水文地质条件分析及矿坑涌水量研究

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摘要：通过对红岭钨矿水文地质条件分析，在此基础上预测矿坑涌水量等，为矿山生产提供理论依据。

关键词：红岭钨矿；水文地质；涌水量

1.矿区自然地理概况

红岭钨矿床位于广东省翁源县城红岭村，距翁源县城直距约21km。矿区的中心点地理坐标：东经113°58′15″、北纬24°28′30″，行政上隶属于翁源县江尾镇管辖。矿区地形地貌主要为中低山，局部有阶地。地势北高南低、东高西低，最高海拔标高+591m，最低海拔标高+300m，最大相对高差291m。区内地形切割较强烈，沟谷发育，多呈“U”型谷，局部呈“V”型谷，一般坡度在20°～40°，局部可达50°。矿区当地侵蚀基准面以蒲竹坝河河谷标高为准，最低侵蚀基准面标高为+300m，位于矿区南西侧蒲竹坝河，小桂坑村附近。区内植被发育，覆盖率达70%，以杉木为主，有少量竹木、杂树等。区内及外围的地表水体有蒲竹坝河及东昌河。前者在矿带西侧约620m流过流量0.71～6.76吨/秒；后者流量约0.22～3.92吨/秒，自东而西流经矿带中部，跨越工业矿体VI5、V16、V31，与V15沿脉断裂发生弱水力联系。

2.矿床地质概况

2.1地层

矿区位于热水岩体中部，区内仅有岩浆岩出露。矿区出露的地层为第四系（Q）残坡积层和冲积层，发育于山坡和沟谷，成分主要为含砾粉质黏土。山坡第四系（Q）厚度一般为0.2m～0.5m，最大1.0m；沟谷第四系（Q）厚度较大，一般1.0m～2.0m，局部可达3.0m。

2.2地质构造

红岭矿区位于区域性北东向压扭性断裂与近南北向压扭性断裂交叉部位。区内主要导矿构造为一组近南北向的压扭性断裂，倾向西，倾角70°～85°。本区断裂分为成矿断裂和成矿后断裂。

2.3矿体特征

矿区内有云英岩型钨矿体（3个）和石英脉型钨矿体（129条），云英岩型矿体呈似层状赋存于细粒白云母花岗岩的顶部，石英脉型钨矿呈脉状穿插于花岗岩和云英岩型钨矿中。矿区3个云英岩型矿体（V1、V2、V3），呈透镜状赋存于花岗岩体中，依自上而下平行排列，呈斗笠状分布，倾角20°～28°。矿体多集中在花岗岩矿化蚀变带中心，V1、V2矿体分布于花岗岩顶面突起部位。Ⅰ号矿体赋存标高为260m～420m，V2矿体赋存标高为135m～350m，V3矿体赋存标高210m以下。

3.矿床水文地质特征

3.1区域水文地质特征

矿区地貌以中低山地貌为主；区域河流为蒲竹坝河。区域地层主要为第四系（Q）残坡积层和冲积层，为含砾粉质黏土，厚度小，一般为0.2m～1.0m；蒲竹坝河两侧阶地及沟谷第四系稍厚，一般1.0m～2.0m，最厚达3.0m。岩浆岩发育，矿区位于热水花岗岩岩体中心，与岩体边缘最近距离约4.6km，矿区所属流域也全部位于岩体中，岩性为燕山三期（γ52（3））花岗岩。区域地层含水性弱，无主要含水层。根据区域岩性、地下水赋存条件、水力性质、特征，区域地下水可划分为2种类型：松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。

3.2矿区水文地质特征

3.2.1含水层（隔水层）

本区第四系山间沉积物及废石零星分布在二十八处低洼地带，总面积（0.26km2），占全区面积的6.2%，不能形成有意义的含水层。另据CK87孔有关测试，下伏的矿带裂隙性花岗岩的渗透系数仅3.7×10-5m/d，属隔水层。故本区不存在主要含水层。

3.2.2地下水的贮存、补给及排泄

由于本区地形切割较强，利于地表径流的排泄，第四系沉积物一般不含水，地下水主要贮存在花岗岩内。根据水文地质特征，可划分为：风化裂隙水、基岩裂隙水及构造断裂水。现把这三种地下水的贮存、补给、排泄分述如下：

（1）风化裂隙水：赋存于强风化—半风化花岗岩裂隙中。本区强风化-半风化带厚25m～35m，裂隙（尤其是平级裂隙）较深部发育，并经风化增强，导致地下水有一定的侧向活动力。据测定计算，风化裂隙水的径流模数约为49升/秒×平方公里；全区泉水均出露于此带,总流量约6升/分。风化裂隙水以大气降水补给为主，特别是在因采矿而破坏全风化壳的地方，形成了利于降水渗入的“天窗”，“天窗”的垂直渗入系数约为0.006t/m2.d。风化裂隙水主要是向地表径流排泄，全矿区排泄量约180升/秒，其次是通过基岩裂隙向深部矿坑排泄，排泄量约27升/秒；另外,在雨季后期，由于风化裂隙饱和，使风化裂隙水能直接渗入采空区，形成了异常大的脉冲性矿坑涌水高峰。

（2）基岩裂隙水：贮存在花岗岩部分裂隙中。据矿坑339点的裂隙测定统计，矿体围岩裂踪率仅0.16%，且大部份为高倾角封闭型裂隙，不含水；只有在多组裂隙交汇部及邻近裂隙中，才能形成近于垂直展布的管状含水段。故基岩裂隙水具有规模小、数量多、分布均匀、静储量少以及水平连通性差，垂直压力传导快的特征。据钻孔横向扩散试验证实：在天然状态下，基岩裂隙水无流动能力。只有在深部矿坑开拓后，它才能通过管状通道垂直渗人矿坑，并得到风化裂隙水的补给。这种补给、排泄作用是矿坑涌水的最主要来源。因此，矿坑涌水不仅具有明显的季节性，而且涌水量与间距大于20m的矿坑水平长度成正比，本文中把单位长度矿坑涌水量称为涌水强度；另外，由于基岩裂隙向深部减弱，故涌水强度亦随之下降，据452、416、370、324中段涌水量资料分析，低中段的下降速率为0.932。由于基岩裂隙水在水平上的孤立性，使全区无统一地下水位，已有的水位资料都高出相邻平巷，故本区的平巷均属淹没型集水巷道（B型），而采空区则构成非淹没型集水巷道（A型）。由于深部采空区对上部矿坑的完全疏干作用，故A型集水巷道的涌水强度等于本中段及其以上各中段B型集水巷道的涌水强度之和。表1列出了实测及预报的A、B两型巷道的相对涌水强度Ka、Kb。

（3）构造断裂水贮存在成矿期后的断裂中，可分南北组、北西组及东西组。单纯的成矿期或成矿前断裂，因呈闭合状或被矿脉充填而不含水，故不予阐述。①高倾角南北向压扭性断裂带：此组断裂是由密集的线状断裂组成，本身为不透水断裂；仅在矿带中部（V22以南至V15），由于历次构造送加，局部成为不均匀的弱含水断裂，在矿坑中呈现为分散的潮湿状或弱滴水状，涌水强度与基岩裂隙水基本一致，并承受风化裂隙水的补给。②高倾角北西向一北北西向压扭性所裂：断层角砾较发育，多被低温石英脉充填，透水能力弱，在矿坑中呈较均匀的弱滴水状，以风化裂隙水补给为主。但V15沿脉断裂与东昌河有弱水力联系，其补给量小于3.4升/秒。此组断裂多以沿脉断裂产出，涌水强度比同中段B型巷道高出约37%，但仍低于本中段的A型巷道，开采后会被集水能力更强的A型集水巷道所取代，故不具独立的水文地质意义。③高倾角东西同张扭一压扭性断裂：被断层角砾、低温石英脉及高龄土充填，近地表处规模较大，地貌上常呈东西展布的山沟，向深部迅速减弱。现把几条主要的断裂分述如下：Fb1的导水性仅次于V15沿脉断裂，对矿坑的最大充水量为0.11升/秒，旱季中可被矿坑完全疏干。目前在324中段的揭露点已低于蒲竹坝河约十余米，但尚未产生水力联系。即使随中段下降与蒲竹坝河产生水力联系，据计算预测，其充水量在202中段也小于1升/秒。Fb2为V23沿脉断裂，向深部迅速减弱，在324中段已无特殊涌水现象。但它可能因开采而沟通地表逐流而造成非正常涌水的问题。Fb3被大量的高岭土类充填，在324中段无涌水现象。综上所述，构造断裂的涌水强度较基岩裂隙水大，但因在矿坑系统中揭露规模远小于后者，也因大部北西断裂会被非淹没型集水巷道所取代,故对矿坑充水反而不如后者。

4.矿坑涌水量预测

4.1矿坑涌水量预测方法

矿坑涌水主要受下列四个因素制约：降雨量、中段标高、集水巷道的类型及规模。其预报式组如下：Qi=（KaLa+KbLb）（1.851×10-5εi+3.468×10-3）i=1、2......12（1）εi=εi+δiФ(n)（2）Qdm=1.192QmQm=MAX(Qi)（3）以上各式中符号意义如下：Qi—某中段第1月份的平均涌水量(吨/时)；Om—该中段的最大月平均涌水量（吨/时）；Qdm—该中段的最大日涌水量（吨/时）；La、Lb—分别为本中段的非淹没型（A）和淹没型（B）集水巷道的水平长度（米）。应注意：①平均间距小于20米的两平行巷道或采场只等效于一条集水巷道；②若是平巷与采空区平行且间距小于20米，则只作采空区处理；③在A型巷道中应扣除被深部采空区疏干的相应部份。Ka、Kb分别为该中段A、B两型集水巷道的相对涌水强度（无量纲）；εi为第i月份的降水量（毫米）；εi、δi分别为第1月份的降水量及其离差（毫米）；Ф(n)为1/n的正态分布函数；1/n为根据矿山服务年限及排水经济效益确定的最大排水能力使用概率；如n=25,即指平均25年中有一年的Qm、Qdm超出预报值；当n=2时,计算结果恰是多年平均值；在选择n时，应特别注意协调排、贮能力，如集水仓规模大，应采用较小的n值作为排水能力设计依据，如排水贮备能力低，则宜采用较大的n值作贮水能力设计依据。（3）式是计算最大日涌水量的，它只能在最大月涌水量出现的那个月使用，不允许在枯水期或平水期使用。

4.2矿坑涌水量预测

根据矿山现有资料，预测中段为282、242两中段。假设两中段已开采完毕，但深部中段尚未开采，故242中段采空区已疏干了282中段的相应部份，但242中段都未受到深部中段干扰。n依次取2、10、20、30。主要成果有：①两中段长年平均涌水量：373吨/时；②两中段历年平均最大月涌水量：641吨/时；③两中段三十年一遇最大月平均涌水量：979吨/时；④两中段三十年一遇最大日涌水量：1167吨/时。本章所提出的预报方法，是对长期动态观测资料经统计分析后、修改简化而成的。因统计分析过程涉及大批原始数据、物理分析及繁琐的数学运算在本文中不于阐述。

5.小结

矿区地形地貌主要为中低山，局部有阶地；最低侵蚀基准面标高为+300m；矿区地层为第四系（Q）残破积层和燕山三期（γ52（3））花岗岩。第四系（Q）残坡积层零星分布，厚度小，不能形成有意义的含水层，下伏花岗岩的渗透系数仅3.7×10-5m/d，属隔水层，故本区不存在主要含水层；地下水类型主要为风化裂隙水、基岩裂隙水、构造断裂水。根据矿坑涌水量预测：282、242两中段长年平均涌水量373吨/时；两中段历年平均最大月涌水量641吨/时；两中段三十年一遇最大月平均涌水量979吨/时；两中段三十年一遇最大日涌水量1167吨/时。矿区属水文地质条件中等的矿床。

参考文献

［1］广东省有色金属地质局九三二队.广东省翁源县红岭矿区补充详细勘察地质报告（1980年）。

［2］广东省有色金属地质局九三二队.广东省翁源县红岭钨矿614线-626线详查项目地质勘查报告。

［3］杜敏铭,邓英尔,许模.矿井涌水量预测综述。

作者：王向峰   单位：广东省有色金属地质局九三二队