礦山水文地質特征及涌水量預測
——以甘肅尚家溝金礦為例

張 暉

（甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730030）

對于礦山區域來說，為確保開采的質量和安全，工作人員需要在作業開始前，掌握區域內的水文地質特征，分析和計算地下水分布及可能出現的涌水量，準確了解區域特征，合理地規劃開采的方案，以保障礦區內部作業的安全性，降低危險系數[1]。本文就對礦山水文地質特征與涌水量預測進行了詳細的分析和說明。

1 礦山水文地質特征

尚家溝金礦礦區所在位置周邊河流分布較多，如燕子河、李家溝等，是典型的半濕潤向濕潤亞熱帶過渡區，氣候溫暖且多雨。

1.1 水文特征及最低侵蝕基準面

從現場勘查了解到，目前開采礦床的分布高度均在礦區最低侵蝕基準面以上，因此，該區域的地形、地貌有利于開采中地下水的有效排泄。

1.2 地下水類型、埋藏位置及分布特征

一是溝谷松散巖類孔隙水。該礦區內地下水多是以條狀分布在河溝的砂礫石層內，水層厚度在1.5m以內，地下埋深較淺，但水位埋深的變化相對較大，部分地區埋深可達1m～3m左右，整體分布呈現從溝腦到溝口由淺到深的特點。

二是基巖裂隙水。礦區的地質結構因為經過多次的構造運動的影響，存在較多層間裂隙、褶皺及小型斷裂帶。而其中較大裂隙在發展中逐漸形成一個較為完整的水文地質單元，區域間的水力聯系相對緊密。裂隙內部的水分流動多是由基巖裸露區域降水實現供給，汛期內水流量相對較大。另外，該區域內存在的層間裂隙、褶皺及小型斷裂帶為地下水匯聚的重要場所，但含水量不多，分布較為分散。

三是碳酸鹽類裂隙溶隙水。該類型地質結構的地下水多數集中在礦區北部區域內，以薄層狀灰巖含水巖組、薄層狀灰巖含水巖組形態為主，巖層的表面存在的裂隙、溶隙較多，是地下水存儲的重點區域。不過該區域受到地質結構及運動特征的影響，深部裂隙數量較多，富水性較差。

1.3 地下水補給、徑流與排泄

區域內的孔隙潛水是由地表水、基巖裂隙水、大氣降水共同補給形成，其穩定性較強，徑流條件較好。礦區內地下水補給則是以大氣降水為主，雨水通過透水巖層和裂隙滲透到地下，通過內部的裂隙來維持水源的正常流動，流至低洼地區，自動匯聚，或沿著徑流方向排放到相應位置。而在礦區內部產生的基巖裂隙水和碳酸鹽類裂隙溶隙水，因其具有移動性，因此，很難控制水位，即使在相對平穩的區域內，水位仍然無法固定。

1.4 含水層的富水與隔水性

1.4.1 透水不含水層

含水層中巖組構成多是以第四系松散巖類為主，其中包括山體表面坡體上殘留的堆積物及采礦過程中形成的廢棄石渣。以石英片巖、千枚巖、風化碎屑物為主，厚度在0.5m到3m左右。另外，在該區域內裂隙發育較好，孔隙較多，使得區域的儲水能力較差，地表水、地下水一般在進入該區域后沿著徑流方向排出，體現透水不含水的特征。

1.4.2 含水層特征

一是河谷沖洪積含水組。該巖組主要分布在河溝河谷區范圍內，涉及區域較廣，且因為河谷內的地質、地貌發育不健全，呈現狹窄的特點。根據勘察結果，河谷寬度在10cm～20cm之間，形狀以條帶狀為主，局部存在斷裂現象。巖層的結構以漂石和砂礫卵石為主，孔隙率高，透水性較強。地下水埋深的深度在0m～3m之間，含水層的厚度較薄，并且對涌水量展開測量，發現單井涌水量每天在100立方米左右，屬于弱富水區。

二是泥盆系屯寨組含水巖組。該區域主要是由石英千枚巖和片巖組成的區域，內部裂隙較多，多以風化和構造裂隙為主，厚度在30m～50m左右，富水性相對較弱。觀測發現，該區域以滴水區居多，溢水量每秒在0.01～0.75升左右，整體富水性較為薄弱。

三是泥盆系橋頭組和屯寨組含水巖組。該區域以薄層狀灰巖裂隙溶隙水巖組為主，富水性是以刺激斷裂構造破碎帶為主，連通性佳，是地下水活動的主要場所。

1.4.3 隔水層特征

隔水層分布在裂隙較為發育地區的下部位置，以微、未風化層為主，無賦水空間，具有較好的隔水效果。該區域受礦區南北部主導斷裂的影響，部分地段的斷層、構造破碎帶雖然較為發育，但由于主導斷裂受力為壓扭應力，產生的次級斷層延伸長度短，影響寬度小，向深部延伸的距離小。條狀帶斷層碎帶的下部無賦水空間，連通性不佳，導水性能較弱，是天然的隔水地帶。

2 礦坑涌水量預測

2.1 充水原因

尚家溝金礦礦區以大梁分水嶺為界，南部礦體一直延伸到尚家溝和付家溝流域，整體性強，區域內的地下水直接匯聚到李家溝內，構建了一個較為完整的水文地質單元。北部作為運輸巷道，一直延伸至干溝附近，其是一條獨立的水文地質單元。礦區南部有地下水排泄影響帶，北部為地表分水嶺，西部和東部區域除靠近溝渠部分為地下水排泄帶外，其余部分均作為隔水結構。分水嶺北部運輸巷道北段延伸段地下水排泄影響帶，其南部的地下水邊界為地表分水嶺，東、西兩側為干溝右岸有影響的支溝分水嶺，北部干溝主溝谷為排泄區的邊界。根據該區域的情況，探究分水嶺南側礦區，分別計算區域內地下水侵蝕基準面上下兩部分的涌水情況，北部則是預測分析巷道內涌水量。

2.2 涌水量評價

按照礦區各段的地質水文特征給出針對性方式開展南北兩個區域礦坑內涌水量的預測工作。根據尚家溝礦體的賦存及采礦、運輸巷道的分布情況，對分水嶺南礦床區段以區內地下水侵蝕基準面為準分上、下兩個部分分別進行涌水量的預測。在分水嶺北部僅預測運輸巷道的涌水量。擬采用降水入滲系數法、結合調查實測平巷地下水的滲溢量對礦區段地下水水位面以上的礦體進行礦坑涌水量的預測。采用水平坑道涌水量預測法對礦區段地下水侵蝕基準面以下的礦區進行涌水量計算，分析預測該區段礦坑的涌水量。

2.3 礦坑涌水量預測

2.3.1 地下水水位面以上的礦體礦坑涌水量的預測

（1）降水入滲系數法：該方法使用的公式為：Q總=Q有效×F×α。公式中，Q總代表降水入滲總系數值，Q有效則為有效的降水量，F為入滲面積，α為降水入滲系數。該區域內的平均降水量在616mm左右，降水入滲系數可取值0.135，兩個區域內地下水入滲補給的面積分別為0.43和0.27平方千米。結合這組數據利用上述公式計算得出南部降水入滲量為35758.8m3/a，得到礦坑涌水量為97.96m3/d；北部降水入滲量為22453.2m3/a，計算得到運輸巷道涌水量為61.51m3/d。

（2）開采和運輸巷道內的實測涌水量：一是開采區的實測涌水量。在礦區內設置5個開采平硐，監控整個礦區。區域內的滲溢流量在每秒0.38～0.89升之間，對比標準的要求，滲溢流量較小，涌水量每天在32.83m3～76.89m3之間，平均涌水量為54.86m3/d。

二是運輸巷道實測用水量。運輸巷道子橫穿大梁分水嶺，地下水滲溢量每秒達到14.85～19.2升。運輸巷道呈現北南向延伸特點，延伸長度在1496m，巷道內地下水主要由幾處小斷層破碎帶滲溢的地下水匯集而成。其涌水量每天在129.60～216.00立方米之間，平均涌水量為172.80m3/d。

2.3.2 地下水水位面以下的礦體礦坑涌水量的預測

根據礦體所在區域的水文地質條件進行概化[2]，采用潛水非完整式水平坑道涌水量預測計算（狹長水平坑道）公式進行水平坑道涌水量的預測。

根據下表內容，開始涌水量的預測。

由表1可知，該區域降水的深度在150米左右，坑道長度為100米，計算得出坑道內涌水量每天在95.39立方米。當坑道長度在200米和400米時，涌水量預測數值分別為每天119.89立方米和168.89立方米。

表1 潛水非完整式水平坑道涌水量計算預測用參數表

2.3.3 總涌水量的預測

利用降水入滲法進行預測計算可得[3]，南部區域地下水位面以下區域的涌水量在97.96立方米。運輸巷道涌水量在61.51立方米。因降水入滲法計算時的涌水量為礦體賦存區及采礦巷道工程分布區有影響范圍內，年降水平均入滲轉化為地下水的量，但該地下水只有部分通過區內的裂隙、斷層破碎帶滲溢到巷道區，從排水系統排泄出礦區，然而，部分則以地下徑流的形式排出礦區，因此，最終確定南北兩個區域涌水量分別為97.96立方米和61.51立方米。

根據礦區實際情況及收集到的資料數據，展開預測計算，得出設置的5個開采層中，總的涌水量每天在32.83～76.89立方米之間，平均涌水量每天可達54.86立方米。而北部運輸巷道內的總涌水量在129.6～216立方米，平均數值為172.8立方米。在各層位巷道中，滲溢的地下水會通過排水系統排出礦區，因此，該區域內的涌水量與排水總量之間存在對等關系。

在地下水位面以下的礦區開采前，對狹長水平坑道降排水加以了解，深度在150m，坑道長度100～400米不等，利用相關公式可計算出涌水量在95.39～168.89立方米之間。不過涌水量是變動的，其會隨著巷道高度、寬度、延伸長度的變化而存在不穩定特征。

綜合上述數據，按照最大化原則，以150%考慮涌水量，將該地區南部礦體結構地下水位面下的涌水量設定在每天146.94立方米；運輸巷道總涌水量為每天324立方米；南部采礦區段地下水水位面以下礦坑降深150m，水平坑道長100m～400m時，涌水量為每天143.09～253.33立方米。可供礦山建設、開采設計時利用。

2.4 涌水量防治

該礦區內的斷層結構的出現具有導水功能，為保證區域的穩定性，需要對斷層區域實行防水支柱或注漿加固。在處理該區域涌水量時，堅持以預防為主、先探后掘、先治后采的原則。此外，在對礦區地下區域展開探查時，可采取物探、鉆探、化探的方式了解富水性特征，隔水層所在區域空間，掌握地質、地貌及地下水變化，做到科學分析和預測，展開事前預防和控制，保障礦區作業的安全性。

3 結語

希望上文論述可以提高專業人員對礦區水文地質特征及涌水量的掌握和了解的程度，并在實際作業中結合相關數據資料，做到科學規劃和處理，掌握用水量防治措施，以此促進礦區開采的順利作業，提高礦區的安全等級。