河北省金廠峪金礦區(qū)水文地質(zhì)特征及充水因素分析

任 磊，熊恒恒

(華北地質(zhì)勘查局五一九大隊(duì)，河北 保定 071051)

0 前 言

研究區(qū)位于華北地臺(tái)北緣，燕山臺(tái)褶帶馬蘭峪復(fù)背斜的東段與山海關(guān)隆起西側(cè)銜接處，礦床分布在冀東早前寒武結(jié)晶基底上[1-2]，具有60多年的開采歷史，研究程度高。但隨著開采深度增加和開采規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，原有已探明儲(chǔ)量將近采完，危機(jī)礦山調(diào)查顯示礦區(qū)按當(dāng)前生產(chǎn)能力還可服務(wù)1.5年，已經(jīng)嚴(yán)重危機(jī)[3]。近幾年開始回收邊角礦體，礦區(qū)水文地質(zhì)條件較開采初期發(fā)生一定程度的改變，諸如在開采坑道所涉及范圍的地表泉點(diǎn)都已干涸斷流，地下水位下降，上部坑道疏干，下層坑道相應(yīng)位置出現(xiàn)涌水點(diǎn)，尤其是雨季大氣降水沿采礦老硐和塌陷地段直接貫入生產(chǎn)坑道，礦坑涌水量明顯增大，這不僅增加了開采成本，而且對(duì)礦山深部開采生產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[4]。礦區(qū)原有水文地質(zhì)工作基礎(chǔ)比較薄弱，水文地質(zhì)研究程度已不能滿足礦區(qū)安全生產(chǎn)所遇到的問題。本文通過對(duì)礦區(qū)含水層類型、地下水動(dòng)態(tài)特征、礦坑充水因素分析以及涌水量預(yù)測(cè)，為礦山安全生產(chǎn)提供了參考依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

礦區(qū)位于冀東太古界遷西巖群變質(zhì)巖系中，其主要巖性為斜長角閃巖、斜長角閃片麻巖、硅質(zhì)斜長角閃巖、石榴子石斜長角閃巖、混合巖化斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖及少量的磁鐵石英巖[5]。金礦床產(chǎn)于深變質(zhì)綠巖帶內(nèi)[6]，含金脈帶主要是由石英脈、鈉長石脈、次生石英巖等斷續(xù)分布于絹云母或綠泥石片巖中，礦體間接圍巖為斜長角閃巖、斜長角閃片麻巖及經(jīng)混合巖化作用的混合巖(圖1)。

1 第四系；2 長城系；3 花崗巖；4 斜長角閃巖；5 奧長花崗巖；6 英云閃長巖；7 麻粒巖；8 脆性斷裂；9 韌性剪切帶；10 地質(zhì)界線

圖1 礦區(qū)地質(zhì)

1.2 構(gòu)造

早期的遷西運(yùn)動(dòng)在整個(gè)冀東地區(qū)形成寬緩的東西向構(gòu)造，阜平運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一系列的南北向構(gòu)造，而后期的燕山運(yùn)動(dòng)則以北東向的脆性斷裂為主。多期構(gòu)造的置換和疊加構(gòu)成礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜[4]。礦區(qū)斷裂以走向北北東20(°)～30(°)、北東50(°)及北西320(°)最為發(fā)育，規(guī)模較大，在斷層的影響下，巖石較破碎，形成了構(gòu)造裂隙脈狀含水帶。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿巖主要是巖脈型的，其中基性、超基性的有透輝巖、透閃巖、滑石巖、陽起石巖、輝石角閃巖等。中酸性的有閃長玢巖、閃長煌斑巖、花崗斑巖、細(xì)晶巖、石英斑巖等。

2 水文地質(zhì)特征

2.1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

礦區(qū)地處冀東北丘陵向山地的過渡地帶，位于河道分水嶺東側(cè)斜坡地段，北西高，南東低，地面標(biāo)高200～400 m，最高點(diǎn)位于區(qū)內(nèi)西部，海拔標(biāo)高486.8 m，屬山前丘陵地貌區(qū)。礦區(qū)內(nèi)切割深度小于100 m，地形坡度一般15(°)～40(°)，屬較緩至較陡坡，加之區(qū)內(nèi)坳溝、沖溝及切溝發(fā)育，有利于大氣降水及地表水的排泄。當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面標(biāo)高200 m，位于礦區(qū)東部偏南，與主要礦體的直線距離約650 m。區(qū)內(nèi)地下水接受大氣降水補(bǔ)給之后依地形由高處向低處徑流并最終排泄至東側(cè)河谷，區(qū)內(nèi)地下水分水嶺與地表水分水嶺基本上一致。

2.2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.2.1 地下水類型劃分

根據(jù)礦區(qū)的地形地貌及含水層巖性等條件，其地下水類型可分為3類，即第四系孔隙潛水、基巖風(fēng)化裂隙潛水和基巖構(gòu)造裂隙脈狀水。

1)第四系孔隙潛水

主要分布在河道及兩側(cè)沖溝中，含水巖層為沖洪積及殘坡積砂卵礫石層。河道沖洪積層厚4～8 m，由砂卵石組成，含孔隙潛水，水位埋深2～4 m，富水性中等；河(谷)兩側(cè)的坳溝、沖溝，發(fā)育洪、坡積層厚1～4 m，由砂、礫石混碎石組成，含孔隙潛水，水位埋深0.5～2 m，富水性弱。

第四系孔隙含水層中的潛水主要接受大氣降水補(bǔ)給，以地下徑流及蒸發(fā)的形式排泄，水量不大，且距離開采地段較遠(yuǎn)，對(duì)礦坑充水無影響。

2)基巖風(fēng)化裂隙潛水

賦存于太古界片麻巖淺部風(fēng)化帶中。基巖淺部風(fēng)化裂隙發(fā)育，發(fā)育深度一般在10～60 m，局部與構(gòu)造破碎帶疊加可達(dá)100 m，富水性弱，對(duì)深部坑道充水無明顯影響。

3)構(gòu)造裂隙脈狀水

受斷裂構(gòu)造影響，斷層兩側(cè)巖石破碎，受其影響，兩側(cè)發(fā)育脈狀裂隙組，成為地下水運(yùn)移的通道和儲(chǔ)存空間。礦床開拓前期地表沿構(gòu)造破碎帶曾有泉水出露，流量一般為0.002～0.084 L/s，最大0.17 L/s，出露標(biāo)高一般在200～300 m。其后由于受礦區(qū)礦坑(道)排水影響，地下水水位下降，并形成降落漏斗，現(xiàn)今處于此標(biāo)高的地下水出露點(diǎn)基本已干涸。據(jù)已有資料和現(xiàn)場調(diào)查，構(gòu)造裂隙含水層，富水不均一，同一條斷裂帶的不同部位，富水性相差較大，鉆探施工中曾出現(xiàn)涌水孔、漏水孔，經(jīng)短期涌水后，水量、水位急劇下降。目前由于礦坑生產(chǎn)用水和排水的影響，原有一些水點(diǎn)均已干涸，僅在深部個(gè)別坑道內(nèi)出現(xiàn)股流水點(diǎn)，這些出水點(diǎn)開始流量大，以后減小很多或干枯，反映出疏干儲(chǔ)存量的特征。據(jù)坑道排水情況看，雨季坑道排水量增大，雨季過后排水量明顯減小，且排水量變化存在明顯的滯后性，說明構(gòu)造裂隙脈狀水靠大氣降水的單一補(bǔ)給，且補(bǔ)給量有限，易于疏干。

2.2.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

礦區(qū)位于兩條河道分水嶺東側(cè)靠近分水嶺處，絕大部分為地下水補(bǔ)給徑流區(qū)，難以形成獨(dú)立的小型水文地質(zhì)單元。礦區(qū)附近無大的地表水體，其中一條河呈北東—南西向穿過礦區(qū)東南角，溝谷上游(礦體處)僅在豐水期出現(xiàn)地表水流。礦區(qū)大部分地區(qū)基巖裸露，表面風(fēng)化裂隙發(fā)育，有利于大氣降水的入滲，地下水以接受大氣降水補(bǔ)給為主。大氣降水通過風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙垂直入滲補(bǔ)給地下水。地下水沿裂隙自本區(qū)西部、北部分水嶺處向南部、東部低洼處的溝谷徑流，徑流途經(jīng)較短，自然流場下，多以泉或泄流的形式排泄。

2.2.3 地下水動(dòng)態(tài)

1)潛水含水層動(dòng)態(tài)

根據(jù)收集到的礦區(qū)周邊以往水位觀測(cè)數(shù)據(jù)可知(圖2)，潛水含水層地下水位在5月最低，9月最高，但變幅較小，在1 m以內(nèi)。

2)基巖風(fēng)化裂隙水、構(gòu)造裂隙脈狀水動(dòng)態(tài)

根據(jù)礦坑排水記錄數(shù)據(jù)情況分析(圖3)，坑道排水雨季排水量明顯增大，主要集中在8月、9月和10月份，雨季過后排水量逐漸減少，且排水量變化存在明顯的滯后性，由此可見，大氣降水是本區(qū)域構(gòu)造裂隙含水層的主要補(bǔ)給來源。

圖2 地下水位埋深動(dòng)態(tài)曲線

圖3 2013-2014年日均排水量變化曲線

4 礦床充水因素分析

4.1 坑道水文地質(zhì)特征

根據(jù)礦區(qū)以往水文地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果顯示，由于礦區(qū)礦體和圍巖的節(jié)理、裂隙發(fā)育不均勻，且多呈閉合型，巖層透水性和導(dǎo)水性差，礦區(qū)含水層屬于分布不連續(xù)的弱含水層，且由于礦床已開采多年，上部多數(shù)已采坑道枯水期基本處于疏干狀態(tài)，只在個(gè)別坑道的斷層破碎帶中，構(gòu)造裂隙脈狀水以股流、滲流形式涌入坑道，另外，在部分鉆孔中也有少量涌水。通過本次調(diào)查，礦區(qū)坑道涌水量為990.3 m3/d；通過對(duì)礦區(qū)2013-2014年坑道涌水量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(見表1)表明，礦區(qū)坑道最大涌水量出現(xiàn)在每年的8～10月份，即坑道涌水來源主要為大氣降水。

表1 2013-2014年礦區(qū)坑道涌水量統(tǒng)計(jì)

3.2 充水因素分析

根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)特征和實(shí)際生產(chǎn)情況，礦床充水因素包括。

1)大氣降水是礦區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源，因地形較陡，坡降較大，利于地下水排泄而不利于補(bǔ)給、賦存，故大氣降水對(duì)礦床開采影響有限。

2)地表水體：據(jù)礦區(qū)前期開采的坑道觀測(cè)，在坑道通過間歇性河流及部分沖溝時(shí)，其底部坑道最近垂距約10 m的地段，雨季坑道頂板僅有潮濕和輕微滴水現(xiàn)象，說明間歇性河流對(duì)坑道充水影響很小。

3)礦床充水的直接來源，主要為構(gòu)造裂隙脈狀水，多以股流、滲流的形式進(jìn)入坑道，出水點(diǎn)一般位于構(gòu)造破碎帶附近。出水點(diǎn)多出現(xiàn)于穿脈，其特點(diǎn)為開始流量大，后期遞減或干涸。

4 坑道涌水量預(yù)測(cè)

礦井涌水量的預(yù)測(cè)具有十分重要的意義，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)礦井涌水量，是制訂礦山疏干排水設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，有助于合理確定礦井水處理設(shè)施的建設(shè)規(guī)模，同時(shí)對(duì)礦山安全生產(chǎn)建設(shè)提供依據(jù)。該金礦是多年開采的老礦區(qū)，目前開采包括露采和井下開采兩部分，本次涌水量預(yù)測(cè)主要針對(duì)-417 m中段以下至最低礦體賦存標(biāo)高即-596 m以上段進(jìn)行。

根據(jù)礦山水文地質(zhì)條件和開采條件，-417中段和-596中段地質(zhì)、水文地質(zhì)條件相似，因此采用比擬法預(yù)測(cè)坑道涌水量。采用現(xiàn)有工程-417 m水平集水坑涌水量類比計(jì)算-596 m水平涌水量。計(jì)算公式如下。

式中Q——計(jì)算中段涌水量，m3/d；

Q0——已知中段涌水量，m3/d；

F——計(jì)算中段開采面積，m2；

F0——已知中段開采面積，m2；

S——計(jì)算中段水位降深，m；

S0——已知中段水位降深，m。

計(jì)算參數(shù)的選取見下表2。

表2 涌水量計(jì)算參數(shù)取值

經(jīng)計(jì)算，-596 m水平的涌水量為480.06 m3/d。

5 結(jié) 論

礦區(qū)地下水類型主要為第四系孔隙潛水、基巖風(fēng)化裂隙潛水和基巖構(gòu)造裂隙脈狀水等3類。礦床充水的主要水源是構(gòu)造破碎帶地段所含構(gòu)造裂隙脈狀水，主要受大氣降水補(bǔ)給。采用比擬法對(duì)-596 m水平的涌水量預(yù)測(cè)為480.06 m3/d。

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