淺析江西滸溪金礦區(qū)水文地質(zhì)特征及防治措施

吳致科，晏西軍

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九0二地質(zhì)大隊，江西 新余 338000）

滸溪金礦區(qū)地處揚子板塊與華南褶皺系的交接地帶，次級構(gòu)造單元為萍樂拗陷帶中段。其北為九嶺隆起，南為武功隆起。在這兩個“隆起”之間的拗陷帶內(nèi)，發(fā)育著較大規(guī)模的推覆構(gòu)造，它們是九嶺南緣逆沖推覆構(gòu)造自北向南、武功北緣逆沖推覆構(gòu)造自南向北推覆滑移的產(chǎn)物，本區(qū)位于九嶺南緣逆沖推覆構(gòu)造帶上。礦區(qū)地層以二疊系下統(tǒng)茅口組為主，茅口組灰?guī)r中溶洞發(fā)育不均及礦區(qū)周邊的下廟水庫造成了區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性。本文通過對滸溪金礦區(qū)水文地質(zhì)特征的初步分析，為礦山開采技術(shù)條件的分析提供依據(jù)，并初步提出相應(yīng)防治措施。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)含水層

1.1.1 第四系全新統(tǒng)松散沉積物弱富水孔隙含水層

殘坡積為棕紅褐色、灰黃褐色含角礫石亞粘土砂角礫石混亞粘土；洪積為灰棕褐色砂卵石、砂礫卵石和漂礫。在區(qū)內(nèi)厚度0m～67.75m，主要分布在礦區(qū)南面。礦區(qū)內(nèi)無泉水出露，洪積物的透水性好，是地表溪水滲入地下補給巖溶水的良好通道。

1.1.2 燕山早期第二階段第一次侵入黑云母花崗巖等弱富水風化裂隙含水層

巖性為淺灰色、肉紅色細粒斑狀黑云母花崗巖。風化強烈，風化厚度10m～30m，分布在礦區(qū)北部邊緣地帶，地下水在山腳和切割較深的溝谷中呈下降泉水流出，泉口標高177.64m～190.40m，涌水量0.14L/s～0.794L/s。據(jù)區(qū)域資料，水質(zhì)為重碳酸鹽鉀鈉鈣型，PH值5.9，礦化度0.037g/L。

1.1.3 二疊系下統(tǒng)茅口組下段中—強富水巖溶裂隙含水層

巖性為灰—深灰色泥晶中—厚層含燧石結(jié)核及燧石條帶灰?guī)r夾硅質(zhì)灰?guī)r和硅質(zhì)巖。經(jīng)熱液蝕變后構(gòu)成細粒大理巖、含硅質(zhì)或硅灰石團塊細粒大理巖夾硅灰石礦體及硅質(zhì)石。在區(qū)內(nèi)分布在地表以下9.8m～67.75m之間，為未來礦床充水的主要含水層。巖溶化弱—強烈，鉆孔水位差異較大，鉆探揭露溶洞（多為砂角礫石和含礫亞粘土等充填）和裂隙發(fā)育含水段時，均出現(xiàn)漏水及水位突變現(xiàn)象。

1.2 斷層及其水文地質(zhì)特征

F1斷層：在礦區(qū)內(nèi)有鉆孔ZK603、ZK201揭露控制，走向近東西，總體傾向南，傾角68°左右，走向延伸長度大于3000m，推測斷距大于300m。結(jié)構(gòu)面較平直，斷層性質(zhì)為一正斷層。下盤為茅口組地層，沿斷層帶溶蝕現(xiàn)象普遍，溶洞發(fā)育，地下水徑流暢通，富水性強，為一導水構(gòu)造。

1.3 礦區(qū)巖溶發(fā)育特征

礦區(qū)巖溶發(fā)育在二疊系下統(tǒng)茅口組下段的灰?guī)r、大理巖中，巖溶化程度與礦體和巖體的隔水程度及距離密切相關(guān)。近礦體和巖體的大理巖，巖溶化強烈，地表多石柱、石芽、落水洞及溶洞等，遠離礦體和巖體的大理巖，巖溶化弱，地表多為溶溝、溶槽和少數(shù)石柱、石芽。同時巖溶化程度與斷層有關(guān)，在6線ZK603，2線ZK201鉆孔中見有斷層破碎帶，受其影響ZK602、ZK102鉆孔中揭露溶洞多處，溶洞高0.6m～3.9m不等，其它鉆孔中巖溶裂隙普遍發(fā)育。鉆孔溶洞發(fā)育特征見下表。

表1 溶洞發(fā)育特征表

（1）在垂直方向上，溶洞集中發(fā)育在標高100.92m以上，地下水位季節(jié)變化帶以上，由于水交替條件好，在風化和水的作用下，導致巖溶化強烈，地下水以垂向流動為主，發(fā)育有落水洞和垂向階狀溶洞等。在地下水位季節(jié)變化帶和水平逕流帶（標高140m～250m，隨所處位置地形而異）因地下水逕流的水動力條件較好，巖溶化強烈，而遠離時巖溶化弱。

（2）巖溶發(fā)育受構(gòu)造控制，在靠近南面水溝較近地帶，巖溶化強烈，溶洞多而大；在距礦區(qū)南面水溝較遠處，巖溶化弱，溶洞少且小。

（3）溶洞多集中發(fā)育在水交替條件好的淺部，隨著距地表深度的增大和水交替條件的減緩，溶洞稀且小。

（4）溶洞發(fā)育隨地下水逕流方式的不同，巖溶形態(tài)和巖溶化強度等明顯的垂直分帶性。在地下水水平逕流帶以上，是溶洞集中發(fā)育地段，巖溶化烈，在深部循環(huán)帶，因水交替緩慢，溶洞小而稀，巖溶化弱。

1.4 巖溶地面塌陷的危險性分析

滸溪金礦區(qū)地表均為第四系殘坡積、洪積層，下伏基巖的巖性為二疊系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r，為可溶巖，巖溶發(fā)育，為覆蓋型巖溶區(qū)，具備了發(fā)生巖溶地面塌陷的條件。鉆孔見洞率18.2%，線巖溶率5.0%～8.9%。礦山地下開采疏干排水，將成為地面塌陷的誘發(fā)因素。根據(jù)巖溶地面塌陷易發(fā)程度量化評價標準表，對礦區(qū)范圍內(nèi)礦山地面工程所處的覆蓋型巖溶區(qū)進行量化評價[1]，評價結(jié)果為“易發(fā)”，即評估區(qū)內(nèi)的覆蓋型巖溶區(qū)為地面塌陷易發(fā)區(qū)。后期處于地面塌陷易發(fā)區(qū)的礦山地面工程存在遭受巖溶地面塌陷威脅的可能性。

表1 巖溶地面塌陷易發(fā)程度量化評估結(jié)果表

1.5 地下水的補給、逕流和排泄條件

礦區(qū)的巖溶地下水主要接受大氣降水的滲入補給，西部尚有向南東逕流的巖溶水補給，經(jīng)巖溶裂隙和巖溶管道向東（北面局部向南匯集）逕流，在切割較深的溝谷中和東部山腳，呈巖溶大泉流出。巖溶地下水動態(tài)隨降水的季節(jié)變化，同時隨著所處位置的不同，泉的涌水量變化也不相同，季節(jié)變化較大，涌水量變化也變化較大。

2 礦床充水因素

2.1 充水水源

在天然狀態(tài)下，礦床充水直接水源主要為茅口灰?guī)r的巖溶水。但采礦等人為活動可能造成地面開裂、巖溶塌陷等現(xiàn)象，致使大氣降水和地表（溪流、水庫）水也直接成為礦坑（井）的充水水源。

2.2 充水途徑

礦床充水通道主要有斷層、裂隙溶洞、巖溶塌陷、天窗等。

2.2.1 斷層

礦區(qū)內(nèi)斷層主要有F1斷層，走向近東西，總體傾向南，傾角68°左右，走向延伸長度大于3000m，推測斷距大于300m。結(jié)構(gòu)面較平直，斷層性質(zhì)為一正斷層。下盤為茅口組地層，沿斷層帶地下水徑流暢通，富水性強，將成為礦區(qū)外圍巖溶水補給礦井的主要通道。

F1斷層與下廟水庫水力聯(lián)系：根據(jù)水庫附近鉆孔資料，F(xiàn)1斷層向南傾入水庫底部。F1斷層與下廟水庫之間第四系厚度在50m左右，第四系成分為殘積的亞粘土和洪積的砂卵石、砂礫卵石。粘土層將是較好的隔水層，而局部洪積的砂卵石、砂礫卵石透水性則較好，是水庫水滲入地下補給巖溶水和斷層水的良好通道。此外，如在庫區(qū)發(fā)生塌陷，其塌陷漏斗將成為水庫水灌入地下含水層的直接通道。F1斷層是溝通水庫與礦坑的地下水通道，存在造成礦坑突水、突泥的安全隱患。

2.2.2 裂隙溶洞

礦區(qū)充水層溶蝕裂隙及溶洞發(fā)育，溶蝕裂隙發(fā)育程度有隨地表向深部逐漸減弱的趨勢。裂隙的發(fā)育不但是地下水徑流的直接通道，而且是溶洞形成的必要條件之一。巖溶的徑流是層流和紊流并存，以管道式紊流為主。巖溶水常以突水點的形式直接進入礦坑，具有水壓高、水量大、分布不均的特點，為礦坑充水的主要因素之一。

圖1 礦區(qū)水文地質(zhì)典型剖面

2.2.3 巖溶塌陷

礦區(qū)巖溶發(fā)育強烈，在地下開采抽排地下水后，較易發(fā)生巖溶塌陷。巖溶塌陷易發(fā)區(qū)范圍包括下廟水庫、山澗溪流。在地表水體之上發(fā)生的巖溶塌陷坑將使大氣降水及地表水直接進入溶洞或礦坑（井），成為礦井涌水水源。

除此之外，地下采礦中，采空區(qū)的冒落塌陷，不良封閉鉆孔等“天窗”都可能成為礦坑充水的通道。

3 結(jié)論及防治措施

（1）下廟水庫與地下采區(qū)之間存在F1斷層、溶洞裂隙等水力聯(lián)系通道，水庫對礦坑的地下水補給將造成礦坑突水、突泥的安全隱患。

（2）礦山開采過程中應(yīng)加強對坑道中的溶孔、溶槽、溶溝、落水洞的調(diào)查，并加以防患。

（3）采用預(yù)先疏排水的方式開采，疏水降壓，滿足礦井安全生產(chǎn)的要求，井下要有足夠的排水能力設(shè)施等。排水時要控制地下水位下降速度，以減少塌陷的發(fā)生；建造防滲帷幕，避免或減少預(yù)測塌陷區(qū)的地下水位下降，防止產(chǎn)生地面塌陷；建立地面塌陷監(jiān)測網(wǎng)。對于已經(jīng)發(fā)生的地面塌陷，首先對地表水進行截流，防止地表水通過塌陷漏斗倒灌地下含水層引起礦坑突水，并及時用粘土或水泥灌注填實[2]。

（4）地表防水以山澗溪流和下廟水庫為重點防區(qū)。必要時雨季實行日夜巡視值班制度，建立與下廟水庫管理人員的密切聯(lián)系。對河床或庫底不可靠的部位進行鋪底，減小地表水對地下含水層的補給。

（5）針對F1導水斷層，可選擇有利地段構(gòu)筑地下防水帷幕。地下防水帷幕可阻斷與下廟水庫等地表水體的水力聯(lián)系，降低地下徑流強度，消減礦坑水洪峰流量。

（6）建立地下水位觀測網(wǎng)，密切注意地下水位降落漏斗的擴展形勢，以便采取對應(yīng)措施。