大型露天礦山的水文地質特征及開采技術條件分析

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

酒泉位于甘肅省西北部，處于河西走廊西面的祁連山、阿爾泰山和馬鬃山間，東經91°19′～100°21′，北緯38°08′～41°48′，自漢代開始就是連接中原、東北通往西域的重要交通樞紐，北面除少數和內蒙接壤以外，絕大多數區域都和內蒙的阿拉善盟相連，西面臨近新疆維吾爾自治區，南面靠近青海省海西、蒙古族自治州，而其東面緊鄰張掖，總面積達19.1萬平方公里，占整個甘肅省總面積的41.9%[1]。且區域內礦床數目眾多，礦體規模大，露天礦內礦品品位較高，是我國優質礦山資源。

1 大型露天礦山的水文地質特征

1.1 地形地貌及地表水

甘肅酒泉境內的大型露天礦區在地貌上屬于丘陵地區，地勢呈東南高，西北低。區域內存在阿爾泰山、祁連山等。中生代、晚生代巖層構成山脈脊柱，標高普遍在180m～220m，最高為419.21m。西北部地勢平緩，以河流湖泊等低洼地為主，標高在30m～80m之間，地表水有黃河等，黃河歷年最高水位為19.812m。大型露天礦山的東南和東北方向最低標高分別是32.18m、27.91m，當地侵蝕基準面最低標高為27.1m。礦體大致沿南西一北東方向延展，處于侵蝕基準面之上，地表植被發育較為稀少，巖體部分呈裸露狀態，地表徑流條件一般，區域內存在的大小河流有十八個，面積一共為1018m2～45181m2平方米，水位標高在32.8m～76m左右。區域內礦山一共存在4處天然地下水下降泉，性質上屬于碳酸鹽巖溶縫隙水，常年有流水經過，一般狀況下其流量大致是0.176L/s～0.28L/s，隨著大氣降水的季節性變化發生漲落，北部和東北部為礦山水自然流出方向。

1.2 水文氣象

甘肅酒泉氣候類型上屬于半沙漠干旱性氣候，全年干旱少雨，日照時間長，蒸發旺盛，冬冷夏熱，全年多風沙。冬季最低溫為-31.4℃，年均溫在7.1℃～7.7℃之間。全年風向為西南風，其次是東北風。境內最大風速為25米/秒，平均風速為2.9米/秒。年平均降雨量在79mm左右，最大降雨量在160mm，雨季在每年的6、7、8、9月份，年平均降雨時長為兩個多月[2]。每年水量平均蒸發量為2278.4mm。相對濕度上，每年最高為55%，年平均為45.2%。全年最大積雪深度是10mm左右。最冷時區域內凍土深度為1.71m，冰凍期一般固定在每年的12月至次年3月。年均日照時長為3416.4小時，日照百分率70%，10月份高達80%。河水的徑流量由于季節的變化受其影響顯著，每年雨季河水的徑流量明顯增加，旱季徑流量大幅降低甚至嚴重者達到斷流的地步。區域內地下水主要是靠大氣降水以及融化雪水的補給，因此甘肅酒泉內的地下水明顯受其季節性影響，水量在枯水期和豐水期存在顯著差別，地下水位也隨其變化發生明顯變動。

1.3 地下水

甘肅北部地區的地下水一直處在交替狀態，因而河水水質在垂直差異上表現得并不是很明顯，因為甘肅北部日照強烈，蒸發濃縮極其顯著[3]，在不透水層隔離的作用下，水體大致呈現上咸下淡，如圖1所示。

甘肅酒泉北部地區的河谷地下水化學類型主要是SO42-——Ca2+型，PH值在7.70～8.51之間，溶解性固體含量在1078mg/L～1565mg/L，總硬度在320.00mg/L～480.81mg/L，局部地區因為受環境污染的影響，出現了個別離子含量猛增，可總體而言其區域內的水質依然適合人畜飲用，滿足農業灌溉要求。

礦區內包括了三個含水層：第四系沖擊層含水層、風化帶含水層、深部縫隙含水層。

第四系沖擊層含水層，具體分布在河流兩側，寬度大致在10m～120m左右，厚度不一，自河流下游至上游逐漸加厚，最厚可達120m，主要是泥沙卵石層，滲透系數一般在0.5cm/s～0.37cm/s。

風化帶含水層，存在于蝕變千基巖、硅化絹云母巖以及花崗斑巖之中，是礦區內分布最為廣泛的含水層。地下水主要存在于強風化帶內，其地下水位的深度一般在50m左右，伴隨風化帶的厚度而發生變化，其水位最深可達90.12m，最淺為3.15m，其變化規律為風化層厚則地下水位深，反之則淺。另外地下水位的坡度比較陡峭，通常在25°～30°之間，坡度變化起伏和地形保持基本一致。該層滲透系數2.30×10-5～2.35×10-4cm/s，主要是由大氣降雨補給。

深部縫隙含水層，風化帶以下的巖體是更為微弱的含水層。該層含水帶具體表現為脈絡狀分布的構造縫隙承壓，滲透系數為1.64×10-7～6.91×10-6cm/s，從表現看屬于隔水層。

2 大型露天礦山的開采技術條件

2.1 礦山礦床所處位置工程地質條件對勘查技術條件的影響分析

甘肅省酒泉市境內的大型露天礦山基本上都屬于典型的鐵錳礦巖體，絕大多數礦山內分布的是鐵錳礦巖體，所以在特征表現上在該區域的上方和周遭廣泛分布著粗質巖，這在性質上屬于質地較為堅固的巖體，其Ra值大于等于69MPa；除此之外，少數部分分布的礦體上方位置分布著凝固巖體以及粗質砂石巖體，該巖體在性質上屬于半硬度花崗巖體，其Ra值在28MPa～39MPa之間，該巖體在抗腐蝕性上表現的比較弱，但其巖體穩定性偏高。大部分礦山的西側，其礦體上方普遍廣泛分布粗質安巖，該巖體礦體堅硬，其Ra值一般超過68MPa，同樣，其抗腐蝕性能也比較低，穩定性偏高的特點；礦山下方巖體一般是粗質花崗巖，該巖體巖石堅硬，其Ra值大于等于61MPa，在巖體局域可以發現清晰地綠泥石。

2.2 地表水與地下水及各含水層之間的水力聯系

地表水與地下水及各含水層之間的水力聯系主要包括兩方面內容。各含水層之間的水力聯系，主要表現在花崗巖上段和棲霞組、巖灰組之間容易發生水力聯系，可斑巖類巖體的含水層地下水的水力聯系比較微弱，嚴重時彼此之間的水力聯系甚至不復存在。地表水和地下水間的水力，區域內鐵礦段的地表周圍存在部分河流，河流下部有隔水層，且地表大理巖體的巖溶性發育不完善，地下水和地表水之間存在微弱的水力聯系。

2.3 礦坑涌水量預測

礦區銅礦在水文地質構造上基本上其水文地質特征類似，且根據區域內存在大型露天礦山的多年實際排水資料，所以需要通過比擬法預測礦山的礦坑涌水量。比擬法計算公式如下所示：

式中，Q降代表直接降落在露天礦山上的降水量(m3/d)；F代表露天礦山的占地總面積(m2)；W則代表降水量，分別按照年平均W1，月最大量W2，日最大量W3進行單獨計算；t代表時間，分別根據365d（全年）、30d（全月）、1d（每天）單獨計算。關于大氣降水量，根據當地氣象資料總結為：歷年平均降水量W1為658.5mm；歷年月最大降水量W2為225.1mm；歷年日最大降水量W3為78.5mm。開采面積：各個礦區按照露天礦山底部從圖紙上選取開采面積。每個礦山對礦區分別編號，計算面積與水量。

2.4 礦床充水因素分析

區域內的地表巖體表面風化程度比較大，裂隙發育較大，透水性較好，直接受到大氣降水的季節性補給，并順著裂隙向地下逐步滲透，這也是基體裂隙水、碳酸巖類裂隙溶水的主要補給來源。所以，覆蓋整個甘肅酒泉礦山境內的基巖裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水也是礦床補給水的主要原因。另一方面，礦山部分巖脈穿插和構造破裂形成的充水帶，也是礦床補給水的主要原因。以后區域內開采地表和地下采區時，地表和地下水極易匯聚，特別是在每年的雨季，露天礦山的采區更容易積水，這就在很大程度上增加了地下水的補給量，所以在開采時必須加以注意。

3 結語

對大型露天礦山的水文地質特征及開采技術條件進行分析，依托甘肅省酒泉市的水文地質特征，根據當地礦山開采要求，對其開采技術條件進行分析。另外在礦山開采過程中產生的廢料，其堆放不單浪費場地，更對環境造成污染，所以盡可能地綜合利用，變廢為寶，保護環境。希望本文對礦山開采條件的分析可以為以后大型露天礦山的成礦作用和開采提供一定意義的參考價值。