渣滓溪锑矿深部水文地质条件分析

龙长聪

（湖南省地质矿产勘查开发局四一八队，湖南 娄底 417000）

切实做好矿区水文地质工作，查明矿区水文地质条件，预测矿井涌水量，对矿产资源的合理而安全的开采，有着重要的作用。

渣滓溪锑矿于1906年发现至今，已开采上百年，现开采埋深已大于600m。随着矿山往深部开拓其矿坑排水量呈急剧增加趋势，严重影响矿山的正常开采。本文以渣滓溪锑矿为例，对老矿山深部开采时水文地质条件变化情况加以分析探讨，可为同类情况矿山开展水文地质工作及开采设计提供一定借鉴。

1 区域水文地质条件概况

矿山地处区域地表分水岭地段，为构造—侵蚀中低山地貌，地形切割强烈，北西—北北西向“V”型沟发育[1,2]。

区域发布板溪群五强溪组地层，岩性以凝灰质板岩、凝灰质砂岩为主，地层走向北东——北东东，该地层含浅变质碎屑岩裂隙水，地下水径流模数0.440L/s·km2，富水性弱[3]。

区内属新华夏高级构造区，北东—北东东向断层规模相当宏大。矿区南东侧3km处发育有伍都冲断层，尽管其构造面属于压扭性，但由于强大的地应力作用，断层两侧岩层比较破碎，给地下水的储存和运转创造了条件，具有一定含水性。

2 矿井水文地质特征

2.1 矿井排水情况

渣滓溪锑矿自+370中段至-160中段共设有13个开采中断，总矿坑排水量为75.3m3/h。

综合分析得出，渣滓溪锑矿上、中部矿坑排水量一直很小，但深部-160中段，水文地质条件发生明显改变，矿坑水急剧增加，现总矿坑排水量的86%均来自于深部-160、-250中段，且往深部涌水量有急剧增大的趋势。各中段矿井排水情况如图1：

图1 矿坑总排水量与中段涌水量变化曲线图

2.2 深部充水含水层特征分析

渣滓溪锑矿深部矿坑充水来源为构造裂隙水[3]。

（1）F3压扭性断层

F3在地表常显示负地形，但未见地下水活动。断层深部有钻探以及多个中段有巷道揭露，带内主要为碎裂化岩、构造角砾岩、断层泥等，常呈干燥状，无滴水现象，为区内控制隔水边界。

（2）北西向含矿断裂

-160中段以上的含矿断裂破碎带：坑道揭露，破碎带一般厚0.1m～1.5m，断裂面光滑平直，断裂带常被泥质或矿石、脉石充填，破碎带干燥。

-160中段以下的含矿断裂破碎带：钻探揭露，-160中段以下部分钻孔中的少数断裂破碎带含裂隙承压水[4]。

-160中段共施工钻孔10个，共5个钻孔涌水，涌水孔占总孔数比例50%。涌水段全部为含矿断裂带，流量0.5～2.751L/s。

通过统计分析，渣滓溪锑矿深部构造裂隙充水特征为：以F3为隔水边界，上盘含矿断裂富含构造裂隙水，岩性以砂岩为主的含矿断裂带涌水，为矿山深部充水来源。其中T-KZ0004、T-KZ0402均揭露43、40号含矿断裂，其涌水量较大，为主要含水破碎带。

3 深部矿坑涌水量预测

3.1 矿床充水因素分析

据调查分析，渣滓溪锑矿深部矿坑水来源主要为F3断层上盘含矿断裂破碎带水。

3.2 涌水量预算

考虑已有资料资源估算-456m为未来最低开采中段，故涌水量预算至-456m中段。

（1）比拟法：渣滓溪锑矿矿床水文地质条件已得到充分开采验证，未来矿山涌水量预算可利用该矿业公司矿井开采排水资料，采用经验比拟法计算。

采用多元相关比拟法进行矿山开采末期涌水量预测，预测模型为：

Qn——开采未期-456m水平一般涌水量(m3/h)；

Q0——当前-250m水平矿坑一般涌水量(取1800m3/d)；

Fn——预测-456m水平期巷道控制面积(取0.148km2)；

F0——目前-250m水平巷道控制面积(取0.148km2)；

Sn——-456m水 平 的 水 位 降 深 ：S0+（250-456）=-416m；

S0——-250m水平的水位降深，(取-210m)；

“n”——为待定系数（取值2.5），本次根据-115、-160与-250涌水量变化进行确定（表1）。

表1 待定系数确定一览表

通过计算得出，渣滓溪锑矿深部开采至-456中段时，其平水期涌水量预测为9938m3/d。

（2）大井法

①水文地质模型

深部矿坑充水由含锑矿断裂带承压裂隙水引起，当矿井排水时，在矿井的周围就会形成以巷道系统为中心的具有一定形状的降落漏斗，这与含水构造破碎带岩体作为相对隔水边界抽水周围形成降落漏斗的情况相类似。因而可以将巷道系统分布范围假设为一个理想的大井--承压水完整井（图2）。

图2 矿坑涌水量计算水文地质模型

②计算公式及计算参数的选取

渣滓溪锑矿目前开采至-250中段，全矿坑涌水量为Q1=1800m3/d，矿山开采至-456中段时将新增疏干-250中段至-456中段的含水层，新增流量Q2采用隔水边界附近的大井法中承压水完整井计算公式：

A、渗透系数（K）：根据抽水试验孔（U-KZ0006）的计算得出，平均渗透系数K=0.70m/d。

B、静止水位至排水巷底板高度ho：-250中段抽水试验孔（U-KZ0006）水压为40m，得出其水位为-210m，计算得出ho=-246m。

C、巷道内水柱高度（h）：考虑坑道进水压力，取10m。

D、排水时的水位降低值(S):S=ho-h=236m。

E、假想大井的半径（r）：参考-250中段巷道系统的面积为0.06km2，其轮廓为不规则的圆形，-456中段巷道系统布局基本与-250中段一致，故由公式r=计算得出r=217m。

F、矿井排水的影响半径（R）：应为假想大井半径（r）与含水层抽水时的影响半径（r1）之和。，故R=r+r1=509.8m。

G、大井中心至F3的距离（a）:由-250坑道平面图上量取为170m。

H、含水层厚度（M）：取涌水孔含水构造破碎带的平均值，为9.59m。

涌水量预测结果：通过计算得出，渣滓溪锑矿深部开采至-456中段时，其平水期涌水量预测为9709m3/d。

（3）预算结果评述

①上述预算结果不包括遇导水断裂带突水时的初期涌水量。

②渣滓溪锑矿深部矿坑涌水量计算是在基本查清矿床水文地质条件，并经专门水文地质钻探、抽水试验揭露了一些水文地质问题的基础上进行的。所采用的水文地质模型（计算方法和公式等）基本正确，本次采用了比拟法和大井法两种方式对涌水量进行预测，其计算结果得到了相互验证。

4 结论

本文通过对矿山现有充水情况、钻孔资料以及以往水文地质资料进行分析，对渣滓溪锑矿深部水文地质条件的有了新的认识，得出结论如下：

（1）渣滓溪锑矿地处区域地表分水岭地段，浅、中部矿坑充水主要来源为浅层风化裂隙水，水量小，但深部水文地质条件有所变化，以F3为隔水边界，上盘含矿断裂富含构造裂隙水，为矿山深部充水来源。

（2）深部构造裂隙含水带分布十分复杂，受断裂构造和地层岩性的双重制约，石英砂岩、凝灰质砂岩等坚硬脆性岩体含水相对较好，其中43、40号含矿断裂，其涌水量较大，为主要含水破碎带。

（3）渣滓溪锑矿开采至-250中段矿坑涌水量为Q1=1800m3/d。通过计算得出，渣滓溪锑矿深部开采至-456中段时，预测其平水期矿坑涌水量将大于9700m3/d。