伊寧縣金山礦區(qū)水文地質(zhì)特征及礦坑涌水量預(yù)測

白金啟，李續(xù)續(xù)，賀根義

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，新疆 昌吉 831100)

伊寧縣金山礦區(qū)水文地質(zhì)特征及礦坑涌水量預(yù)測

白金啟1，李續(xù)續(xù)2，賀根義2

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，新疆 昌吉 831100)

[摘要]金山礦區(qū)位于新疆伊寧縣北部。本文以新疆伊寧縣金山礦區(qū)為對象，在基本查明礦區(qū)的水文地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析其充水水源及充水方式，運(yùn)用水均衡理論對礦區(qū)礦井的涌水量進(jìn)行預(yù)測。通過對該礦區(qū)水文地質(zhì)特征和礦坑涌水量的預(yù)測，可以為后續(xù)的礦山開采技術(shù)條件提供必要的理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]水文地質(zhì)特征；礦坑涌水量；金山礦區(qū)；伊寧縣

金山礦區(qū)位于新疆伊寧縣北部，主要包括京希、伊爾曼得、瑪依托拜三個成礦區(qū)，處于克孜勒庫拉河-恰特爾塔爾河-瓊阿希河之間的一個近南北向延伸展布的河間地塊式山嶺地帶，為剝蝕中低山地形。在以往的研究成果中[1-3]，主要集中于對礦區(qū)地質(zhì)條件和成礦規(guī)律的研究分析，但是在水文地質(zhì)特征和礦坑用水量預(yù)測方面尚屬空白，在水文地質(zhì)方面可利用的研究成果僅只能參考距離該礦區(qū)約30 km外已建設(shè)的阿希金礦。因此，本文在對礦區(qū)水文地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對該礦的礦坑涌水量進(jìn)行了預(yù)測，從而可以為后續(xù)的礦山開采技術(shù)條件提供理論依據(jù)。

1礦區(qū)水文地質(zhì)特征

1.1地下水類型

根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件，可將礦區(qū)地下水類型劃分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水、巖溶水和透水不含水層等四種基本類型。

1.1.1松散巖類孔隙水

根據(jù)含水層的成因類型，可將松散巖類孔隙水進(jìn)一步劃分為山間河谷帶狀沖洪積層潛水和山間洼地風(fēng)積層潛水。其中，山間河谷帶狀沖洪積層潛水埋深一般在0.88～5.52 m，根據(jù)淺井抽水試驗結(jié)果可知，降深在0.4～0.5 m之間，涌水量2.51～10.71 m3/d，滲透系數(shù)2.06～14.5 m/d，屬于河谷潛流，礦化度小于1.0 g/L，屬HCO3·SO4-Ca·Mg型水。由于含水層分布不穩(wěn)定，厚度不大，富水性較差，供水意義較小。

1.1.2基巖裂隙水

根據(jù)巖石性質(zhì)和裂隙發(fā)育特征，可分為層狀巖類裂隙水、塊狀巖類裂隙水二個含水巖組。

層狀巖類裂隙水主要賦存于上古生界石炭系下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組一、二、四巖性段礫巖、砂巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖各種成因的裂隙中。由于裂隙發(fā)育程度的不均勻性導(dǎo)致裂隙水富水性的不均勻性和不連續(xù)性，地下水往往呈層狀賦存，不具統(tǒng)一的地下水面。因此，根據(jù)泉水流量可劃分為單泉流量大于1.0 L/s、單泉流量0.1～1.0 L/s以及單泉流量小于0.1 L/s等三個富水地段。

塊狀巖類裂隙水的含水巖組由上古生界下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三、第五巖性段安山巖、角礫熔巖及華里西期安山玢巖組成。由于塊狀巖類為堅硬脆性巖石，在經(jīng)過后期構(gòu)造作用后，其構(gòu)造裂隙非常發(fā)育。因此，地下水儲存和富集地段主要集中在構(gòu)造帶附近和圍巖接觸帶。因此，塊狀巖類裂隙水具體可劃分為單泉流量大于1.0 L/s和單泉流量小于0.1 L/s兩個富水地段。

1.1.3巖溶水

巖溶水的含水層巖性為下奧陶統(tǒng)呼獨(dú)克達(dá)板組第四巖性段厚層狀灰?guī)r，地表多被第四系亞砂土覆蓋，巖石的裂隙、溶隙以及溶洞廣泛發(fā)育[4]。根據(jù)瑪依托帕礦區(qū)SK3鉆孔的施工資料可以看出，該孔深為 150.74 m，揭露地層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第四巖性段凝灰質(zhì)砂巖和下奧陶統(tǒng)灰?guī)r，在18.7～49.84 m抽水試驗段，降深28.27 m，換算單位涌水量0.141 m3/d·m，鉆進(jìn)至94 m，灰?guī)r層出現(xiàn)漏水，頂漏鉆進(jìn)150 m終孔，145 m未測得水位，說明灰?guī)r裂隙和溶隙發(fā)育，導(dǎo)水性好，地下水沿裂隙和溶隙向下部運(yùn)移，通過與河水連通的等勢面，向河水排泄。

1.1.4透水不含水層

透水不含水層在礦區(qū)分布廣泛，地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積層，受地形地貌的控制，沉積厚度一般1～3 m或3～5 m。由于亞砂土植被根系非常發(fā)育，在接受大氣降水后，地下水沿巖土孔隙和根系孔洞下滲，對下伏基巖的裂隙水提供補(bǔ)給來源，而在上部不宜賦存，因此構(gòu)成了透水不含水層。

1.2地下水補(bǔ)徑排特征

研究區(qū)處于多個河間地塊式山嶺地帶，地形為剝蝕中低山地形。海拔1 400～2 500 m。多年平均降雨量達(dá)500 mm，區(qū)內(nèi)的地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水和冰雪融水。此外，松散巖類孔隙水主要分布于河谷地段，地下水的補(bǔ)給來源主要為河水直接補(bǔ)給和基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給。

基巖裂隙水、巖溶水的徑流方向和徑流強(qiáng)度受地形地貌、構(gòu)造發(fā)育方向的控制，并且以地形的變化起主導(dǎo)作用，每一個河間地塊式山嶺即為一個滲流場，當(dāng)?shù)匦蔚陀谶@個勢面線時，地下水就以泉的形式泄出地表，完成地下水的一次小循環(huán)，泉水匯入河流，構(gòu)成河流基流。地下水轉(zhuǎn)化成河水，在徑流過程中，除部分順裂隙向深部運(yùn)動外，終由北向南排泄出區(qū)。

1.3礦坑充水條件分析

由于礦床的埋深不同，充水條件也不盡相同，根據(jù)對研究區(qū)地下水類型和地下水的補(bǔ)徑排特征的分析看出，礦床充水來源，主要是大氣降水及地下水，分述如下：

伊爾曼得礦床位于河床及兩側(cè)斜坡地段，礦床頂?shù)装鍢?biāo)高1 550～1 850 m，河水位河水位平均標(biāo)高1 692 m，說明地下水位與河水位基本保持在一個等勢面上，河床侵蝕基準(zhǔn)面以上礦床及圍巖屬不含水或弱富水性含水巖組。而在侵蝕基準(zhǔn)面以下礦床，根據(jù)抽水試驗結(jié)果，降深7.0～13.79 m，單位涌水量0.173～1.382 m3/d·m，滲透系數(shù)0.010～0.046 m/d。由此說明礦床及圍巖裂隙閉合，導(dǎo)水性差，接受河水補(bǔ)給微弱，開采時礦床充水不會造成影響。

京希礦床位于京希溪溝及兩側(cè)斜坡地段，礦床頂?shù)装鍢?biāo)高1 500～1 800 m，在平硐掘進(jìn)過程中，揭露基巖裂隙水，裂隙水主要沿斷裂帶賦存，水量小于0.1 L/s,說明河水侵蝕基準(zhǔn)面以上礦床富水性弱。而在侵蝕基準(zhǔn)面以下礦床，根據(jù)抽水試驗結(jié)果，降深11.93～21.28 m，滲透系數(shù)0.001～0.012 m/d。鉆孔位于構(gòu)造破碎帶，雖揭露構(gòu)造巖厚度較大，但受壓扭性斷裂作用影響，礦床及圍巖裂隙閉合，導(dǎo)水性差，接受河水補(bǔ)給微弱，開采時礦床充水不會造成影響。

此外，對于伊爾曼得礦床和京希礦床侵蝕基準(zhǔn)面以下的礦床，開采過程中放炮震動，會使基巖閉合裂隙變?yōu)殚_放裂隙，小的阻水?dāng)嗔炎優(yōu)閷?dǎo)水?dāng)嗔?，加大地下水的入侵?qiáng)度，影響礦坑開采。根據(jù)抽水試驗結(jié)果，在19～49.84 m試段，降深28.77 m，單位涌水量0.043 m3/d·m，滲透系數(shù)0.002 6 m/d；鉆進(jìn)至94 m灰?guī)r層出現(xiàn)漏水，說明礦床以下灰?guī)r裂隙和溶隙發(fā)育，導(dǎo)水性好，地下水在接受大氣降水補(bǔ)給后，沿裂隙和溶隙向下部運(yùn)移，通過與河水連通的等勢面，向河水排泄，開采時礦床充水和圍巖底板突水不會對礦坑造成影響。

2礦坑用水量預(yù)測

2.1預(yù)測原則

(1)初步確定露天采礦范圍，如表1所示，礦坑涌水量分別進(jìn)行計算。

(2)以各成礦區(qū)為獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，河流為輸出(入)邊界，兩側(cè)山脊地段分水嶺為零流量邊界。

(3)各礦區(qū)河水侵蝕基準(zhǔn)面以上礦床，根據(jù)地質(zhì)孔長觀資料和平硐及鉆孔施工情況，富水性極弱或不含水，因此，各礦區(qū)此標(biāo)高以上的礦坑涌水量計算中的地下水量部分可視為零。

(4)各礦區(qū)河水侵蝕基準(zhǔn)面以下的礦床，受河水及基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給影響，礦坑側(cè)面進(jìn)水，底部為緩傾角厚層狀灰?guī)r，視為不透水層。礦坑涌水量中的地下水量部分計算可根據(jù)鉆孔完整井抽水試驗參數(shù)K值確定。

(5)伊爾曼得、京希成礦區(qū)，河水位(侵蝕基準(zhǔn)面)位于礦床頂?shù)装逯g，礦坑涌水量包括地下水和大氣降水兩部分，可分別計算?，斠劳斜车V區(qū)河水位位于礦床底板以下，礦坑涌水量計算中地下水部分可忽略不計。

表1　礦區(qū)露天采礦場位置及范圍一覽表

2.2計算方法及參數(shù)確定

根據(jù)上述預(yù)測計算原則，各成礦區(qū)露天采礦場范圍內(nèi)涌水量為大氣降水量和地下水量兩部分，計算公式為[5]：

Q=Q降+Q地

(1)

其中：Q降=X·F露；Q地=K·F側(cè)

式中： X為降水量(m)；K為地下水滲透系數(shù)(m/d)；F露、F側(cè)為露天采礦場面積(m2)、礦坑側(cè)面積(m2)。

2.3預(yù)測計算結(jié)果及其評述

通過礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查，地下水涌水量計算是在各礦區(qū)露天采礦場面積、開采邊坡角，確定涌水?dāng)嗝?礦坑側(cè)面積)，并選擇地下水平均滲透系數(shù)作為參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計算的，其結(jié)果較為符合客觀實(shí)際，有利于礦山開采過程中礦坑排水設(shè)計。

計算結(jié)果表明：也爾曼得礦區(qū)礦坑年涌水量446 464.18 m3，日平均涌水量1 223.19 m3；京希礦區(qū)礦坑年涌水量470 474.20 m3，日平均涌水量1 288.97 m3；瑪依托背礦區(qū)礦坑涌水量主要為大氣降水，年涌水量123 480 m3，日平均涌水量338.30 m3。日平均涌水量受大氣降水影響主要集中在春、夏季4～7月內(nèi)，占全年涌水量的50%以上。根據(jù)計算結(jié)果，綜合評價礦坑涌水量小，見表2所示。預(yù)測計算結(jié)果，可作為礦山開采設(shè)計依據(jù)。

表2　礦坑涌水量計算成果表

3結(jié)語

(1)根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件，可將礦區(qū)地下水類型劃分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水、巖溶水和透水不含水層等四種基本類型。區(qū)內(nèi)的地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水和冰雪融水。松散巖類孔隙水的補(bǔ)給來源主要為河水直接補(bǔ)給和基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給，地下水沿河谷縱坡徑流。

(2)研究區(qū)內(nèi)礦床充水來源，主要是大氣降水及地下水。計算結(jié)果表明：也爾曼得礦區(qū)礦坑年涌水量為446 464.18 m3；京希礦區(qū)礦坑年涌水量為470 474.20 m3，瑪依托背礦區(qū)礦坑年涌水量為123 480 m3。其結(jié)果較為符合客觀實(shí)際，可作為礦山開采設(shè)計依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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[2]師德?lián)P, 韓芳芳. 新疆金山礦區(qū)金礦地質(zhì)特征淺析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報.2013 (7): 245-245.

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[4]陳雷, 王伯鐸, 蔣立榮, 等. 露天采礦對地下水的影響及保護(hù)對策[J]. 地下水.2010, 32(5): 3-5.

[5]房佩賢,衛(wèi)中鼎, 廖資生,等.專門水文地質(zhì)學(xué)[M]. 地質(zhì)出版社.1987.

[收稿日期]2016-04-07

[作者簡介]白金啟(1987-)，男，四川西充人，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的工作。

[中圖分類號]P641.4+1

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)03-0050-02