湖南省常德市鼎城區雷公廟南方水泥石灰巖礦礦區水文地質特征研究

[摘要]本文以湖南省常德市鼎城區雷公廟南方水泥石灰巖礦為例，礦區的水文地質特征，對該地區的水文地質條件進行綜合評價，對礦坑開采以及涌水、礦區地形與地表水等展開深入分析。以期為礦區水文地質條件的合理利用提供參考。

[關鍵詞]礦區水文特征；研究

通過對礦水文地質的深入分析，可以確定整個礦區范圍內地下水系統的水文地質條件，特別是充水巖層的水文地質條件。與此同時，利用礦坑開采排水試驗的方式，對礦區范圍內的含水系統結構、礦坑充水因素以及邊界條件等進行分析，為整個礦區范圍內的水文地質模型概化提供可靠的參考依據。對大量的觀測點地下水位降深情況展開分析，減少礦坑的涌水量，為確定礦區的含水層參數提供可靠依據。

1.礦區概況

1.1地形地貌

南方水泥石灰巖礦位于沅江水系。根據其所處位置、周邊地形、地質、水文地質條件等，本次工作區范圍按礦區主要水系的分水嶺來確定，同時也是礦坑涌水來源的補給邊界，大致為：北邊界沿鼎城區與臨澧縣兩縣縣界，它基本沿澧水與沅水流域分水嶺展布，西經豐盈水庫壩體后，沿沖溝西南側山丘蜿蜒而下，東經龍門沖水庫壩體后，沿沖溝東南側山丘、落子山等蜿蜒而下，南端交匯于蔡家崗-解家橋一帶，面積約40.00km2。該區域位于沖積、沖湖積高階地與殘丘坡地的接觸帶，其整體屬于中更新世末（Qp2）以來的上升區，地形開闊呈波狀起伏，在大面積的第四系中，零星分布有寒武系（∈2、∈3）和奧陶系（O1y）灰巖組成的低矮殘丘，丘頂呈渾圓狀，丘坡平緩一般10°左右，丘頂標高100～150m，最高落子山207m，位于礦區東部10km處。灰巖地層屬覆蓋型。地貌形態為殘丘坡地，東西地勢高，中間河谷及丘谷地勢低。礦區海拔為+50～+75m，溝渠農田、低矮崗地錯列分布，最高點位于礦區東南角的木魚山。第四系覆蓋全區，厚度為5～60m不等。

1.2水文地質

常德市屬亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，春季陰雨連綿，夏季潮濕炎熱，雨量集中；秋季秋高氣爽、雨量適中；冬季寒冷干燥，雨量稀少。區內地表水體較發育，河流、池塘、水庫星羅棋布。礦區東北緊臨一廢棄礦坑（主礦坑1974-2010），礦坑開采標高為+52m～-58m，現為一地表水體，水位標高為47.68m，礦坑積水量約3×106m3，未專門回填，現為南方礦的棄土場。礦區東北緊鄰一條小河，經改造后擁有兩條主支流，支流一主要容納南方礦排水，支流二上游為謝花函，中途匯集主礦坑的棄土雍水。與礦區相對的207國道東側，為已回填完畢的廢棄副礦坑（1958-2006），立新河傍其東側南流，于尹家坪與南方排水小河匯流。立新河曾經于1992年、2006年兩度河底穿孔、河水涌入副礦坑。排水小河支流一每天穩定流量為20000～50000m3/d；支流二流量隨季節性變化，變化幅度為240～11400m3/d最高洪水位達+47.68m，河水具暴漲陡落特征，汛期流量約占年總流量的50%以上。立新河的主要支流為雷公廟鎮供銷社后小河，枯水季節斷流，常年流量變化幅度為675.36～6508.56m3/d。

1.3礦區地層特征

在整個礦區前第四系地層方面，全部都是奧陶系下統印渚埠組地層，根據目前現有的一系列資料以及調研結果，同時還要結合化學成分以及受標本特征等，根據不同的巖性特征，對其進行不同的劃分，其中包括上部、中部以及下部。下部則是以灰至淺灰紅色的灰質云巖夾云質灰巖為主，在84年進行勘探時，是直接由鉆孔來進行有效地管理和控制，厚度控制在30m左右。中部則是以淺灰-灰色厚層隱晶質灰巖，單層的厚度控制在1.2～1.5m的范圍之內。局部會伴有粗晶質的灰巖等，新鮮面呈現出淺灰色，同時其自身具有貝殼狀的斷口。其中含有少量的生物碎屑，其自身的含量控制在5%～6%的范圍之內，直徑一般在1～4mm的范圍之內，基本上都是直接由泥晶方解石相互組合而成。在目前整個地質勘探中，其自身的厚度控制在140m左右即可。上部則是以深灰、灰黑色粉晶或細晶灰巖為主，脈呈現出不規則的狀態。在84年勘探過程中，主要以鉆孔進行有效管理和控制，但是在2009年的地質勘探中并沒有看到，其自身的整個厚度控制在20～30m范圍之內即可。

2.礦區水文地質特征分析

2.1礦坑開采以及涌水情況

湖南省常德市鼎城區雷公廟南方水泥石灰巖礦的地理位置則常德市的北西方向30km左右，該礦區被納入到常德市鼎城區雷公廟鎮花園村的管轄范圍。根據相關數據統計，在2011年10月開采礦床的時候，其在才坑的南側+24m左右位置處出現涌水的問題，涌水量經過測算為300m3/h，緊接著過了3天之后的涌水量達到了12000m3/d，而在進入到11月底的時候，涌水量已經高達16000m3/d。除此之外，在2012年的4至6月的時候，其涌水量大概在13000至20000m3/d的范圍之內。一直到2013年的7月初，在項目部入駐之后，+24m平臺的涌水量一直維持在13000至20000m3/d的范圍，平均涌水量為16000m3/d。由此可以看出，排水的不斷增加，導致采礦成本也越來越高，尤其是停電時逐漸形成淹礦，對礦山的正常生產帶來不良影響。為查明礦坑涌水來源，以及礦區水文地質條件，治理涌水現象從而保障礦山正常生產。

該區域的礦區是在2010年3月開工，2010年9月出礦。2011年10月11日，南坑壁標高+27m處溶洞（洞高3.5m，底寬1.2m，呈三角形）突然涌水（以下簡稱1號涌水點），涌水量300m3/h，礦坑排水8000m3/d，3天后排水12000m3/d，11月底排水16000m3/d，2012年10月排水量增至20000m3/d。目前開挖標高-6m。

整個過程中，2號的涌水點涌水量一直在不斷增加，同時由于9月24至26日大氣降水量達到了1950mm。基于此，無論是從集水溝或者是從其他不同類型的設備角度來看，都很難滿足容量方面的個性化要求。此時勢必會導致了-6m～+9m平臺被淹沒，甚至淹沒時間會非常長。根據數據記錄，一直到10月的上旬左右，礦石的出產量才逐漸恢復到正常狀態。

2.2礦區地形與地表水

由于礦區整體是在武陵山隆起以及洞庭湖沉降帶的過渡位置，其自身的基底層整體北向向南東傾斜，可以被看作是殘丘坡地的地貌類型。奧陶系灰巖第四系覆蓋，覆蓋層5.0～60.0m不等[1]。海拔的標高一般控制在51.0～75.0m的范圍之內。結合目前實際情況展開深入分析，對其進行有針對性地改造和升級，尤其是在整個礦坑排水方面，經過計算和統計分析之后，其自身的日排水量可以達到20000～50000m3/d。

2.3礦區含水巖（（組））以及富水性

對第四系當中的更新統河湖相堆積物來說，其一般是在臨澧斷陷盆地中，河流的相堆積物已經被掩埋在早期的河湖相堆積當中。也就是中更新統蠕蟲狀黏土夾礫，其自身可以直接覆蓋在青灰色的粉砂質黏土或者是砂礫石層當中。其自身的總體厚度大概為36.7至58.8m，同時地下水賦存在砂礫石層當中，具有非常明顯的承壓性。該類型的地層主要是分布在礦區的礦權范圍西界以西、南界以南，屬古河道北延邊界部分，單位涌水量為0.011～0.019L/s·m[3]。工作區域范圍內的古河道面積東西寬以及西北長分別是3.5km和4km，上部的粉質粘土含水性相對比較薄弱，而下部的砂礫石含水層厚度一般控制在0.5～25m的范圍之內，其自身的含水相對比較豐富。

對于覆蓋型的巖溶水來說，其自身含水巖組主要是以下奧陶統印渚埠組為主，地貌形態多數都是殘丘坡地，是以第四系覆蓋為主，同時碳酸鹽也會呈現出殘丘狀零星分布。第四系的整個厚度通常控制在3.85至45m的范圍之內，礦區BK2進行抽水試驗操作時，其單位涌水量為0.264～0.318L/s·m。由此可以看出，其富水性為中等。對于裸露型巖溶水來說，礦區一帶通常都是以覆蓋巖溶水為主，在經一系列的開采處理之后，大面積的基巖呈現出裸露狀態，南方水泥礦區的鉆孔見溶洞率控制在66%，其平均的線巖溶率為1.54%[4]。雷公廟一帶，河洑-臨澧隱伏斷裂帶以西，據鉆探揭露下伏巖溶欠發育，最大溶洞高3.7m，在BK2孔深46.1m即標高+6.89m處，黃泥全充填。斷裂帶以東，北東向約3.75km，著名的龍門溶洞及地下河坐落該區，北臨面積達千畝的龍門水庫。各礦區的含水層富水性分級情況，如表1所示。

3.礦區水文地質條件綜合評價

區域范圍內的礦體多數情況下都是直接處于當地的侵蝕基準面之下，同時礦床也是以露天凹陷方式為主。最終的采坑并沒有任何的自然排水條件，其自身的主要充水含水層富水性中等、極強，地下水的整個補給范圍相對比較大。更為重要的是古河道以及下伏碳酸鹽巖裂隙發育，同時裂縫溝通，補給條件相對比較良好，附近地表水通常并不會構成礦床的主要補水元素[5]。但是在現階段整個開采條件或者是放炮條件的影響下，很容易就會導致裂隙越來越嚴重，溶洞相互之間進行密切的連通，對礦坑導致的淹坑事件等可以進行妥善處理。針對附近K主礦坑以及K副礦坑等，都可以進行三次的河道穿孔。礦山主要是以全覆蓋的碳酸鹽巖溶地區為主，其中涉及到的不確定影響因素普遍比較多，所以礦區整個范圍內的水文地質條件相對比較復雜。由此可以看出，該礦床水文地質勘探類型主要是以第三類、第三型為主，也就是溶蝕裂縫為主的巖溶直接充水礦床。

4.結語

南方水泥石灰巖礦水文地質勘探是在已進行礦區地質勘探工作的基礎上按《常德市鼎城區雷公廟南方水泥石灰石礦水文地質勘探設計》和合同明確的目的任務和工程內容進行的。礦坑地下水南北通道貫通充水強，東西滲流充水少，通道標高較高，底板高高托起，所以治理工程量不大，難度不高，工期不長，效益較好，治理方案具有可行性。

[參考文獻]

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