水質進行綜合評價，其中硫酸鹽及溶解性總固體嚴重超標，水質極差，不能直接作為飲用水，礦山生產用水對水質無明顯的要求，從水質角度上講，井巷排水可用水礦山工業用水，根據單面廊道法計算第一開拓水平（高程2994.71m）礦坑正常排水302m3/d，從水量角度上分析井巷排水可滿足礦山生產的工業用水。

綜上所述，礦區主要礦體位于當地侵蝕基準面以上，地形有利于自然排水，礦床主要充水含水層和構造破碎帶富水性較弱，地下水補給條件差，第四系覆蓋厚度較小，水文地質邊界簡單。因此，綜合確定礦區水文地質條件為簡單。