剛果（金）加丹加省卡拉比銅鈷礦水文地質(zhì)條件淺析及涌水量預(yù)測(cè)

胡遠(yuǎn)檔，高崳飛，徐 桃

（1.中國(guó)有色剛果礦業(yè)有限公司；2.中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541000）

1 概況

卡拉比銅鈷礦位于剛果(金)加丹加省利卡西市盧安博鎮(zhèn)，屬于中非銅鈷成礦帶剛果（金）段中段。該礦山1923～1951年間連續(xù)進(jìn)行工業(yè)化開(kāi)采，是剛果（金）利卡西地區(qū)較早開(kāi)采的礦山之一。

礦區(qū)所在的加丹加高原，海拔1180m～1260m，為低緩丘陵區(qū)，屬熱帶高原氣候，溫度在10℃～32℃，一年之中干、濕季分明，年降雨1150mm～1200mm，雨季集中于每年11月至次年4月，其中98%的降水來(lái)自雨季，年平均蒸發(fā)量小于1500mm[1]。區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育。受到區(qū)域推覆作用影響，區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，嚴(yán)重制約了礦山的恢復(fù)開(kāi)采。

2 區(qū)域地質(zhì)

礦區(qū)位于非洲大陸核心扎伊爾克拉通的東北部，主要由前寒武基底和加丹加超群組成。基底包括早前寒武的盧富布超群和中前寒武的莫瓦超群[2]；加丹加超群形成于新元古代,不整合覆蓋在基底雜巖之上，自下而上分為羅恩群、恩古巴群和孔德隆古群（見(jiàn)圖1），其中的羅恩群礦山亞群(R2)為主要的銅、鈷礦含礦層位。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

礦區(qū)所在的加丹加褶皺-推覆構(gòu)造帶，屬非洲中部盧菲利弧形構(gòu)造帶的一部分，加丹加-贊比亞銅（鈷）礦帶發(fā)育期間。盧菲利弧形構(gòu)造帶總體呈NW-SE走向，在剛果（金）境內(nèi)，主要構(gòu)造線在科盧韋齊-利卡西地區(qū)為東西向，從利卡西-盧本巴西轉(zhuǎn)為南東向，延入贊比亞境內(nèi)[3]。礦區(qū)位于利卡西地區(qū)，是該帶的轉(zhuǎn)折部位。

3 礦區(qū)地質(zhì)

3.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)出露地層主要有第四系（Q）、羅恩群的RAT組（R1）、礦山組（R2）及下孔德龍古群的利卡西組（Ki1），詳見(jiàn)表1。

表1 礦區(qū)地層及特征簡(jiǎn)表

3.2 礦區(qū)構(gòu)造

受到區(qū)域推覆運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，地質(zhì)發(fā)構(gòu)造復(fù)雜。按其類(lèi)型可大致分為層間斷層F4、F5及平移斷層F1、F2、F3，斷層破碎帶內(nèi)常發(fā)育不連續(xù)的富礦包。F1斷層位于礦區(qū)最南部，是區(qū)域性斷層，控制著羅恩群地層的南端，見(jiàn)圖2。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

3.3 圍巖蝕變

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育區(qū)域淺變質(zhì)作用，主要為硅化、高嶺土化、滑石化、綠泥石化等。

4 水文地質(zhì)

2018～2020年，礦山進(jìn)行了地質(zhì)勘查，初步開(kāi)展了抽水試驗(yàn)，并施工了水文鉆孔，對(duì)礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)有了較全面的認(rèn)識(shí)，初步查明礦區(qū)含水層巖性、厚度、富水性以及地下水類(lèi)型等基本特征。

4.1 主要含(隔)水層特征

鉆孔揭露主要含水層位置：第一段35m～55m，巖性為蜂窩狀溶蝕硅質(zhì)白云巖，推斷含水層為巖溶裂隙承壓水；第二段70m～80m，推斷巖性為全風(fēng)化碳化白云質(zhì)粉砂巖，含水層為孔隙承壓水。含水層整體上層狀分布，強(qiáng)弱相間。

4.1.1 Q4粘土層

0.00～3.62m紅褐色，磚紅色，松散結(jié)構(gòu)，土狀構(gòu)造。主要由高嶺土等粘土礦物組成。偶見(jiàn)灰白色團(tuán)塊狀粉粘土。本層干燒鉆進(jìn)，巖芯呈塊狀、餅狀，散體狀，微濕，整體硬塑土狀，孔內(nèi)無(wú)水，為隔水層。

4.1.2 SD泥質(zhì)、白云質(zhì)粉砂巖

3.62m～35.13m淺紫灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造。RQD值：3.62m～15m為35%；15m～25m為0；25m～35.14m為22%。為隔水層。

4.1.3 RSC硅質(zhì)白云巖

35.13m～55.84m淺灰色，青灰色，微晶結(jié)構(gòu)，蜂窩狀、塊狀構(gòu)造，主要為白云石、石英，孔雀石化。RQD值：35.13m～39.89m為51%；38.89m～48.99m為0；48.99m～55.84m為85%。為含水層。

4.1.4 RSF硅質(zhì)條帶白云巖

55.84m～70.26m深灰色與紫紅色互層，薄層狀、條帶狀構(gòu)造。RQD值：55.84-65m為28%；65-70.26m為0。為隔水層。

4.1.5 Dstart白云質(zhì)粉砂巖

70.26m～80.06m鉆進(jìn)無(wú)需回轉(zhuǎn)，鉆桿在循環(huán)液沖蝕下直接放下，本段無(wú)心鉆進(jìn)。RQD值為0。為含水層。

4.1.6 Dstart泥質(zhì)粉砂巖

80.6m～94.52m為淺紫色、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層狀、條帶狀構(gòu)造，由白云石、石英、少量粘土礦物組成，無(wú)明顯礦化。RQD值26%。為弱含水層。

4.1.7 RAT.gr塊狀白云巖

94.52m～95.67m(未揭穿)，灰土色，塊狀構(gòu)造，弱硅化，結(jié)構(gòu)致密。RQD值為98%。為隔水層。

4.2 礦區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流及排泄條件

礦區(qū)RSC、Dstart地層為主要含水層，呈帶狀北北西向分布，傾向北東，傾角較陡65°～75°，深部逐漸變緩，真厚度10m～20m。

含水層向南東延伸至采坑，采坑已揭露地下水，采坑及含水巖層地表出露區(qū)域接受降雨入滲補(bǔ)給。礦區(qū)附近未見(jiàn)開(kāi)采本層地下水水井，排泄以蒸發(fā)為主。含水層頂?shù)装鍨楦羲畬樱瑐?cè)向徑流微弱。含水層北北西向帶狀分布，根據(jù)區(qū)域地形推斷應(yīng)由南東向北西徑流，水流坡度較小，徑流緩慢。采坑為人工揭露的地下水露頭區(qū)域，雨季采坑匯聚降雨直接補(bǔ)給含水層，旱季承壓地下水補(bǔ)給采坑。

5 設(shè)計(jì)露天采場(chǎng)涌水量預(yù)測(cè)

5.1 露天采場(chǎng)地下水涌水量的預(yù)測(cè)

卡拉比礦區(qū)地勢(shì)起伏較小，老露天采坑長(zhǎng)約320m，寬約35m～145m，坑內(nèi)積水約15m。2020年9月，礦山采用2臺(tái)280m3/h的水泵開(kāi)展初步抽水實(shí)驗(yàn)，并對(duì)設(shè)計(jì)露天采場(chǎng)地下水涌水量進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，實(shí)驗(yàn)顯示：南部采坑7000m3/d，北部采坑5000m3/d。

5.2 采場(chǎng)設(shè)計(jì)頻率暴雨逕流量計(jì)算

礦體露天采礦場(chǎng)分為南北兩個(gè)采坑，南部采坑匯水面積為73400m2，北部采坑匯水面積為46600m2。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，可知20年一遇日最大暴雨量為110mm，KP=1.43，最大24小時(shí)暴雨量比最大日暴雨量大10%左右，即 H24，p=20%=121mm。因 H24，p=20%=1.43×24，推算歷年24小時(shí)暴雨量均值24為85mm。

5.2.1 模比系數(shù)KP的求取

卡拉比礦床規(guī)模屬中等，礦區(qū)所處區(qū)域強(qiáng)降雨多以雷暴形式在雨季出現(xiàn)，因此，設(shè)計(jì)暴雨頻率取值P=10%。參照附近礦山相關(guān)的水文地質(zhì)資料，20年一遇24小時(shí)暴雨量H24為121mm。

CS/Cv=2.50Cv=0.24(CS為偏差系數(shù)，Cv為變差系數(shù))

當(dāng)設(shè)計(jì)暴雨頻率取值為P=10%時(shí)，根據(jù)CS與Cv的關(guān)系查皮爾遜Ⅲ型曲線值表可得模比系數(shù)為KP=1.32。

設(shè)計(jì)頻率為P=10%的24h暴雨量H24p的計(jì)算。

設(shè)計(jì)頻率P=10%的24小時(shí)暴雨量為：

式中：

24為歷年24h最大暴雨量均值，mm；

5.2.2 設(shè)計(jì)頻率暴雨逕流量Qp的計(jì)算

南部采坑設(shè)計(jì)頻率P=10%的暴雨逕流量為：

北部采坑設(shè)計(jì)頻率P=10%的暴雨逕流量為：

式中：Qp：設(shè)計(jì)頻率暴雨逕流量，m3/d；

H24p：設(shè)計(jì)頻率為P=10%的24小時(shí)暴雨量，m；

F：泵站擔(dān)負(fù)的最大匯水面積，m2；

Φmax：設(shè)計(jì)頻率暴雨逕流系數(shù)，露天坑地表出露巖性為白云巖、砂巖等，取0.8。

5.3 采場(chǎng)正常降雨逕流量

計(jì)算公式如下：

南部采坑正常降雨徑流量Q1：

北部采坑正常降雨徑流量Q2：

式中：H：雨季日平均降雨量，為6.73mm(參考《剛果(金)Kambove礦區(qū)主礦體2019年度水文、工程地質(zhì)勘查報(bào)告》2019.6)；

F：各臺(tái)階降雨匯水面積，單位m2；

φ：地表逕流系數(shù)，根據(jù)《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取0.7。

5.4 采場(chǎng)內(nèi)總涌水量預(yù)測(cè)

露天采礦場(chǎng)內(nèi)總涌水量為露天采礦場(chǎng)地下水涌水量和露天采場(chǎng)內(nèi)大氣降雨逕流量之和。經(jīng)計(jì)算：

（1）南部露天采坑涌水量：

南部露天采礦場(chǎng)正常涌水量Q=7000+346=7346m3/d

最大涌水量Q=7000+6577=13577m3/d

（2）北部露天采坑涌水量：

北部露天采礦場(chǎng)正常涌水量Q=5000+220=5220m3/d

最大涌水量Q=5000+4175=9175m3/d。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)卡拉比銅鈷礦地質(zhì)條件進(jìn)行分析，深入剖析了各層位含(隔)水層特征，并對(duì)礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件進(jìn)行了分析。

通過(guò)抽水試驗(yàn)和參照附近礦山水文地質(zhì)資料，對(duì)設(shè)計(jì)采場(chǎng)正常涌水量和最大涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，為礦區(qū)建立完備的水文地質(zhì)模型，解決排水問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)開(kāi)采，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。