安徽某銅礦深部礦體礦坑充水水源分析

葉 強

（安徽銅陵有色金屬集團股份有限公司安慶銅礦，安徽 安慶 246131）

安徽銅陵有色金屬集團股份有限公司下屬安慶銅礦，位于長江中下游鐵銅成礦帶中部，是一個水文地質條件復雜的大型巖溶金屬礦山。本次研究的馬頭山端部礦體平面范圍分布于W5～W17線，深度從－570m至－650m，為整個安慶銅礦礦區最西端的深部礦體，屬于新開拓區域，為水文地質工作盲區。在基建工程完成前，未形成足夠的排水能力，基建巷道及硐室在強含水層中進行，有可能發生局部區域淹井，對井下安全生產形成威脅。必須快速查明礦坑充水水源，為下一步的防治水措施提供依據，有針對性地解決礦坑充水問題［1］，減少和避免突水造成的損失，保障礦山安全高效生產［2］。

1 馬頭山端部礦體水文地質特征

1.1 端部礦體地質特征

本次研究范圍為馬頭山礦段的Ⅰ號礦體－560 m以下部分，平面范圍分布于W5～W17線，深度從－570m至－650m，礦體呈透鏡體體狀，存在分支復合及倒轉現象。礦體總體走向體分布東高西低，向西側伏，F6斷層～W10線礦體近于水平，走向近東西，傾向北北西，傾角20°～50°，W10線以西至W15線礦體走向轉為北西—南東，上部傾向北東，下部傾向南西，W15線以西礦體走向又轉為近東西。傾向北北西，傾角20°～45°，如圖1所示。礦體頂板圍巖主要是白云石大理巖、大理巖和透輝石矽卡巖；底板為閃長巖、透輝石矽卡巖、除局部破碎、風化、穩定性稍差外，一般巖石穩固性較好。

圖1 馬頭山端部礦體示意圖

1.2 礦床地下水系統及含水介質特征

馬頭山礦床直接充水含水體是接觸構造破碎帶，其分布范圍與大理巖舌狀體分布幾乎一致，厚度小于20m。據地面鉆孔及井下鉆孔揭露，其中見大理巖鉆孔中，都未見溶洞，只見小于2cm的晶洞和裂隙。井下涌水特點如下：水平分布水點多且分散、各孔涌水量接近，只有靠近F6斷層和洪塘溝一帶的出水點涌水量略大、垂向上的涌水點位于礦體直接頂板，主要分布在－380～－460m之間。

巖溶發育程度隨著深度的增加而減小，－570m中段施工的兩個水文觀測孔大理巖巖芯整體較完整，僅局部發現小裂隙、小溶洞，兩觀測孔在水平方向上并無明顯的連通關系，富水性差。

2 水化學特征分析

2.1 阿廖金天然水分類法分析

本次研究共取六個水樣進行分析：1＃水樣取自馬鞍山河水；2＃水樣取自CK－2鉆孔水；3＃水樣取自－630m斜坡道（TP16點）水；4＃水樣取自－600m中段沿脈巷道水；5＃水樣－580m斜坡道口；6＃水樣－529m斜坡道叉口底板水。1＃、2＃水樣來自地面；3＃～6＃水樣來自井下。各取樣點水化學組分見表1。

表1 各取樣點水化學組分成果表 mg／L

采用俄國學者O.A.Aleken提出的阿廖金天然水分類法將地下水按化學成分分為不同類型［3］。該方法先按照陰離子含量劃分為三大類，再根據主要的陽離子含量把每一個大類分成三組，然后再按陰陽離子含量從比例關系分為四個型。分類結果如下：馬鞍山河水（1＃）為低礦化度偏酸性S類Ca組Ⅱ型水；CK－2鉆孔水（2＃）為極低礦化度偏中性C類Na組Ⅱ型水；－630m斜坡道（TP16點）水（3＃）為低礦化度偏堿性C類Ca組Ⅱ型水；－600m中段沿脈巷道水（4＃）為低礦化度偏堿性S類Ca組Ⅱ型；－580m斜坡道口水（5＃）為低礦化度偏弱酸性C類Ca組Ⅱ型水；－529m斜坡道叉口底板水（6＃）為低礦化度偏酸性C類Ca組Ⅰ型水。馬鞍山河水（1＃）與600m中段沿脈巷道水（4＃）可視為同一類地下水，－630m斜坡道水（3＃）為與－580m斜坡道口水（5＃）可視為同一類地下水。除2＃樣外，其它5個水樣NO－2含量都是0。2＃樣CK－2鉆孔水樣存在污染，礦化度極低，推測是鉆孔已被堵塞，孔內水與其他含水層沒有水力聯系。

2.2 常規離子含量及庫爾洛夫水質類型分析

各水樣常規離子含量及庫爾洛夫水質類型見表2和表3。影響馬頭山端部礦體地下水類型的因素主要有三點：大氣降水、區域地質環境、地下水補、徑、排條件。本區水質類型主要為HCO3·SO4－Ca·Mg型水和SO4·HCO3－Ca·Mg型水。在深部礦體附近，揭露的出水點多為SO4·HCO3－Ca·Mg型水，這是由于礦區內主要含水層都埋藏較深，地下水徑流通道不暢，水流緩慢，水循環周期漫長，且因為靠近含硫金屬礦床，處于相對封閉的還原環境中，在長期的溶濾作用下，形成了礦化度較高的硫酸鹽類水，而安慶銅礦開采后，長期疏排礦區地下水，水力梯度變大，地下水徑流通道也因為采掘工程變化，使得礦區地下水交替活動加快，在不斷接受淺層地下水的補給條件下，還原環境轉化為氧化環境，地下水水化學類型逐漸變為HCO3·SO4－Ca·Mg型水，同時地下水的礦化度也不斷降低。

表2 各水樣常規離子含量表

表3 各水樣庫爾洛夫水質類型表

2.3 Piper三線圖解

由各水樣陰陽離子毫克當量濃度見表4，各水樣Piper三線圖如圖2所示。

表4 各水樣常規離子毫克當量濃度 meq／L

圖2 各水樣Piper三線圖

由圖2可知：本區6組水樣實際上表現出三種大的水化學類型：－529斜坡道、－580斜坡道和－630斜坡道地下水可分為一類；馬鞍山河水與－600m中段的水可分為一類；ck－2鉆孔水樣單獨位于菱形圖的的右下方，其水化類型與其他5處均不同。－529m斜坡道到－580m斜坡道再到－630 m斜坡道SO2－4離子不斷增加，說明地下水從上游到下游，由于徑流過程中與巖石接觸時間增長，含硫礦物增多，不斷溶解微量含硫礦物。

2.4 水化學組分聚類分析

運用聚類分析的方法，按照本區六組水樣的常規組分及微量元素組分，可得出各組水樣之間的關聯程度，見表5。

表5 各水樣相似度矩陣

按照各組水樣之間的相關性進行分層聚類分析，聚類分析樹狀圖如圖3所示。

圖3 聚類分析樹狀圖

由此可知：

1.馬鞍山河水與井下3＃、4＃、5＃、6＃水樣的相關度分別達到0.952、0.964、0.919、0.888，地表水與地下水水力聯系密切。

2.－529m斜坡道與－580m、－630m斜坡道地下水，水化學成分基本一致，相關度高達0.994。

3.－600m中段水樣與－529m、－580m、－630 m三個斜坡道的水樣都有所差別，與其它水樣的相關度均未超過0.85，但與地表水相關度高達0.964。

4.CK－2鉆孔的水樣與各水樣的水化學特征都不一樣，相關度均較低，均未超過0.65，可單獨劃分為鉆孔有機物污染水。

3 礦坑充水水源分析

自然狀態下，地下水的主要補給來源為大氣降水，其次為地表水。補給途徑為大氣降水直接入滲補給和地表水滲漏補給［4］。礦床開采后，因排泄途徑的改變，存在三個補給源。

3.1 大氣降水

礦區西部、北部、東部山區基巖裸露區，裂隙多閉合、連通性差，補給量不大。中部盆地區，上覆含礫亞粘土，滲透性極弱，補給很微弱。礦區南部東、西馬鞍山三疊系碳酸鹽巖裸露，巖溶裂隙發育有利于大氣降水入滲補給［5］。

3.2 碳酸鹽巖裂隙水側向補給

礦區南部石門湖區地勢低凹，且大面積第四系覆蓋區厚度薄，自然狀態下為本區地下水的排泄區，礦床開采后，因礦坑排水成為地下水的主要排泄途徑，改變了地下水的流向，使該區三疊系碳酸鹽巖裂隙巖溶水在接受大氣降水入滲補給和地表水滲漏補給后側向補給礦區三疊系碳酸鹽巖裂隙巖溶水。

礦區東南部主要含水層埋藏較深，其中，T2y2巖溶裂隙最發育，在T2y2露頭區北東，小斷裂發育，使其勾通了與T1n含水層的水力聯系，T1n巖溶裂隙發育，補給面積大，是礦井涌水的主要補給源。礦井開采后位于該區的觀測孔地下水水位下降明顯，降落漏斗沿東南方向擴展較遠，已至水磨村—陳家破屋一帶。這說明東南部地下水的側向徑流也是礦井涌水的補給來源。

3.3 地表水補給

月山河河床第四系松散砂礫石層下無隔水層，局部地段河床深切三疊系碳酸鹽巖。馬鞍山河床下雖有粘土隔水層，但不穩定，局部存在天窗。兩條河流的沿河地帶，下伏三疊系碳酸鹽巖巖溶裂隙發育，特別溶洞發育，有利于河水滲漏補給［6］。

4 結 論

結合前述本區各水樣的水化學特征及礦坑充水水源分析的結果，可以得出如下結論：

1.本區地下水與地表水水力聯系密切。

2.從－529m斜坡道到－580m斜坡道再到－630m斜坡道，水流路徑增加，與巖石接觸時間增加導致離子增加，存在由淺到深的垂向補給。

3.－600m中段水樣與－529、－580、－630m三個斜坡道的水樣都有所差別，與其它水樣的相關度均未超過0.85，但與地表水相關度高達0.964，說明目前坑道深部主要的礦坑涌水主要來自于淺部巖溶區垂向補給影響。