巴东县某金属矿矿坑首采段涌水量预测分析

闫 行

(广东省地质局第五地质大队，广东 肇庆 526020)

1 矿区地表水

巴东某金属矿属构造侵蚀小起伏中山地貌，为区域水文地质单元的补给区。矿区海拔标高1450.40m～1875.60m，自然山体坡度一般为35°～55°。

矿区地表水主要为山涧溪流及小河，无较大河流、水库等地表水体分布。矿区小河坡降比41.50‰，水位季节变化2m～3m，雨季最大流量175L/s。

2 矿床地下水类型

根据地下水的赋存介质，矿区地下水划分为三大类∶松散岩类孔隙水、层状岩类裂隙水和碳酸盐岩类溶洞裂隙水。

（1）松散岩类孔隙水。分布于矿区山间谷地，地下水赋存于第四系松散层中，岩性为粉细砂及含泥质的砂砾层，区内未见泉水点出露，一般富水性弱，与溪沟水水力联系密切，水化学类型HCO3-Ca型。由于孔隙含水层赋存标高较低和距离矿床较远,一般不对矿床造成充水。

（2）层状岩类裂隙水。含水岩组由志留系、泥盆系和二叠系的砂岩、页岩、泥灰岩及砂页岩系组成，地下水主要赋存于地层上部的风化裂隙中，泉流量0.039L/s～0.221L/s，地下径流模数约5.50L/s·km2，富水性总体属弱。据钻孔注水试验成果：q=0.0286L/（s.m），K=0.0451m/d；微风化带以下的砂、页岩及泥灰岩类据钻孔抽水试验成果：q=0.0009L/（s.m），K=0.00172m/d，该岩性段的富水性极微弱，可视为相对隔水层。综合该含水层总体富水性弱，岩组除上部风化裂隙水外，中下部岩层富水性极微弱，对未来矿坑的充水影响不大。

（3）碳酸盐岩类溶洞裂隙水。含水岩组主要为石炭系黄龙组、二叠系下统栖霞组和三叠系下统大冶组的灰岩系地层，泉流量0.221L/s～0.454L/s。据钻孔抽水试验结果：单位涌水量0.0608L/s～0.0573L/s·m，渗透系数0.1346m/d～0.1429m/d，平均渗透系数0.1388m/d。层中地下水具承压性，个别钻孔揭露该含水层时钻孔出现涌水现象。该含水层位于矿体的上部，属矿体的间接顶板，开采时裂隙溶洞水虽然不直接对矿床构成充水，但由于裂隙溶洞水处于矿床上部，在裂隙发育地段裂隙溶洞水较易沿裂隙通道溃入矿坑，对矿体开采造成影响，因此本区的裂隙溶洞水为矿床的间接充水含水层。矿区典型水文地质剖面特征见图1。

图1 矿区典型水文地质剖面图

3 断层富水性

矿区及周边断裂较发育，规模较大的断层为F30。其含水特征如下：F30：出露于本矿区的南东侧，总体走向北东60°，延长6.40km，在矿区内倾角57°，倾向314°，断层切穿志留系、泥盆系、石炭系和二叠系地层，断层水平断距120m～160m，带中构造裂隙较发育，含构造裂隙水，该断层富水性总体属中等，为导水断层，由于分布于本矿区的南东侧外围，断裂未通过本矿区内的矿体，因此对矿床开采影响不大。

4 隔水层

分布于微风化带以下的泥盆系、二叠系完整的砂岩、页岩、泥灰岩及赤金属矿层，据钻孔揭露岩石较完整致密，张裂隙不发育，所发育的裂隙多为充填闭合状，为相对隔水层。

5 地下水补径排条件

区内地下水主要接受大气降水的补给，枯水期局部接受溪沟水反补给，沿松散孔隙或溶蚀裂隙、基岩风化裂隙、构造裂隙下渗运移，形成地下径流，流向与地形密切相关，且与溪沟、河水流向基本一致。

6 矿床涌水因素及水文地质条件

矿体大部分位于当地侵蚀基准面之上，松散岩类孔隙水由于分布于沟谷一带，因此不构成对矿床的充水；泥盆系上统黄家磴组（D3h）和写经寺组（D3x）的砂、页岩和泥灰岩层除上部风化裂隙发育含弱的风化裂隙水外，其下部岩层较致密，含水微弱，视为相对隔水层；矿体底板的砂、页岩层含水微弱，为相对隔水层；分布于矿体上部的石炭系黄龙组（C2h）和二叠系下统阳新组（P1y）的灰岩地层含岩溶裂隙水，富水性中等。矿体及其直接顶底板岩层虽为相对隔水层，但由于矿区内局部发育的含水或导水的断层可能贯穿了矿体及其顶底板岩层，从而导致岩溶裂隙含水层可能直接通过导水断层或裂隙带对矿体形成越流补给，因此矿床上部的岩溶裂隙水是未来地下开采矿坑充水的主要因素。

7 矿坑涌水量预测

（1）预测范围及深度：矿体呈似层状产于泥盆系上统黄家磴组（D3h）和写经寺组（D3x）岩层中，走向近北东，倾向北西，产状15°～45°，延伸钻孔控制矿体底板1625.89m～1730.60m，平均标高1673.66m。矿体平均厚度1.60m，大部分位于当地侵蚀基准面之上。未来矿山宜采用井巷开采，预测范围与储量计算范围一致；预测首采段标高1650m中段。

（2）边界条件：矿体呈层状分布于泥盆系上统写经寺组（D3x）中，倾向北西。矿体南东侧和南西端为泥盆系上统黄家磴组（D3h）和泥盆系中统云台观组（D2y）的砂、页岩等相对隔水层，北东端和北西侧为岩溶裂隙含水层，开采时地下水从北西侧和北东端对矿坑充水。

（3）计算原则：根据冒落带及导水裂隙带最大高度经验公式计算，矿山开采时将完全贯通矿床上部的岩溶裂隙含水层，涌水量采用地下水动力学法计算。

（4）坑道设计：本次矿坑涌水量估算主要结合矿床设计的首采段分布及开采标高为依据，坑道长依据GIS软件圈定B为1700m，距南东侧隔水边界距离L为165m。

（5）计算公式的选择：选择狭长水平坑道涌水量计算公式：裂隙溶洞水采用公式（1）进行计算：

坑道位于含水层底板下，含水层底板倾向北西，倾角15～45°，可视为水平含水层。因此，北西侧采用公式（1）进行计算；南东侧B＞2L，以L代替B，由于南西端为相对隔水层，变为北东端进水公式②进行计算：

（6）参数的确定：①渗透系数（K）：采用抽（放）水试验计算结果加权平均值K=0.1388m3/d。②含水层厚度（M）：根据各钻孔揭露含水层厚度，加权平均结果61.57m。③坑道排水降深值（H）：采用矿区终孔水位标高平均值（1715.77m）降至+1650m中段标高之差值作为降深值，H为65.77m。④影响半径（R）：采用经验公式，R=245.03m。⑤水位降深值（S）：以坑道排水降深值作为水位降深值，+1650m中段S为65.77m。⑥开采矿坑长度（B）：以矿体储量计算最大长度作为矿坑长度，结果为1700m。⑦矿坑进水长度（L）：以矿体平面投影最大宽度作为矿坑进水长度，+1650m中段L=165m。

（7）矿床+1650m中段矿坑涌水量结果见表1。

表1 裂隙溶洞水涌水量计算表

8 结论

（1）矿床充水因素主要是层状岩类风化裂隙潜水和矿床上部的碳酸盐岩类裂隙溶洞水的间接充水；

（2）首采段开采：北东侧和北西侧为岩溶裂隙含水层，开采时地下水从北西侧和北东端对矿坑充水。采用地下水动力学法计算综合分析，预测矿床首采段+1650m标高开采时涌水量为2275.62m3/d，矿山未来首采段矿体位于当地侵蚀基准面之上，矿坑涌水可自然排泄。

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