安徽某铜矿深部矿体矿坑充水水源分析

叶 强

（安徽铜陵有色金属集团股份有限公司安庆铜矿，安徽 安庆 246131）

安徽铜陵有色金属集团股份有限公司下属安庆铜矿，位于长江中下游铁铜成矿带中部，是一个水文地质条件复杂的大型岩溶金属矿山。本次研究的马头山端部矿体平面范围分布于W5～W17线，深度从－570m至－650m，为整个安庆铜矿矿区最西端的深部矿体，属于新开拓区域，为水文地质工作盲区。在基建工程完成前，未形成足够的排水能力，基建巷道及硐室在强含水层中进行，有可能发生局部区域淹井，对井下安全生产形成威胁。必须快速查明矿坑充水水源，为下一步的防治水措施提供依据，有针对性地解决矿坑充水问题［1］，减少和避免突水造成的损失，保障矿山安全高效生产［2］。

1 马头山端部矿体水文地质特征

1.1 端部矿体地质特征

本次研究范围为马头山矿段的Ⅰ号矿体－560 m以下部分，平面范围分布于W5～W17线，深度从－570m至－650m，矿体呈透镜体体状，存在分支复合及倒转现象。矿体总体走向体分布东高西低，向西侧伏，F6断层～W10线矿体近于水平，走向近东西，倾向北北西，倾角20°～50°，W10线以西至W15线矿体走向转为北西—南东，上部倾向北东，下部倾向南西，W15线以西矿体走向又转为近东西。倾向北北西，倾角20°～45°，如图1所示。矿体顶板围岩主要是白云石大理岩、大理岩和透辉石矽卡岩；底板为闪长岩、透辉石矽卡岩、除局部破碎、风化、稳定性稍差外，一般岩石稳固性较好。

图1 马头山端部矿体示意图

1.2 矿床地下水系统及含水介质特征

马头山矿床直接充水含水体是接触构造破碎带，其分布范围与大理岩舌状体分布几乎一致，厚度小于20m。据地面钻孔及井下钻孔揭露，其中见大理岩钻孔中，都未见溶洞，只见小于2cm的晶洞和裂隙。井下涌水特点如下：水平分布水点多且分散、各孔涌水量接近，只有靠近F6断层和洪塘沟一带的出水点涌水量略大、垂向上的涌水点位于矿体直接顶板，主要分布在－380～－460m之间。

岩溶发育程度随着深度的增加而减小，－570m中段施工的两个水文观测孔大理岩岩芯整体较完整，仅局部发现小裂隙、小溶洞，两观测孔在水平方向上并无明显的连通关系，富水性差。

2 水化学特征分析

2.1 阿廖金天然水分类法分析

本次研究共取六个水样进行分析：1＃水样取自马鞍山河水；2＃水样取自CK－2钻孔水；3＃水样取自－630m斜坡道（TP16点）水；4＃水样取自－600m中段沿脉巷道水；5＃水样－580m斜坡道口；6＃水样－529m斜坡道叉口底板水。1＃、2＃水样来自地面；3＃～6＃水样来自井下。各取样点水化学组分见表1。

表1 各取样点水化学组分成果表 mg／L

采用俄国学者O.A.Aleken提出的阿廖金天然水分类法将地下水按化学成分分为不同类型［3］。该方法先按照阴离子含量划分为三大类，再根据主要的阳离子含量把每一个大类分成三组，然后再按阴阳离子含量从比例关系分为四个型。分类结果如下：马鞍山河水（1＃）为低矿化度偏酸性S类Ca组Ⅱ型水；CK－2钻孔水（2＃）为极低矿化度偏中性C类Na组Ⅱ型水；－630m斜坡道（TP16点）水（3＃）为低矿化度偏碱性C类Ca组Ⅱ型水；－600m中段沿脉巷道水（4＃）为低矿化度偏碱性S类Ca组Ⅱ型；－580m斜坡道口水（5＃）为低矿化度偏弱酸性C类Ca组Ⅱ型水；－529m斜坡道叉口底板水（6＃）为低矿化度偏酸性C类Ca组Ⅰ型水。马鞍山河水（1＃）与600m中段沿脉巷道水（4＃）可视为同一类地下水，－630m斜坡道水（3＃）为与－580m斜坡道口水（5＃）可视为同一类地下水。除2＃样外，其它5个水样NO－2含量都是0。2＃样CK－2钻孔水样存在污染，矿化度极低，推测是钻孔已被堵塞，孔内水与其他含水层没有水力联系。

2.2 常规离子含量及库尔洛夫水质类型分析

各水样常规离子含量及库尔洛夫水质类型见表2和表3。影响马头山端部矿体地下水类型的因素主要有三点：大气降水、区域地质环境、地下水补、径、排条件。本区水质类型主要为HCO3·SO4－Ca·Mg型水和SO4·HCO3－Ca·Mg型水。在深部矿体附近，揭露的出水点多为SO4·HCO3－Ca·Mg型水，这是由于矿区内主要含水层都埋藏较深，地下水径流通道不畅，水流缓慢，水循环周期漫长，且因为靠近含硫金属矿床，处于相对封闭的还原环境中，在长期的溶滤作用下，形成了矿化度较高的硫酸盐类水，而安庆铜矿开采后，长期疏排矿区地下水，水力梯度变大，地下水径流通道也因为采掘工程变化，使得矿区地下水交替活动加快，在不断接受浅层地下水的补给条件下，还原环境转化为氧化环境，地下水水化学类型逐渐变为HCO3·SO4－Ca·Mg型水，同时地下水的矿化度也不断降低。

表2 各水样常规离子含量表

表3 各水样库尔洛夫水质类型表

2.3 Piper三线图解

由各水样阴阳离子毫克当量浓度见表4，各水样Piper三线图如图2所示。

表4 各水样常规离子毫克当量浓度 meq／L

图2 各水样Piper三线图

由图2可知：本区6组水样实际上表现出三种大的水化学类型：－529斜坡道、－580斜坡道和－630斜坡道地下水可分为一类；马鞍山河水与－600m中段的水可分为一类；ck－2钻孔水样单独位于菱形图的的右下方，其水化类型与其他5处均不同。－529m斜坡道到－580m斜坡道再到－630 m斜坡道SO2－4离子不断增加，说明地下水从上游到下游，由于径流过程中与岩石接触时间增长，含硫矿物增多，不断溶解微量含硫矿物。

2.4 水化学组分聚类分析

运用聚类分析的方法，按照本区六组水样的常规组分及微量元素组分，可得出各组水样之间的关联程度，见表5。

表5 各水样相似度矩阵

按照各组水样之间的相关性进行分层聚类分析，聚类分析树状图如图3所示。

图3 聚类分析树状图

由此可知：

1.马鞍山河水与井下3＃、4＃、5＃、6＃水样的相关度分别达到0.952、0.964、0.919、0.888，地表水与地下水水力联系密切。

2.－529m斜坡道与－580m、－630m斜坡道地下水，水化学成分基本一致，相关度高达0.994。

3.－600m中段水样与－529m、－580m、－630 m三个斜坡道的水样都有所差别，与其它水样的相关度均未超过0.85，但与地表水相关度高达0.964。

4.CK－2钻孔的水样与各水样的水化学特征都不一样，相关度均较低，均未超过0.65，可单独划分为钻孔有机物污染水。

3 矿坑充水水源分析

自然状态下，地下水的主要补给来源为大气降水，其次为地表水。补给途径为大气降水直接入渗补给和地表水渗漏补给［4］。矿床开采后，因排泄途径的改变，存在三个补给源。

3.1 大气降水

矿区西部、北部、东部山区基岩裸露区，裂隙多闭合、连通性差，补给量不大。中部盆地区，上覆含砾亚粘土，渗透性极弱，补给很微弱。矿区南部东、西马鞍山三叠系碳酸盐岩裸露，岩溶裂隙发育有利于大气降水入渗补给［5］。

3.2 碳酸盐岩裂隙水侧向补给

矿区南部石门湖区地势低凹，且大面积第四系覆盖区厚度薄，自然状态下为本区地下水的排泄区，矿床开采后，因矿坑排水成为地下水的主要排泄途径，改变了地下水的流向，使该区三叠系碳酸盐岩裂隙岩溶水在接受大气降水入渗补给和地表水渗漏补给后侧向补给矿区三叠系碳酸盐岩裂隙岩溶水。

矿区东南部主要含水层埋藏较深，其中，T2y2岩溶裂隙最发育，在T2y2露头区北东，小断裂发育，使其勾通了与T1n含水层的水力联系，T1n岩溶裂隙发育，补给面积大，是矿井涌水的主要补给源。矿井开采后位于该区的观测孔地下水水位下降明显，降落漏斗沿东南方向扩展较远，已至水磨村—陈家破屋一带。这说明东南部地下水的侧向径流也是矿井涌水的补给来源。

3.3 地表水补给

月山河河床第四系松散砂砾石层下无隔水层，局部地段河床深切三叠系碳酸盐岩。马鞍山河床下虽有粘土隔水层，但不稳定，局部存在天窗。两条河流的沿河地带，下伏三叠系碳酸盐岩岩溶裂隙发育，特别溶洞发育，有利于河水渗漏补给［6］。

4 结 论

结合前述本区各水样的水化学特征及矿坑充水水源分析的结果，可以得出如下结论：

1.本区地下水与地表水水力联系密切。

2.从－529m斜坡道到－580m斜坡道再到－630m斜坡道，水流路径增加，与岩石接触时间增加导致离子增加，存在由浅到深的垂向补给。

3.－600m中段水样与－529、－580、－630m三个斜坡道的水样都有所差别，与其它水样的相关度均未超过0.85，但与地表水相关度高达0.964，说明目前坑道深部主要的矿坑涌水主要来自于浅部岩溶区垂向补给影响。