河南唐河周庵矿区井采矿坑涌水量预测研究

吴祖成

(河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院，河南 郑州 450001)

1 矿区概况

1.1 位置概况

矿区位于河南省唐河县西南部、唐河县城200°方位约30 km的孙庄、西长营、曲庄一带，行政区划隶属于唐河县湖阳镇管辖，面积约9 km2。唐河至湖北枣阳的S240从矿区通过，北距唐河县城29 km，南距湖北枣阳县城44 km，距焦枝铁路南阳车站79 km，距汉丹铁路枣阳车站44 km，距宁西铁路唐河站30 km，距沪陕高速唐河站35 km。

1.2 气象水文

矿区地貌形态由桐柏山系西部余脉的剥蚀低山丘陵及山前冲、洪积倾斜平原组成，东部高、西部低。丘陵山区海拔高度417～130 m，平原区海拔130～90 m。本区属温带过渡型季风气候。历年最高气温41.70℃，历年最低气温-19.0℃，年平均≤+5℃的天数为69 d，年平均气温15.1℃。多年年平均降雨量913.6 mm，历年最大降雨量1 228.7 mm，历年最小降雨量529.5 mm，一日最大降雨量为246.2 mm，历史上百年一遇日最大降雨量418 mm。降雨量多集中在6～9月份，约占全年降雨量的60%左右。年蒸发量1 469.2 mm。

区内河流为唐河及其支流，属长江流域唐河水系。矿区东南2 km左右为唐河支流蓼阳河分支，呈NE～SW向流出区外。据长期观测资料统计，旱季流量0.003 9 m3/s，雨季洪峰流量12 m3/s。2005年1月8日实测流量0.021 m3/s。矿区内无大的地表水体，仅有深1～2 m的浅沟和坑塘，浅沟雨季有暂时性水流，旱季干涸。唐河曾出现历史最高洪水位，标高92.25 m。当地侵蚀基准面为唐河河谷，标高约85 m。矿床深埋于当地侵蚀基准面以下292～493 m及52～996 m。

1.3 地质构造

区内西部第四系大面积分布，其下为新近系，东部出露一套中元古界朱家山岩群大雀山岩组。分布在矿区东北部，面积约0.4 km2，为炭质白云石英片岩、黑云母片岩、斜长角闪片岩、片状白云石英岩、浅粒岩、条带状白云石大理岩、石墨大理岩、大理岩等，局部见石榴斜长角闪岩。总体表现为以大理岩为主、大理岩与片岩互层产出的特点。岩层总体走向近南北，倾向260°～290°，倾角30°～42°。新近系主要为含砾白云质灰岩、白云质灰岩、砂砾岩、含砾泥岩，被第四系覆盖。底板埋深1.00～129.76 m，厚0～93.44 m，西部、南部埋藏深、厚度大，东部、北部埋藏浅、厚度小。新近系地层与大雀山岩组地层呈不整合接触。

矿区大部分为第四系覆盖，仅东部小面积出露基岩。基岩出露区构造较简单，层间小揉皱和顺层断裂构造较发育，局部发育近东西向断裂构造。区内为单斜岩层，局部发育小型褶曲，规模较小，多为顺层流动掩卧褶皱，反映该区地层的强烈变形、变质和构造活动的多期性。矿区内断裂构造规模较小，最长者10余km，一般长几km。以北西、北东向两组为主，伴有北北东向小断裂。

2 矿区岩体埋藏特征

周庵矿区位于扬子古板块与华北古板块俯冲带内，含矿岩体属豫西南～豫南蛇绿岩带中的隐伏超基性岩体，处于秦岭～大别基性、超基性岩带南亚带、随枣岩群的西段。含矿超基性岩体隐伏于新生界地层之下，侵位于中元古界地层，为一隐伏岩体，深埋于地下，地表未见出露，岩体与围岩呈侵入接触关系，界限明显。围岩受到较轻的接触变质作用，控制岩体的断裂构造不明显。

岩体埋藏较深，顶界埋深一般300～400 m，底界一般埋深750～850 m。岩体总体上具西部厚、东部薄的特征。岩体规模较大，水平投影面积2.25 km2。岩体平面形态呈西窄东宽的不规则三角形，岩体轴向北东40°。

3 矿区水文地质概况

根据矿区地层岩性、厚度、含水空间待征、埋藏条件及对矿井生产的影响，矿区含水岩组主要划分为：第四系松散岩类孔隙水、新近系碎屑岩、中元古界朱家山群大雀山组大理岩岩溶裂隙含水岩组及变质岩裂隙含水岩组。地下水主要补给来源为大气降水，其次为低山丘陵区基岩裂隙水的侧向补给。地下水以提灌开采和大气蒸发和地下迳流方式排泄。矿区内的地下水水质良好。在所采的饮用水水样中，除个别水井的个别指标因人为污染略有超标外，其它水样各项指标均符合饮用水标准。

3.1 主要含水层、隔水层及其待征

3.1.1 第四系松散岩类孔隙水

地下水赋存于第四系洪积层，为粘土、粘土类钙质结核，层厚5～38.10 m，一般厚16～20 m。表层粘土干旱时裂隙发育，有利降雨下渗。粘土夹钙质结核层，裂隙、孔隙发育，局部钙质结核集中成层，形成上层滞水及潜水含水层。据民井调查，单井涌水量1～3 m3/h，仅供居民生活用水或浇灌庄稼。

3.1.2 新近系碎屑岩类裂隙及孔隙水

赋存于新近系含砾中粗砂岩、砂岩、砂砾岩、砾岩中，厚度一般20～30 m，最厚达75.05 m，最薄2.5 m。顶部未成岩，中、下部成岩较好，泥质、钙质胶结。据2007孔抽水试验，降深23.16 m，涌水量28 m3/h，单位涌水量1.17 m3/m·h；降深41.41 m，涌水量33 m3/h，单位涌水量0.80 m3/m·h；降深69.27 m，涌水量65 m3/h，单位涌水量0.941 m3/m·h；为富水性中等的含水层。

3.1.3 中元古界朱家山群大雀山组大理岩岩溶裂隙水

该层大部分钻孔中被揭露，少数钻孔中该层缺失，少数钻孔中所见直接与新近系接触，中间无隔水层，形成连通的含水层。水位降深1.94 m，涌水量55.02 m3/h，单位涌水量7.88 L/s·m，为富水性极高的含水层。深部大理岩完整，裂隙不发育，据观察岩溶及裂隙发育程度随深度增大而减弱。构造破碎带中大理岩多形成角砾岩、碎裂岩，裂隙密集而被方解石细脉充填，局部张裂隙有铁锈及钙质薄膜，含岩溶裂隙水。

3.1.4 中元古界朱家山群大雀山组变质岩类基岩裂隙水

赋存于大雀山岩组变质岩系的风化带、构造破碎带及少数张性裂隙中，裂隙发育程度低，且多被方解石脉充填，裂面多呈闭合型，充填绿泥石、蛇纹石等，含水微弱。深部岩石完整，裂隙不发育。据2005水文孔抽水试验资料，降深44.73 m，涌水量2.74 m3/h，单位涌水量0.017 L/s·m，视为隔水层。

据钻孔水文、工程地质编录及基岩区地质测量，浅层构造破碎带宽度较大，裂隙、岩溶相对较发育。随深度增加，宽度减小，裂隙变窄，岩溶减弱。矿区内构造破碎带不发育，但在超基性岩体外围及围岩与岩体接触带附近有宽达13～40 m的构造破碎带出现。大雀山岩组变质岩系以层间错动为主，据钻孔资料，破碎带宽度多小于0.50 m，少数宽1～5m，个别达13.15～39.70 m。超基性岩体内构造破碎带以挤压破碎为主，钻孔中破碎带宽度大多小于0.5 m，少数宽1～3 m，个别宽达14.70～29.70 m。

3.1.5 隔水层

隔水层地层有第四系粘土、新近系泥岩及中元古界大雀山岩组白云石英片岩、二云石英片岩、斜长角闪片岩、斜长角闪岩等和超基性岩体。矿区内无地表水体，矿床之上有巨厚的隔水岩系，故地表水对矿坑充水无影响。坑道掘进遇到张性构造破碎带或普查钻孔封孔质量较差时，可能造成的坑道涌水，应有预防。

3.2 充水因素分析

矿床的直接充水含水层为中元古界朱家山群大雀山组风化带含水岩组，其它含水岩组为间接充水含水层；第四系、新近系含水层主要充水水源是大气降水；矿床的主要充水水源为地下水。矿床的间接充水含水层充水通道主是为裂隙及断裂带，其次为含水层之间的天窗及钻探中可能存在的封闭不良的钻孔。

4 矿坑涌水量预测

矿区东侧山前基岩为矿区水文地质边界，西、北、南三方为无限边界。主要含水层为分布于矿区浅部的新近系砂岩、砂砾岩、砾岩含水层，中元古界朱家山群大雀山组顶部大理岩及风化带含水岩层，富水性中等～极强。矿层顶、底板岩石完整性好，视为隔水层。由于矿体与强含水层间有厚达300 m左右的隔水层，天然状态下，矿坑涌水的补给条件差，强含水层不会影响矿床充水。综上所述，影响矿(井)坑充水的直接水源是含水量较小的中元古界朱家山群大雀山组变质岩类含水岩组，其它含水层可能通过岩层错动(因采矿引起)、断层及围岩裂隙对矿坑充水造成影响。

4.1 -310 m段开采层段涌水量预测

1)直接充水含水层正常涌水量预测

根据钻孔2005和2807抽水试验资料，第三试段大雀山岩组中、下部基岩裂隙水含水层抽水试验段为矿体顶板直接充水含水层，含水层厚度为6.90 m，渗透系数为0.292 m/d，水位标高为+123.5 m，矿层赋存标高-310 m。

按“大井法”承压转无压公式求坑道正常涌水量Q：

根据以上参数计算：R0r0

R0=R+r0=2 968.23m

=1 520.54 m3/d

2)考虑上部间接含水层通过岩层错动、断层裂隙及钻孔天窗对矿坑充水影响的涌水量预测为最大涌水量。根据钻孔2005抽水试验资料，第二试段大雀山岩组顶部岩溶裂隙水含水层(与新近系含水层组间无隔水层)，含水层厚度为65.40 m，渗透系数为11.53 m/d，孔底以上水头高度H=98.21 m。

按“大井法”承压转无压公式求坑道正常涌水量Q：

根据以上参数计算：R0r0

R0=R+r0=3 960.52 m

=73147.41 m3/d

开采层段最大涌水量为：73 147.41+1 520.54=74 667.95 m3/d

4.2 -810 m段开采层段涌水量预测

1)直接充水含水层正常涌水量预测

根据钻孔2807抽水试验资料，直接充水含水层为中元古界朱家山群大雀山组含水岩组，含水层厚度为18.50 m，渗透系数为0.02 m/d，水位标高为+124.5 m，矿层赋存标高-810 m。

按“大井法”承压转无压公式求坑道正常涌水量Q：

根据以上参数计算：R0r0

R0=R+r0=1 885.77 m

=567.41 m3/d

2)考虑上部间接含水层通过岩层错动、断层裂隙及钻孔天窗对矿坑充水影响的涌水量预测为最大涌水量，正常涌水量：74 667.95+567.41=75 235.36 m3/d。

5 结语

通过对矿区矿坑涌水量进行计算分析可知，在-310 m开采层段涌水量预测结果为：正常涌水量为1 520.54 m3/d，最大涌水量为74 667.95 m3/d；在-810 m段开采层段涌水量预测结果为：正常涌水量为567.41 m3/d，最大涌水量为75 235.36 m3/d。同时发现，在矿区勘探过程中在多个钻孔会深入构造破碎带，引起矿坑漏水及涌水现象。为防止矿区在竖井施工中对竖井造成涌水，在日常施工中对含水层进行预注浆处理后再行掘进。同时在地表建立数个地下水位长期观测孔，重点对矿体上方和新近系与大理岩层直接接触部位作为重点观测区，保证矿区施工安全。

[1]杜红磊，等.唐河时代矿业有限责任公司下付田尾矿库水文地质勘查报告(R).河南省地质矿产勘查开发局第一地质工程院.2012.

[2]左正金，等.河南省南阳盆地地下水资源评价报告(R).河南省地质矿产勘查开发局第一地质工程院.2004.