矿山水文地质特征及涌水量预测——以甘肃尚家沟金矿为例

张 晖

（甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730030）

对于矿山区域来说，为确保开采的质量和安全，工作人员需要在作业开始前，掌握区域内的水文地质特征，分析和计算地下水分布及可能出现的涌水量，准确了解区域特征，合理地规划开采的方案，以保障矿区内部作业的安全性，降低危险系数[1]。本文就对矿山水文地质特征与涌水量预测进行了详细的分析和说明。

1 矿山水文地质特征

尚家沟金矿矿区所在位置周边河流分布较多，如燕子河、李家沟等，是典型的半湿润向湿润亚热带过渡区，气候温暖且多雨。

1.1 水文特征及最低侵蚀基准面

从现场勘查了解到，目前开采矿床的分布高度均在矿区最低侵蚀基准面以上，因此，该区域的地形、地貌有利于开采中地下水的有效排泄。

1.2 地下水类型、埋藏位置及分布特征

一是沟谷松散岩类孔隙水。该矿区内地下水多是以条状分布在河沟的砂砾石层内，水层厚度在1.5m以内，地下埋深较浅，但水位埋深的变化相对较大，部分地区埋深可达1m～3m左右，整体分布呈现从沟脑到沟口由浅到深的特点。

二是基岩裂隙水。矿区的地质结构因为经过多次的构造运动的影响，存在较多层间裂隙、褶皱及小型断裂带。而其中较大裂隙在发展中逐渐形成一个较为完整的水文地质单元，区域间的水力联系相对紧密。裂隙内部的水分流动多是由基岩裸露区域降水实现供给，汛期内水流量相对较大。另外，该区域内存在的层间裂隙、褶皱及小型断裂带为地下水汇聚的重要场所，但含水量不多，分布较为分散。

三是碳酸盐类裂隙溶隙水。该类型地质结构的地下水多数集中在矿区北部区域内，以薄层状灰岩含水岩组、薄层状灰岩含水岩组形态为主，岩层的表面存在的裂隙、溶隙较多，是地下水存储的重点区域。不过该区域受到地质结构及运动特征的影响，深部裂隙数量较多，富水性较差。

1.3 地下水补给、径流与排泄

区域内的孔隙潜水是由地表水、基岩裂隙水、大气降水共同补给形成，其稳定性较强，径流条件较好。矿区内地下水补给则是以大气降水为主，雨水通过透水岩层和裂隙渗透到地下，通过内部的裂隙来维持水源的正常流动，流至低洼地区，自动汇聚，或沿着径流方向排放到相应位置。而在矿区内部产生的基岩裂隙水和碳酸盐类裂隙溶隙水，因其具有移动性，因此，很难控制水位，即使在相对平稳的区域内，水位仍然无法固定。

1.4 含水层的富水与隔水性

1.4.1 透水不含水层

含水层中岩组构成多是以第四系松散岩类为主，其中包括山体表面坡体上残留的堆积物及采矿过程中形成的废弃石渣。以石英片岩、千枚岩、风化碎屑物为主，厚度在0.5m到3m左右。另外，在该区域内裂隙发育较好，孔隙较多，使得区域的储水能力较差，地表水、地下水一般在进入该区域后沿着径流方向排出，体现透水不含水的特征。

1.4.2 含水层特征

一是河谷冲洪积含水组。该岩组主要分布在河沟河谷区范围内，涉及区域较广，且因为河谷内的地质、地貌发育不健全，呈现狭窄的特点。根据勘察结果，河谷宽度在10cm～20cm之间，形状以条带状为主，局部存在断裂现象。岩层的结构以漂石和砂砾卵石为主，孔隙率高，透水性较强。地下水埋深的深度在0m～3m之间，含水层的厚度较薄，并且对涌水量展开测量，发现单井涌水量每天在100立方米左右，属于弱富水区。

二是泥盆系屯寨组含水岩组。该区域主要是由石英千枚岩和片岩组成的区域，内部裂隙较多，多以风化和构造裂隙为主，厚度在30m～50m左右，富水性相对较弱。观测发现，该区域以滴水区居多，溢水量每秒在0.01～0.75升左右，整体富水性较为薄弱。

三是泥盆系桥头组和屯寨组含水岩组。该区域以薄层状灰岩裂隙溶隙水岩组为主，富水性是以刺激断裂构造破碎带为主，连通性佳，是地下水活动的主要场所。

1.4.3 隔水层特征

隔水层分布在裂隙较为发育地区的下部位置，以微、未风化层为主，无赋水空间，具有较好的隔水效果。该区域受矿区南北部主导断裂的影响，部分地段的断层、构造破碎带虽然较为发育，但由于主导断裂受力为压扭应力，产生的次级断层延伸长度短，影响宽度小，向深部延伸的距离小。条状带断层碎带的下部无赋水空间，连通性不佳，导水性能较弱，是天然的隔水地带。

2 矿坑涌水量预测

2.1 充水原因

尚家沟金矿矿区以大梁分水岭为界，南部矿体一直延伸到尚家沟和付家沟流域，整体性强，区域内的地下水直接汇聚到李家沟内，构建了一个较为完整的水文地质单元。北部作为运输巷道，一直延伸至干沟附近，其是一条独立的水文地质单元。矿区南部有地下水排泄影响带，北部为地表分水岭，西部和东部区域除靠近沟渠部分为地下水排泄带外，其余部分均作为隔水结构。分水岭北部运输巷道北段延伸段地下水排泄影响带，其南部的地下水边界为地表分水岭，东、西两侧为干沟右岸有影响的支沟分水岭，北部干沟主沟谷为排泄区的边界。根据该区域的情况，探究分水岭南侧矿区，分别计算区域内地下水侵蚀基准面上下两部分的涌水情况，北部则是预测分析巷道内涌水量。

2.2 涌水量评价

按照矿区各段的地质水文特征给出针对性方式开展南北两个区域矿坑内涌水量的预测工作。根据尚家沟矿体的赋存及采矿、运输巷道的分布情况，对分水岭南矿床区段以区内地下水侵蚀基准面为准分上、下两个部分分别进行涌水量的预测。在分水岭北部仅预测运输巷道的涌水量。拟采用降水入渗系数法、结合调查实测平巷地下水的渗溢量对矿区段地下水水位面以上的矿体进行矿坑涌水量的预测。采用水平坑道涌水量预测法对矿区段地下水侵蚀基准面以下的矿区进行涌水量计算，分析预测该区段矿坑的涌水量。

2.3 矿坑涌水量预测

2.3.1 地下水水位面以上的矿体矿坑涌水量的预测

（1）降水入渗系数法：该方法使用的公式为：Q总=Q有效×F×α。公式中，Q总代表降水入渗总系数值，Q有效则为有效的降水量，F为入渗面积，α为降水入渗系数。该区域内的平均降水量在616mm左右，降水入渗系数可取值0.135，两个区域内地下水入渗补给的面积分别为0.43和0.27平方千米。结合这组数据利用上述公式计算得出南部降水入渗量为35758.8m3/a，得到矿坑涌水量为97.96m3/d；北部降水入渗量为22453.2m3/a，计算得到运输巷道涌水量为61.51m3/d。

（2）开采和运输巷道内的实测涌水量：一是开采区的实测涌水量。在矿区内设置5个开采平硐，监控整个矿区。区域内的渗溢流量在每秒0.38～0.89升之间，对比标准的要求，渗溢流量较小，涌水量每天在32.83m3～76.89m3之间，平均涌水量为54.86m3/d。

二是运输巷道实测用水量。运输巷道子横穿大梁分水岭，地下水渗溢量每秒达到14.85～19.2升。运输巷道呈现北南向延伸特点，延伸长度在1496m，巷道内地下水主要由几处小断层破碎带渗溢的地下水汇集而成。其涌水量每天在129.60～216.00立方米之间，平均涌水量为172.80m3/d。

2.3.2 地下水水位面以下的矿体矿坑涌水量的预测

根据矿体所在区域的水文地质条件进行概化[2]，采用潜水非完整式水平坑道涌水量预测计算（狭长水平坑道）公式进行水平坑道涌水量的预测。

根据下表内容，开始涌水量的预测。

由表1可知，该区域降水的深度在150米左右，坑道长度为100米，计算得出坑道内涌水量每天在95.39立方米。当坑道长度在200米和400米时，涌水量预测数值分别为每天119.89立方米和168.89立方米。

表1 潜水非完整式水平坑道涌水量计算预测用参数表

2.3.3 总涌水量的预测

利用降水入渗法进行预测计算可得[3]，南部区域地下水位面以下区域的涌水量在97.96立方米。运输巷道涌水量在61.51立方米。因降水入渗法计算时的涌水量为矿体赋存区及采矿巷道工程分布区有影响范围内，年降水平均入渗转化为地下水的量，但该地下水只有部分通过区内的裂隙、断层破碎带渗溢到巷道区，从排水系统排泄出矿区，然而，部分则以地下径流的形式排出矿区，因此，最终确定南北两个区域涌水量分别为97.96立方米和61.51立方米。

根据矿区实际情况及收集到的资料数据，展开预测计算，得出设置的5个开采层中，总的涌水量每天在32.83～76.89立方米之间，平均涌水量每天可达54.86立方米。而北部运输巷道内的总涌水量在129.6～216立方米，平均数值为172.8立方米。在各层位巷道中，渗溢的地下水会通过排水系统排出矿区，因此，该区域内的涌水量与排水总量之间存在对等关系。

在地下水位面以下的矿区开采前，对狭长水平坑道降排水加以了解，深度在150m，坑道长度100～400米不等，利用相关公式可计算出涌水量在95.39～168.89立方米之间。不过涌水量是变动的，其会随着巷道高度、宽度、延伸长度的变化而存在不稳定特征。

综合上述数据，按照最大化原则，以150%考虑涌水量，将该地区南部矿体结构地下水位面下的涌水量设定在每天146.94立方米；运输巷道总涌水量为每天324立方米；南部采矿区段地下水水位面以下矿坑降深150m，水平坑道长100m～400m时，涌水量为每天143.09～253.33立方米。可供矿山建设、开采设计时利用。

2.4 涌水量防治

该矿区内的断层结构的出现具有导水功能，为保证区域的稳定性，需要对断层区域实行防水支柱或注浆加固。在处理该区域涌水量时，坚持以预防为主、先探后掘、先治后采的原则。此外，在对矿区地下区域展开探查时，可采取物探、钻探、化探的方式了解富水性特征，隔水层所在区域空间，掌握地质、地貌及地下水变化，做到科学分析和预测，展开事前预防和控制，保障矿区作业的安全性。

3 结语

希望上文论述可以提高专业人员对矿区水文地质特征及涌水量的掌握和了解的程度，并在实际作业中结合相关数据资料，做到科学规划和处理，掌握用水量防治措施，以此促进矿区开采的顺利作业，提高矿区的安全等级。