狹長(zhǎng)廊道法估算礦坑涌水量的應(yīng)用
——以西藏軋軋龍鉛鋅礦為例

陳 圍，孫占營(yíng)，許 濤

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川西北地質(zhì)隊(duì)，四川 綿陽 621000）

1 礦區(qū)概況

軋軋龍礦區(qū)位于西藏自治區(qū)謝通門縣，自取得探礦權(quán)后歷經(jīng)普查、詳查近15年，先后開展過礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、坑道及鉆孔水文工程地質(zhì)編錄等工作，結(jié)合收集到的當(dāng)?shù)貧庀?、水文地質(zhì)資料，為準(zhǔn)確進(jìn)行礦坑涌水量估算奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為礦山后續(xù)探采活動(dòng)提供了依據(jù)[1]。

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于岡底斯—念青唐古拉板塊，岡底斯陸緣火山—巖漿?。á颍?，念青唐古拉弧背斷隆南緣（Ⅱ2），地層區(qū)劃屬岡底斯—念青唐古拉地層區(qū)，措勤—申扎地層分區(qū)與隆格爾—南木林地層分區(qū)。礦區(qū)出露地層主要為上石炭統(tǒng)-下二疊統(tǒng)拉嘎組（C2-P1l）和古近系始新統(tǒng)年波組（E2n），拉嘎組（C2-P1l）與上覆地層年波組（E2n）為不整合接觸，部分地段被第四系覆蓋。整體構(gòu)造主要受區(qū)域性的深大斷裂娘熱—仁堆斷裂影響，該斷裂呈東西向從礦區(qū)中部穿過，大部被第四系掩蓋。該斷裂產(chǎn)生的主應(yīng)力為南北向擠壓，疊加后期右行剪切。在礦區(qū)出露的深成侵入巖主要為：似斑狀二長(zhǎng)花崗巖、中細(xì)粒（黑云母）二長(zhǎng)花崗巖、石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，巖脈主要有石英斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、閃長(zhǎng)細(xì)晶巖、花崗細(xì)晶巖脈、石英脈巖等。

3 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

（1）自然地理及氣象水文。軋軋龍礦區(qū)位于岡底斯山脈南麓，地勢(shì)西高東低。最高海拔5694m，最低海拔4400m，相對(duì)高差約1300m。屬深切割高山-極高山地貌。詳查區(qū)西面的娘熱藏布屬雅魯藏布江次級(jí)支流，橫貫詳查區(qū)中部，匯水面積內(nèi)次級(jí)水系多為季節(jié)性溪流。10月至次年2月，多霜雪，月平均氣溫約-2°；3～4月為風(fēng)季，多風(fēng)沙，月平均氣溫7～8°；5～9月為雨季，多雨，降水量約占全年的80%以上（年降水量約220mm），月平均氣溫約12°。

（2）主要含水層水文地質(zhì)特征。①第四系松散巖類孔隙水含水層。該層為地下水徑流及排泄區(qū)，主要分布在山谷沖溝和軋軋龍溝溝谷內(nèi)，物質(zhì)組成為泥質(zhì)、碎石、卵石等，厚度一般8.00m～20.00m。該地層厚度薄，分布范圍小，容水孔隙有限，且部分被泥質(zhì)充填，地形上利于排水，蓄水條件差，透水性強(qiáng)，據(jù)試坑滲水試驗(yàn)，滲透系數(shù)為12.90～17.84m/d，平均14.25m/d。屬富水性為中等或中等以下的含水層。②基巖裂隙水含水層。區(qū)內(nèi)地下水主要賦存于裂隙帶內(nèi)，其補(bǔ)給源主要為大氣降水和季節(jié)性凍土融水補(bǔ)給。屬淺層潛水，地下水位埋深一般較淺，根據(jù)鉆孔地下靜止水位觀測(cè)，K4-1號(hào)礦體基巖裂隙水含水層地下水位10.80m～24.45m，平均深度為14.74m；K3-2、K3-3號(hào)礦體基巖裂隙含水層地下水位24.75～55.45m，平均深度為39.45m。據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，K3-2、K3-3礦體基巖裂隙水含水層單位涌水量為0.039L/s·m；K4-1礦體基巖裂隙水含水層單位涌水量為0.026L/s·m，均小于0.1L/s·m，屬富水性弱的裂隙含水層。對(duì)礦坑充水影響相對(duì)較小。

（3）主要隔水層水文地質(zhì)特征。根據(jù)鉆孔及坑道水文地質(zhì)編錄情況，礦區(qū)深部微風(fēng)化基巖孔完整基巖裂隙大多呈閉合狀，基本上不含地下水，將其劃分為隔水層。其頂界標(biāo)高與弱風(fēng)化帶底界標(biāo)高一致。

（4）構(gòu)造破碎帶水文地質(zhì)特征?？辈閰^(qū)內(nèi)次一級(jí)構(gòu)造較為發(fā)育，構(gòu)造破碎帶大都與地表風(fēng)化帶相通，因此構(gòu)造破碎帶及構(gòu)造裂隙也成為地下水的又一容水空間。地表調(diào)查中發(fā)現(xiàn)斷層附近均無泉點(diǎn)出露，平硐內(nèi)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)斷層面多為泥質(zhì)充填形成二次膠結(jié)，因此區(qū)內(nèi)斷層導(dǎo)水性及富水性相對(duì)較弱。對(duì)礦坑充水影響相對(duì)較小。

4 礦坑涌水量估算

（1）礦坑充水因素。①地下水。K3-2、K3-3礦體目前探明的控制標(biāo)高自地表至4900m，圍巖主要為花崗巖；K4-1號(hào)礦體標(biāo)高自地表至5300m，上部圍巖為砂巖，底部為花崗巖。礦體距離地表較近，部分位于基巖風(fēng)化帶內(nèi)，因此基巖風(fēng)化帶裂隙水及構(gòu)造裂隙水是礦坑充水水源之一，其充水通道主要為基巖風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙。②地表水。礦體多于水文地質(zhì)單元分水嶺附近，周圍無常年性地表水體，僅有源頭性的季節(jié)沖溝，溝水流量受季節(jié)性降雨影響較大，每年的6～10月可形成地表徑流，流量一般小于0.10m3/s，11月至次年的5月為干溝。溝谷距離礦床較遠(yuǎn)，之間水力聯(lián)系極弱，且沖溝水力坡度大，徑流排泄暢通，補(bǔ)給地下水的水量極小，因此地表水對(duì)礦坑充水的影響小。③老窿?？辈閰^(qū)內(nèi)礦體還未進(jìn)行開采，無老窯或采空區(qū)，勘查期間施工有平硐，這些平硐均為自然排水，其中4號(hào)礦體的平硐未發(fā)現(xiàn)有水流出，3號(hào)礦體平硐涌水量一般小于10m3/d，其水量較小的原因?yàn)槠巾衔挥跇?biāo)高5090m以上，目前平硐深度不大，平硐延伸長(zhǎng)度不超過300m，且未進(jìn)行開采。

綜上所述，未來礦井在采礦過程中，礦坑中的充水水源以基巖裂隙水為主，地表水對(duì)礦坑的影響較小。

（2）礦坑涌水量估算。本次僅對(duì)已控制的+4900標(biāo)高以上的K3-2、K3-3號(hào)礦體的礦坑涌水量及+5200標(biāo)高以上的K4-1號(hào)礦體的礦坑涌水量。①估算邊界。K3-2、K3-3號(hào)礦體礦坑涌水量計(jì)算邊界上至地下水位面，而基巖裂隙含水層地下水位受地形影響，水位面為一穹頂形凸面；下至完整基巖頂界面，而完整基巖頂界面受風(fēng)化深度控制為一不規(guī)則面。因此礦井涌水含水層以統(tǒng)計(jì)的鉆孔地下水位面至基巖風(fēng)化裂隙層底界的平均厚度作為含水層的厚度，按無限補(bǔ)給邊界考慮。K4-1號(hào)礦體所在位置在地貌上位于山體北側(cè)半山腰以上，地表自然排水條件良好，控制礦體位于5300m以上，遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面，礦坑充水水源同樣為基巖風(fēng)化裂隙水及構(gòu)造裂隙水，礦坑涌水量主要考慮基巖風(fēng)化層。礦井涌水計(jì)算邊界條件與K3-2、K3-3號(hào)礦體的礦坑條件基本相似。②采用狹長(zhǎng)廊道法估算礦坑涌水量。礦體空間形態(tài)為脈狀，其開采系統(tǒng)將形成狹長(zhǎng)的井巷系統(tǒng)，井巷長(zhǎng)為控制的礦體長(zhǎng)度，采用狹長(zhǎng)廊道法預(yù)測(cè)礦坑涌水量。

表1 含水層厚度統(tǒng)計(jì)表

式中：Q—礦井涌水量（m3/d）；K—滲透系數(shù)，取本次抽水試驗(yàn)所獲得的參數(shù)（m/d），K3-2、K3-3礦體為0.162m/d，K4-1礦體為0.031m/d；H—水柱高度（m），此處為含水層平均厚度；S—水位降低值（m），因最終水位將降低至裂隙潛水含水層以下，因此其值也為含水層平均厚度；r0—大井半徑（m），井巷系統(tǒng)為長(zhǎng)條形，r0取0.25倍井巷長(zhǎng)度；

其中K3-2、K3-3礦體井巷系統(tǒng)長(zhǎng)度取控制的礦體長(zhǎng)度560m，K4-1礦體井巷系統(tǒng)長(zhǎng)度取控制的礦體長(zhǎng)度360m；R0—引用影響半徑（m）；R—影響半徑（m），據(jù)抽水所得參數(shù)計(jì)算得K3-2、K3-3礦體為322.6m，K4-1礦體為513.00m；L—巷道水平長(zhǎng)度（m）；取控制的礦體長(zhǎng)度，K3-2、K3-3取560m，K4-1取360m；H1—排泄方向上靜止水位（m），取平均含水層厚度；H2—補(bǔ)給方向上靜止水位（m），取平均含水層厚度；R1—排泄方向上水位降低影響寬度（m）；R2—補(bǔ)給方向上水位降低影響寬度（m）；

其中K3-2、K3-3礦體向兩翼地下水位均為降低趨勢(shì)，水力坡度為37%，因此R1與R2相等，在剖面圖上量得影響寬度為240m；K4-1礦體總體地下水位由南向北降低，水力坡度為28%，因此在剖面圖上量得影響寬度：R1為160m、R2為600m。

此外沿脈狀礦體破碎帶裂隙水各方向裂隙含水性不均，降落漏斗呈狹長(zhǎng)的帶狀，涌水量采用以下公式計(jì)算：

式中：m—含水層厚度（m），此處取脈狀破碎帶厚度平均值，K3-2、K3-3礦體為13.31m、K4-1礦體為34.71m；d—破碎帶寬度的一半，K3-2、K3-3礦體取4.30m，K4-1礦體取2.95m；其余符號(hào)意義與前述表示一致。

（3）估算結(jié)果及評(píng)價(jià)。采用狹長(zhǎng)廊道法預(yù)測(cè)的礦坑涌水 量K3-2、K3-3為1259.77m3/d、K4-1為846.58m3/d。大井法估算的礦井涌水量K3-2、K3-3為1116.99m3/d、K4-1為810.60m3/d二者基本吻合，說明計(jì)算結(jié)果具有較高的代表性和可靠性?？紤]到斷層破碎帶的少量充水影響，狹長(zhǎng)廊道法估算的涌水量更為接近實(shí)際。

5 結(jié)論

礦區(qū)主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，地形有利于自然排水；主要充水含水層富水性較差，水文地質(zhì)邊界較簡(jiǎn)單，補(bǔ)給條件較差；構(gòu)造破碎帶較發(fā)育，但被后期充填，富水性弱；勘查區(qū)溝谷與礦坑之間無斷層溝通，地表水對(duì)礦坑充水影響小。礦坑涌水量分別為1259.77m3/d、846.58m3/d，基本滿足后期探礦、采礦活動(dòng)生產(chǎn)用水。