狭长廊道法估算矿坑涌水量的应用——以西藏轧轧龙铅锌矿为例

陈 围，孙占营，许 涛

（四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队，四川 绵阳 621000）

1 矿区概况

轧轧龙矿区位于西藏自治区谢通门县，自取得探矿权后历经普查、详查近15年，先后开展过矿区水文地质、工程地质、环境地质调查、坑道及钻孔水文工程地质编录等工作，结合收集到的当地气象、水文地质资料，为准确进行矿坑涌水量估算奠定了坚实基础，为矿山后续探采活动提供了依据[1]。

2 矿区地质

矿区大地构造位置位于冈底斯—念青唐古拉板块，冈底斯陆缘火山—岩浆弧（Ⅱ），念青唐古拉弧背断隆南缘（Ⅱ2），地层区划属冈底斯—念青唐古拉地层区，措勤—申扎地层分区与隆格尔—南木林地层分区。矿区出露地层主要为上石炭统-下二叠统拉嘎组（C2-P1l）和古近系始新统年波组（E2n），拉嘎组（C2-P1l）与上覆地层年波组（E2n）为不整合接触，部分地段被第四系覆盖。整体构造主要受区域性的深大断裂娘热—仁堆断裂影响，该断裂呈东西向从矿区中部穿过，大部被第四系掩盖。该断裂产生的主应力为南北向挤压，叠加后期右行剪切。在矿区出露的深成侵入岩主要为：似斑状二长花岗岩、中细粒（黑云母）二长花岗岩、石英二长闪长岩，岩脉主要有石英斑岩、闪长玢岩、闪长细晶岩、花岗细晶岩脉、石英脉岩等。

3 矿区水文地质特征

（1）自然地理及气象水文。轧轧龙矿区位于冈底斯山脉南麓，地势西高东低。最高海拔5694m，最低海拔4400m，相对高差约1300m。属深切割高山-极高山地貌。详查区西面的娘热藏布属雅鲁藏布江次级支流，横贯详查区中部，汇水面积内次级水系多为季节性溪流。10月至次年2月，多霜雪，月平均气温约-2°；3～4月为风季，多风沙，月平均气温7～8°；5～9月为雨季，多雨，降水量约占全年的80%以上（年降水量约220mm），月平均气温约12°。

（2）主要含水层水文地质特征。①第四系松散岩类孔隙水含水层。该层为地下水径流及排泄区，主要分布在山谷冲沟和轧轧龙沟沟谷内，物质组成为泥质、碎石、卵石等，厚度一般8.00m～20.00m。该地层厚度薄，分布范围小，容水孔隙有限，且部分被泥质充填，地形上利于排水，蓄水条件差，透水性强，据试坑渗水试验，渗透系数为12.90～17.84m/d，平均14.25m/d。属富水性为中等或中等以下的含水层。②基岩裂隙水含水层。区内地下水主要赋存于裂隙带内，其补给源主要为大气降水和季节性冻土融水补给。属浅层潜水，地下水位埋深一般较浅，根据钻孔地下静止水位观测，K4-1号矿体基岩裂隙水含水层地下水位10.80m～24.45m，平均深度为14.74m；K3-2、K3-3号矿体基岩裂隙含水层地下水位24.75～55.45m，平均深度为39.45m。据抽水试验结果，K3-2、K3-3矿体基岩裂隙水含水层单位涌水量为0.039L/s·m；K4-1矿体基岩裂隙水含水层单位涌水量为0.026L/s·m，均小于0.1L/s·m，属富水性弱的裂隙含水层。对矿坑充水影响相对较小。

（3）主要隔水层水文地质特征。根据钻孔及坑道水文地质编录情况，矿区深部微风化基岩孔完整基岩裂隙大多呈闭合状，基本上不含地下水，将其划分为隔水层。其顶界标高与弱风化带底界标高一致。

（4）构造破碎带水文地质特征。勘查区内次一级构造较为发育，构造破碎带大都与地表风化带相通，因此构造破碎带及构造裂隙也成为地下水的又一容水空间。地表调查中发现断层附近均无泉点出露，平硐内观测发现断层面多为泥质充填形成二次胶结，因此区内断层导水性及富水性相对较弱。对矿坑充水影响相对较小。

4 矿坑涌水量估算

（1）矿坑充水因素。①地下水。K3-2、K3-3矿体目前探明的控制标高自地表至4900m，围岩主要为花岗岩；K4-1号矿体标高自地表至5300m，上部围岩为砂岩，底部为花岗岩。矿体距离地表较近，部分位于基岩风化带内，因此基岩风化带裂隙水及构造裂隙水是矿坑充水水源之一，其充水通道主要为基岩风化裂隙及构造裂隙。②地表水。矿体多于水文地质单元分水岭附近，周围无常年性地表水体，仅有源头性的季节冲沟，沟水流量受季节性降雨影响较大，每年的6～10月可形成地表径流，流量一般小于0.10m3/s，11月至次年的5月为干沟。沟谷距离矿床较远，之间水力联系极弱，且冲沟水力坡度大，径流排泄畅通，补给地下水的水量极小，因此地表水对矿坑充水的影响小。③老窿。勘查区内矿体还未进行开采，无老窑或采空区，勘查期间施工有平硐，这些平硐均为自然排水，其中4号矿体的平硐未发现有水流出，3号矿体平硐涌水量一般小于10m3/d，其水量较小的原因为平硐位于标高5090m以上，目前平硐深度不大，平硐延伸长度不超过300m，且未进行开采。

综上所述，未来矿井在采矿过程中，矿坑中的充水水源以基岩裂隙水为主，地表水对矿坑的影响较小。

（2）矿坑涌水量估算。本次仅对已控制的+4900标高以上的K3-2、K3-3号矿体的矿坑涌水量及+5200标高以上的K4-1号矿体的矿坑涌水量。①估算边界。K3-2、K3-3号矿体矿坑涌水量计算边界上至地下水位面，而基岩裂隙含水层地下水位受地形影响，水位面为一穹顶形凸面；下至完整基岩顶界面，而完整基岩顶界面受风化深度控制为一不规则面。因此矿井涌水含水层以统计的钻孔地下水位面至基岩风化裂隙层底界的平均厚度作为含水层的厚度，按无限补给边界考虑。K4-1号矿体所在位置在地貌上位于山体北侧半山腰以上，地表自然排水条件良好，控制矿体位于5300m以上，远高于当地最低侵蚀基准面，矿坑充水水源同样为基岩风化裂隙水及构造裂隙水，矿坑涌水量主要考虑基岩风化层。矿井涌水计算边界条件与K3-2、K3-3号矿体的矿坑条件基本相似。②采用狭长廊道法估算矿坑涌水量。矿体空间形态为脉状，其开采系统将形成狭长的井巷系统，井巷长为控制的矿体长度，采用狭长廊道法预测矿坑涌水量。

表1 含水层厚度统计表

式中：Q—矿井涌水量（m3/d）；K—渗透系数，取本次抽水试验所获得的参数（m/d），K3-2、K3-3矿体为0.162m/d，K4-1矿体为0.031m/d；H—水柱高度（m），此处为含水层平均厚度；S—水位降低值（m），因最终水位将降低至裂隙潜水含水层以下，因此其值也为含水层平均厚度；r0—大井半径（m），井巷系统为长条形，r0取0.25倍井巷长度；

其中K3-2、K3-3矿体井巷系统长度取控制的矿体长度560m，K4-1矿体井巷系统长度取控制的矿体长度360m；R0—引用影响半径（m）；R—影响半径（m），据抽水所得参数计算得K3-2、K3-3矿体为322.6m，K4-1矿体为513.00m；L—巷道水平长度（m）；取控制的矿体长度，K3-2、K3-3取560m，K4-1取360m；H1—排泄方向上静止水位（m），取平均含水层厚度；H2—补给方向上静止水位（m），取平均含水层厚度；R1—排泄方向上水位降低影响宽度（m）；R2—补给方向上水位降低影响宽度（m）；

其中K3-2、K3-3矿体向两翼地下水位均为降低趋势，水力坡度为37%，因此R1与R2相等，在剖面图上量得影响宽度为240m；K4-1矿体总体地下水位由南向北降低，水力坡度为28%，因此在剖面图上量得影响宽度：R1为160m、R2为600m。

此外沿脉状矿体破碎带裂隙水各方向裂隙含水性不均，降落漏斗呈狭长的带状，涌水量采用以下公式计算：

式中：m—含水层厚度（m），此处取脉状破碎带厚度平均值，K3-2、K3-3矿体为13.31m、K4-1矿体为34.71m；d—破碎带宽度的一半，K3-2、K3-3矿体取4.30m，K4-1矿体取2.95m；其余符号意义与前述表示一致。

（3）估算结果及评价。采用狭长廊道法预测的矿坑涌水 量K3-2、K3-3为1259.77m3/d、K4-1为846.58m3/d。大井法估算的矿井涌水量K3-2、K3-3为1116.99m3/d、K4-1为810.60m3/d二者基本吻合，说明计算结果具有较高的代表性和可靠性。考虑到断层破碎带的少量充水影响，狭长廊道法估算的涌水量更为接近实际。

5 结论

矿区主要矿体位于当地侵蚀基准面以上，地形有利于自然排水；主要充水含水层富水性较差，水文地质边界较简单，补给条件较差；构造破碎带较发育，但被后期充填，富水性弱；勘查区沟谷与矿坑之间无断层沟通，地表水对矿坑充水影响小。矿坑涌水量分别为1259.77m3/d、846.58m3/d，基本满足后期探矿、采矿活动生产用水。