關(guān)于清水塘礦區(qū)垱頭沖礦段礦坑涌水量預(yù)測方法探討

李 培，李 偉

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊，湖南 衡陽 421000）

1 地質(zhì)背景

湖南省祁東縣清水塘礦區(qū)位于郴州多金屬成礦帶與湖南深部構(gòu)造揚子微板塊、華南微板塊拼貼帶內(nèi)的江永-祁東-湘鄉(xiāng)地殼隱伏逆沖斷裂帶內(nèi)的關(guān)帝廟穹隆構(gòu)造西端，大地構(gòu)造位置處于紫云山-牛頭寨-四明山-關(guān)帝廟早期華夏系隆起地帶與祁陽山字形構(gòu)造北弧復合地段。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

清水塘礦區(qū)采礦權(quán)包括垱頭沖、紅旗坑、老虎巢、白沙巖、金礦巖、月塘坪等六個礦段。區(qū)內(nèi)地貌為崇山峻嶺，地形較陡，幼年期“V”形谷發(fā)育，一般地形坡度在35°至15°之間。礦區(qū)最高點為位于詳查區(qū)東偏北方向的猴子嶺，海拔標高678.16m，最低點為詳查區(qū)東北方向的雙口水庫，海拔標高270m,相對高差最大408.16m,一般在200m至300m之間。

礦區(qū)位于以西側(cè)七亭子-尖峰嶺-河嶺、東北側(cè)老虎嶺-啞口嶺-猴子石為分水嶺所構(gòu)成的匯水區(qū)內(nèi)，匯水面積8.13km2,為一個較完整的水文地質(zhì)單元。地下水從東西兩側(cè)分水嶺向中部匯聚，然后向南徑流，最后流出礦區(qū)。該匯水區(qū)最低點位于礦本部南側(cè)的南田，海拔標高約270m,為礦區(qū)最低侵蝕基準面。垱頭沖礦段位于以西側(cè)七亭子-尖峰嶺-河嶺、東側(cè)筆槽塘為分水嶺的二級匯水區(qū)內(nèi)，匯水面積2.74km2，最低點位于礦本部東側(cè)沖溝，海拔標高290m。

2.1 地層(巖層)巖性及水文地質(zhì)特征

出露的地層從老到新為：

寒武系下統(tǒng)（∈1）：由硅質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、燧石層夾石煤層和磷礦層組成，為隔水層或相對隔水層。

寒武系中統(tǒng)（∈2）：由薄-中厚層狀灰?guī)r、砂巖、炭質(zhì)板巖及砂質(zhì)板巖組成，為隔水層或相對隔水層。

寒武系上統(tǒng)（∈3）：上部為灰黑色薄層石英砂巖、粉砂質(zhì)絹云母板巖；中部為深灰-灰黑色絹云母板巖、含鈣質(zhì)板巖夾泥質(zhì)灰?guī)r透鏡體、微粒灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及硅質(zhì)灰?guī)r，不含水，為隔水層。

奧陶系（O）:厚度較大，從上至下為白水溪（O1bs）、棋亭子組（O1q）、煙溪組（O2y）、唐刀溪組（O2md）、南石沖組（O3n）及五峰組（O3w）。巖性主要為炭質(zhì)板巖、絹云母板巖及少量硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖、含石英粉砂巖。

在本礦段大面積出露的地層主要為白水組中段（O1bs2）絹云母板巖及白水組上段（O1bs3）石英粉砂絹云母板巖?？辈楣舶l(fā)現(xiàn)泉點151個，地下水露頭點密集，但泉點涌水量都很小，絕大部分在0.1L/s以下，最大0.45L/s，最小0.01L/s。該層含裂隙水，為礦區(qū)主要含水巖層。根據(jù)對5個鉆孔進行的靜止水位觀測，水位標高相差極大，最低水位為CK901孔，水位標高23.40m；最高水位為CK1102孔，水位標高466.42m。根據(jù)地下水露頭情況、鉆孔靜止水位、簡易注水試驗成果、鉆孔水文地質(zhì)編錄工作判斷，該含水層含水通道聯(lián)通性差，富水性普遍為弱，采礦疏干降落漏斗無法向外擴展，造成了400余米的懸掛水頭。

志留系周家溪群（Szh）:巖性為灰-深灰色薄-中厚層狀變質(zhì)長石石英砂巖。

該層礦區(qū)出露范圍小，分布在礦區(qū)東側(cè)花崗閃長巖體附近，垱頭沖沒有出露。該層中沒有發(fā)現(xiàn)泉點，僅局部陡坎處可見地下水沿巖石層面滲流，含微弱裂隙水。

泥盆系跳馬澗組（D2t）:上部為鐵質(zhì)粉砂巖，下部為灰白色薄-中厚層狀變質(zhì)長石石英砂巖，本次調(diào)查在該層中沒有發(fā)現(xiàn)泉點，含水層富水性弱。

泥盆系棋子橋組（D2q）:上部為灰黑色厚層灰?guī)r，下部為灰色-深灰色頁巖。

泥盆系地層出露面積小，分布在礦區(qū)東側(cè)，垱頭沖沒有出露。該含水層富水性弱。

第四系（Q）：礦區(qū)第四系松散層分布廣泛，由殘坡積層及沖、洪積層構(gòu)成，以殘坡層為主，具二元結(jié)構(gòu)，上部主要為透水性差的粘性土，下部為結(jié)構(gòu)松散、透水性較好的砂性土及碎石土，含孔隙性潛水，季節(jié)性變化大。

2.2 構(gòu)造及坑道水文地質(zhì)特征

區(qū)域構(gòu)造發(fā)育，但本礦段構(gòu)造主要為一些次級斷裂破碎帶，呈網(wǎng)格狀分布，與礦體賦存關(guān)系密切。

根據(jù)垱頭沖8、9、10三個中段的坑道水文地質(zhì)調(diào)查情況，大部分坑道為潮濕，少量坑道滴水，坑道涌水點極少，其中8中段沒有涌水點，9、10中段各一個涌水點，涌水量分別為0.01L/s和0.015L/s，地下水主要是通過滴水的形式進入礦坑，坑道揭露滴水巖層后，其滴水持續(xù)時間較長，主要滴水區(qū)大多不在破碎帶內(nèi)。

2.3 補給、徑流、排泄條件

礦區(qū)地下水主要接受當?shù)卮髿饨邓臐B入補給，沿地形坡向由高處向低處徑流，排泄于坡腳、溪溝及礦坑。

2.4 水力聯(lián)系

（1）礦區(qū)地下水與地表水之間的水力聯(lián)系。礦區(qū)地下水與礦區(qū)地表水之間存在水力聯(lián)系，但礦區(qū)及附近的地表水體主要為一些小型水庫、山塘及間歇性地表溪流，礦區(qū)地表水不發(fā)育，且主要含水層含水通道連通性差，地表水對礦區(qū)地下水補給有限；區(qū)域地表水體距礦區(qū)較遠，與礦區(qū)地下水之間無水力聯(lián)系。

（2）礦區(qū)地下水與區(qū)域地下水之間的水力聯(lián)系。通過對勘探成果資料的分析研究查明，礦區(qū)地下水與區(qū)域地下水之間無水力聯(lián)系。

（3）礦區(qū)含水層之間的水力聯(lián)系。礦區(qū)松散巖類孔隙含水層與碎屑巖裂隙含水層之間具有水力聯(lián)系。在山地及斜坡地帶，碎屑巖裂隙含水層接受松散巖類孔隙含水層的垂直滲入補給；在坡腳、溝谷等地形低洼地帶，碎屑巖裂隙含水層反過來側(cè)向補給松散巖類孔隙含水層。

2.5 礦床充水因素

碎屑巖裂隙含水層與含礦層賦存于同一層位，該含水層是礦坑的直接充水因素；松散巖類孔隙含水層垂直補給下部的碎屑巖裂隙含水層，是未來礦坑的間接充水因素；賦存于棋子橋灰?guī)r中的巖溶含水層本身富水性弱，且中間存在一個次級地表分水嶺，從目前降落擴展情況看，降落漏斗水位不可能穿越地表分水嶺達到東側(cè)的巖溶含水層，故礦區(qū)巖溶含水層與垱頭沖礦坑充水無關(guān)。

3 垱頭沖礦段礦坑涌水量預(yù)測方法

3.1 涌水量預(yù)測方法選擇

垱頭沖礦段現(xiàn)已形成南北方向狹長的坑道系統(tǒng)，最低采礦標高已達到十中段（-25m標高），疏干漏斗中心水位達到23.40m標高，但附近水位仍保持在400m左右標高，11線的CK1102孔目前水位標高仍為466.42m,形成了一個與坑道系統(tǒng)基本一致的狹長條帶狀降落漏斗。這是由于充水含水層透水性差引起的，降落漏斗難以越過地表分水嶺。

本礦段礦體產(chǎn)狀陡，未來采礦主要是往深部，東西方向擴展不大，即隨采礦深度增加，采礦面積不會有大的增加，故隨采礦深度增加，水文地質(zhì)條件不會由大的改變。

鑒于以上情況，礦坑涌水量預(yù)測方法選擇深度比擬法符合礦床實際。即以八中段坑道排水量資料及十中段抽水試驗資料為依據(jù)，假設(shè)隨開采深度增加，開采面積不變，預(yù)測深部礦坑涌水量。

3.2 礦坑涌水量計算

（1）計算基礎(chǔ)資料

礦山排水系統(tǒng)設(shè)置情況：八中段以上礦坑水主要集中在八中段水倉后集中排出地表；八中段以下礦坑水集中從十中段排出。

①2014年八中段以上礦坑總排水量。八中段以上（含八中段）共有三個排水點，主要排水點為八中段水倉，將三個排水點每日排水量相加即為八中段以上總排水量。②八中段以下抽水試驗成果。2014年6月1日至20日利用排水系統(tǒng)進行了為期20天的抽水試驗，水泵額定流量為60m3/h,經(jīng)校定，實際排水能力為56.32m3/h。根據(jù)十中段抽水試驗，從八中段到十中段，采礦深度增加80m。

（2）比擬參數(shù)選定

根據(jù)礦山提供的八中段以上排水資料，2014年6月份是全年平均最大排水月，排水量為191.17m3/h?？梢栽摰V坑涌水量增加值為依據(jù)用比擬法預(yù)測深部礦坑涌水量。即采礦深度每增加1個中段，礦坑涌水量增加8.66m3/h。

（3）計算基數(shù)

一般涌水量=八中段以上年平均礦坑涌水量+十中段礦坑涌水量增加量+十中段往下預(yù)測中數(shù)增加值×單個中段涌水量增加值

最大涌水量=八中段以上年最大礦坑涌水量+十中段礦坑涌水量增加量+十中段往下預(yù)測中數(shù)增加值×單個中段涌水量增加值

最小涌水量=八中段以上年最小礦坑涌水量+十中段礦坑涌水量增加量+十中段往下預(yù)測中數(shù)增加值×單個中段涌水量增加值

（4）預(yù)測結(jié)果

預(yù)測結(jié)果詳見下表。

表1 清水塘礦區(qū)垱頭沖礦段礦坑涌水量預(yù)測結(jié)果表

4 結(jié)語

本文通過對清水塘礦區(qū)地質(zhì)背景及垱頭沖礦段礦床水文地質(zhì)條件的闡述，以八中段以上礦坑排水量為基數(shù)，采用開采深度比擬法預(yù)測了深部礦坑涌水量。清水塘礦區(qū)垱頭沖礦段自轉(zhuǎn)入深部開采以來，礦坑涌水量一直比較穩(wěn)定，實際礦坑涌水量與預(yù)測結(jié)果接近，說明預(yù)測方法及參數(shù)選擇恰當，符合礦床實際。礦區(qū)其它礦段水文地質(zhì)條件與垱頭沖礦段的水文地質(zhì)條件相似，可以借鑒本礦段的礦坑涌水量預(yù)測方法。