朝山金礦礦井水文地質(zhì)條件研究

朱成林，樊 浦

(1.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊，安徽 銅陵 244033；2.江蘇省水文水資源勘測局宿遷分局，江蘇 宿遷 223800)

安徽朝山新材料股份有限公司朝山金礦始建于1992年1月。2016年7月由于連續(xù)強降雨引起礦山+3 m中段及-65 m中段涌水量急增，井下涌水超過礦山總排水量，導致-470 m中段被淹，直接影響礦山開采安全[1]。目的是通過系統(tǒng)總結(jié)礦區(qū)歷年來所取得的地質(zhì)、水文地質(zhì)成果資料，并結(jié)合礦山開采所揭露的水文地質(zhì)實際情況，對礦山水文地質(zhì)條件作進一步深入研究和評價，為有效指導礦山采取防治水措施及今后開采提供技術依據(jù)和安全保障[2-4]。

1 地質(zhì)環(huán)境背景概述

1.1 自然地理

本區(qū)屬中亞熱帶濕潤季風氣候，其特點是氣候溫暖濕潤，春夏多雨，盛夏炎熱，秋季干旱，冬季溫和，四季分明。多年平均氣溫16.2℃，降水多集中于每年4-8月份，年均降水量為1 375.9 mm，年均蒸發(fā)量為1 359.8 mm。礦區(qū)無大的地表水體及水系，大沖小溪為季節(jié)性溪流，向北東方向流入羊河。羊河為長江二級水系，離礦山最近點約1 km，向北在順安鎮(zhèn)以下匯合新橋河后，在鐘倉以下流入長江。另外，礦山南部羊山?jīng)_尾砂庫殘存有小的水體，西側(cè)有蘭花沖水庫，最大庫容量6.96×104m3。

1.2 地質(zhì)構造

礦區(qū)位于大通～順安復向斜次級構造青山背斜北東段南東翼，為一單斜構造[5]。地層走向25°～45°，傾向南東，傾角25°～37°，局部達70°。小褶曲較發(fā)育，在朝山金礦炸藥庫北東及簸箕山頂部發(fā)育北東向、近南北向小褶曲，單個褶曲軸向長度30～80 m。礦區(qū)斷裂構造較為發(fā)育，主要為近南北向、東西向、北西向及北東向四組。其中白芒山近南北向斷裂位于礦區(qū)西部，自白芒山延伸至雞冠山，長約1 800 m，寬30～250 m，走向近南北，中、南段向東偏移呈南東向，傾向東、傾角65°～85°，為一組追蹤剪切斷層，延深很大，屬成礦前斷裂?？刂戚x石閃長巖侵位，其接觸帶構造及旁側(cè)圍巖派生的裂隙構造為金礦體的主要控礦構造之一。近巖體接觸帶附近(小于50 m)的圍巖裂隙和變質(zhì)帶的陡裂隙是控制金、硫礦化體的主要構造。裂隙構造產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀基本一致，變質(zhì)帶中陡裂隙構造產(chǎn)狀與接觸帶產(chǎn)狀近一致，單個裂隙很窄，都被含金磁黃鐵礦脈充填，裂隙帶厚度大于10 m，也可被含金硫鐵礦充填交代形成工業(yè)礦體。層間裂隙自北而南沿接觸帶構造呈“斜列式”排列。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 含水巖組及富水程度

根據(jù)巖層含水特征劃分為四個含水巖組，依據(jù)鉆孔單位涌水量評價富水程度(q>1 L/s·m為強的，1≥q>0.1為中等，0.1≥q>0.01為弱的，0.01≥q>0.001為極弱，q≤0.001為相對隔水?，F(xiàn)分述如下：

2.1.1 松散巖類孔隙含水巖組

坡洪積(Q4dl-pl)粉質(zhì)粘土夾碎石含水層：分布于礦區(qū)中部大沖一帶，厚度2～15 m，巖性為褐黃色、灰黑色粉質(zhì)粘土夾碎石，塊徑一般0.2～0.3 cm，結(jié)構松散～較緊密。據(jù)白芒山東公路旁民井抽水試驗，單位涌水量0.044 L/s·m，富水程度極弱。水化學類型為HCO3-Ca型，pH值6.9，總硬度144.03 mg/L，礦化度0.185 g/L。

2.1.2 碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組

(1)分水嶺組(T2f)大理巖含水層：出露于礦區(qū)南部簸箕山一帶，巖性為薄～中厚層狀大理巖，地表溶溝、溶芽、小溶洞及溶蝕裂隙較發(fā)育，在簸箕山標高75 m處見一沿層面發(fā)育的溶洞，洞徑約4 m，洞深達10 m。據(jù)相鄰的大團山銅礦床ZK722抽水試驗，單位涌水量0.339 L/s·m，富水程度中等，滲透系數(shù)0.2257 m/d。水化學類型為HCO3-Ca型，pH值7.5，總硬度240.95 mg/l，礦化度0.295 g/L。為礦區(qū)主要含水層之一，是礦區(qū)南部進水主要補給來源，為間接充水含水層。

(2)南陵湖組(T2n)大理巖含水層：出露于礦區(qū)北部，巖性為薄～中厚層狀大理巖，巖溶較發(fā)育，溶洞高度一般小于2 m，多為粘土、巖石碎塊充填，以溶隙為主，鉆孔巖心見溶蝕段，向深部巖溶減弱，以構造裂隙為主。鉆孔水文電測井(表1)顯示弱含水層存在，并由北向南厚度逐漸變大，補給方向在淺部向下補給并見漏失層，深部則為橫向補給且緩慢向上。85線以北+2 m坑道上部鉆孔穩(wěn)定水位均大于2 m，存在懸掛水頭，表明北部巖溶裂隙連通性差。南部靠近接觸帶附近巖溶裂隙、溶洞發(fā)育增強，鉆孔沖洗液漏失，礦區(qū)SHK2抽水試驗時觀測孔SHK1同步升降，連通性好。據(jù)SHK2抽水試驗，單位涌水量為0.113 L/s·m，富水性中等，滲透系數(shù)0.889 m/d，水化學類型為HCO3―Ca型，pH值7.1，總硬度210.95 mg/L，礦化度0.240 g/L。為礦區(qū)主要含水層之一，是礦區(qū)北部主要進水來源，為直接充水含水層。

表1 鉆孔水文電測井成果一覽表

2.1.3 碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙含水巖組

塔山組(T1t)角巖、大理巖含水層：礦區(qū)地表未出露，埋藏于南陵湖組之下。巖性上段為角巖與大理巖互層，中段為角巖、矽卡巖、大理巖互層，溶蝕現(xiàn)象不發(fā)育，局部裂隙發(fā)育，多呈閉合狀或被方解石脈充填，鉆進中未見漏水及水位突變現(xiàn)象，深部含水貧乏。據(jù)相鄰的大團山ZK233、CK349單位涌水量0～0.000 9 L/s·m，滲透系數(shù)0～0.001 m/d，富水程度極弱。水化學類型為HCO3-Ca型，pH值7.5，總硬度194.9 mg/L，礦化度0.209 g/L。為直接充水含水層。

2.1.4 巖漿巖類裂隙含水巖組

輝石閃長巖(νδ)含水層：呈巖墻狀產(chǎn)出，走向為北北西向，寬30～250 m，產(chǎn)狀陡立，以閉合裂隙為主。巖墻西側(cè)ZK3923與東側(cè)SHK1相距325 m，水位差值94.81～176.18 m，說明輝石閃長巖具有明顯隔水性。淺部風化強烈，巖石破碎，SHK3單位涌水量0.012 L/s·m，富水程度弱，滲透系數(shù)0.014 1 m/d，水化學類型為HCO3-Ca型，pH值8.5?？傆捕?47.89 mg/L，礦化度0.339 g/L。

2.2 斷裂構造導水性

區(qū)域構造含水特征為背斜貧水，向斜富水。大通～順安復向斜為一完整的水文地質(zhì)單元，復向斜內(nèi)部由三疊系碳酸鹽巖(T2l～T1x)組成，總厚度大于1 000 m；中部的青山背斜組成溶蝕丘陵區(qū)，巖石裸露，巖溶發(fā)育，發(fā)育深度可達200 m；青山背斜兩側(cè)為朱村向斜和陶家山向斜，地表為第四系覆蓋，是良好的蓄水構造，蘊藏豐富的裂隙巖溶水，鉆孔單位涌水量0.5～1 L/s·m，單井開采量1 000～2 000 m3/d，為區(qū)內(nèi)地下水主要分布區(qū)。

區(qū)內(nèi)主要含水層龍頭山組灰?guī)r、分水嶺組灰?guī)r分布于青山背斜兩翼，富水程度中等～強的；次要含水層南陵湖組灰?guī)r地表廣泛出露，富水程度弱～中等；塔山組灰?guī)r分布于青山背斜軸部，富水程度弱，在縱張裂隙發(fā)育區(qū)和導水斷裂附近富水性增強，深部一般無水；巖漿巖體為相對隔水層。

礦區(qū)位于青山背斜的南東翼，處于青山背斜與朱村向斜中間，遠離青山背斜軸部。本礦山處在獅子山銅礦區(qū)東側(cè)邊緣部，與靠近青山背斜軸部的獅子山銅礦雖然同處背斜的一翼，但輝石閃長巖隔水巖墻將兩者分隔在兩個相對獨立的次一級水文地質(zhì)單元中。

2.3 巖溶發(fā)育特征

受西部輝石閃長巖侵入影響，分布于白芒山東坡的南陵湖組灰?guī)r和簸箕山的分水嶺組灰?guī)r均變質(zhì)為大理巖，地表見溶溝、溶芽和溶洞，一般規(guī)模不大，其中最大的溶洞分布于簸箕山，洞徑約4 m，洞深達10 m。鉆孔揭露有溶蝕裂隙和溶洞，以溶蝕裂隙為主。鉆孔溶洞能見率23%，平均巖溶率0.496%，最大洞高7.30 m(SHK2)，一般小于3 m，單孔巖溶率小于28.8%(ZK1001)。溶洞(溶蝕裂隙)充填率達47.37%，充填物有粘土、大理巖和輝石閃長巖碎塊等，含水性較差。

2.4 地下水動態(tài)、含水層之間及其與地表水之間的水力聯(lián)系

2.4.1 地表水與地下水的水力聯(lián)系

礦區(qū)無大的地表水體，大沖小溪為季節(jié)性溪流，位于第四系粘性土之上，其與下伏基巖地下水之間的水力聯(lián)系較弱。

2.4.2 含水層之間的水力聯(lián)系

第四系粘性土含水性差，其與下伏基巖有一定的水力聯(lián)系。淺層基巖地下水之間水力聯(lián)系相對較好，其中分水嶺組大理巖含水層與南陵湖組大理巖含水層之間無隔水層存在，輝石閃長巖風化裂隙水與南陵湖組、分水嶺組大理巖含水層也存在一定的水力裂隙；深部因輝石閃長巖隔水和塔山組角巖、大理巖含水貧乏，基巖地下水之間水力聯(lián)系也相對較差。

大氣降水是礦區(qū)地下水的主要補給來源，碳酸鹽巖出露的低丘(白芒山、刺山和簸箕山等)為地下水補給區(qū)，地表及淺部發(fā)育的溶溝、溶槽和溶洞為大氣降水入滲補給的通道。在天然狀態(tài)下，白芒山、刺山和簸箕山等低丘區(qū)地下水在接受降水補給之后主要順地形向大沖谷地徑流，最終匯入朱村向斜谷地；但在礦山排水影響下，由于低丘區(qū)地下水主要流向礦井，因此，大氣降水在低丘區(qū)入滲后亦向礦井匯聚。

礦區(qū)淺部地下水動態(tài)變化明顯受大氣降水和礦井排水雙重控制，一方面，淺部坑道涌水點流量和礦山排水量的變化與大氣降水密切相關，且受降水強度影響，最大水量出現(xiàn)在豐水期，最小水量出現(xiàn)在枯水期；另一方面，礦區(qū)地下水位受礦井排水的影響，總體上呈下降趨勢。深部地下水動態(tài)變化受大氣降水的影響相對減弱，受礦井排水影響相對增強。

3 礦井水文地質(zhì)分析

3.1 礦山開采現(xiàn)狀

礦山于1992年初，自地表至0 m標高采用上盤斜井開拓，開拓系統(tǒng)由一條長110 m的斜井，坡角25°，1994年施工盲井至標高-43 m。

1997年10月完成由銅陵有色設計研究院設計的技改擴建工程，在85線建一主豎井至標高-200 m，開采85～94線-188 m以上礦體；在礦床兩端分別建有北風井和南風井。

2004年初在91線-188 m中段設計盲豎井至-480 m，-188 m盲井投入生產(chǎn)后，礦山從而進入深部礦體的開拓、生產(chǎn)階段，現(xiàn)已開拓-310 m、-350 m、-390 m三個中段，目前-310～-350 m兩個中段開始采礦，-470 m中段為地下水倉。

開拓方案為原有系統(tǒng)主豎井提升，分中段開拓，以間距15 m施工穿脈切割巷道，輔以必要的坑下鉆探控制備采礦塊。基于工業(yè)礦體的形態(tài)特征變化較大，規(guī)模大小不一，采礦方法經(jīng)多年實踐，采用無底柱淺孔崩落法。

3.2 井巷水文地質(zhì)特征

根據(jù)礦山巷道實地調(diào)查，巷道充水有如下特征：(1)巷道壁絕大部分干燥無水，局部沿裂隙有潮濕和滴水現(xiàn)象，少數(shù)裂隙出現(xiàn)較大的涌水；(2)巷道中輝石閃長巖段坑壁干燥，僅在接觸帶附近見潮濕區(qū)和滴水，而南陵湖組大理巖中巖溶裂隙局部發(fā)育，時有涌水和滴水現(xiàn)象；(3)巷道自北向南埋深逐漸增大，巷道中的涌水點位置也由北向南、由淺入深變化，-120 m～-188 m中段涌水點集中分布在勘探線3～7線，-310 m～-350 m中段涌水點在勘探線7～11線分布比較明顯；(4)隨著巷道埋深的增加，巷道中涌水點的水頭壓力也逐漸增大，涌水點的水量變化與大氣降水的聯(lián)系卻逐漸減弱。

3.2.1 巷道裂隙發(fā)育特征

通過巷道裂隙調(diào)查統(tǒng)計，+2 m、-22 m中段主要發(fā)育三組裂隙(圖1)，第①組裂隙走向278°～310°，傾向南西，傾角60°～83°，部分向北東傾，傾角大于85°，張性或張扭性；第②組裂隙走向20°～50°，傾向南東，傾角27°～60°，部分向北西傾，傾角大于65°；第③組裂隙走向近東西，傾向南，傾角陡，具壓扭性質(zhì)。其中以第②組裂隙最為發(fā)育，①、②兩組以共軛剪切節(jié)理出現(xiàn)，少數(shù)①、②、③組交切。三組裂隙均有不同程度地充水，涌水量隨其靠近接觸帶而增大。

圖1 +2 m、-22 m巷道節(jié)理傾向玫瑰花圖

-120 m中段主要涌水裂隙有328°∠54°、205°∠61°、185°∠78°；-310 m、-350 m、-470 m中段南陵湖組大理巖巖溶裂隙局部發(fā)育，呈未張開狀，傾角一般65°～80°。

3.2.2 巷道涌水點的特征

據(jù)以往對-65 m、-158 m、-188 m、-268 m、-310 m、-350 m、-470 m等中段巷道涌水點及井下鉆孔涌水情況的調(diào)查資料，-158 m中段掌子面有兩個炮眼涌水，均為沿南陵湖組大理巖層間裂隙涌出，有一定的水壓，一個水量約360 m3/d，另一個水量不大；-188 m中段也見沿南陵湖組大理巖裂隙出水，但水量較小；-228 m中段有兩處裂隙出水，呈淋水狀，總出水量約20 m3/d；-310 m中段有兩處涌水，一處位于斷層下盤，沿大理巖層間裂隙與構造裂隙交匯處涌出，另一處位于采場礦體間的夾石大理巖中，沿斷層與層面交匯處涌出，水量較?。?470 m中段有一處涌水，沿大理巖層間裂隙與構造裂隙交匯處涌出，涌水量約120 m3/d。

井下探礦孔出水的主要有：-268 m中段一探礦孔涌水量達122 m3/d；-310 m中段有三個探礦孔出現(xiàn)了涌水，其中ZK31099在向下35°、孔深45.40 m出現(xiàn)涌水，ZK310914在向下13°、孔深47.00 m出現(xiàn)涌水，水平孔ZK31001孔深24.90、74.90、80.40 m均出現(xiàn)涌水；-350 m中段ZK3501123水平孔在孔深64.70 m出現(xiàn)涌水。從各孔揭露的巖芯看，其涌水位置多為南陵湖組大理巖裂隙。

3.2.3 -65m和-350m巷道兩次大的涌水特征

2009年6月30日至7月1日連降暴雨，降水量總計327.7 mm。受此次降水影響，-65 m中段出現(xiàn)兩處集中涌水，一處位于巷道頂板南陵湖組大理巖斷裂帶，最大張開寬度30～40 cm，一處位于巷道迎頭掌子面南陵湖組大理巖巖溶裂隙，斷裂帶和巖溶裂隙傾角較陡，總涌水量約2 000 m3/d，暴雨過后涌水點逐漸干涸。此次涌水呈黃褐色，渾濁，含泥砂，無壓，為中性、硬～極硬、HCO3·SO4-Ca型水。

2011年9月2日，-65 m中段采場和-350 m中段采場同時出現(xiàn)涌水，以-350 m中段采場涌水為主。-350 m中段采場涌水特征為每間隔15～20 h，瞬時涌水量增大，涌水混濁，含細粒紅褐色粘土，涌水量約100 m3/h，經(jīng)過72 h連續(xù)排水，涌水基本被抽干。水質(zhì)分析結(jié)果表明，-65 m中段采場和-350 m中段采場的涌水均為中性、極硬、SO4-Ca型水。經(jīng)初步分析，此次涌水與ZK111有關，一是ZK111位于采場工作面附近且鉆孔未被封閉；二是采礦爆破使圍巖產(chǎn)生了一定的擴張裂隙，導致采場與ZK111貫通，ZK111“人工天窗”將淺部巖溶裂隙水導入采場；三是ZK111淺部為三疊系中統(tǒng)分水嶺組、南陵湖組大理巖，巖溶裂隙較發(fā)育，其中孔深5.35～8.06 m為粘土夾大理巖碎塊；孔深9.11～14.66 m為溶洞；孔深63.77～67.47 m、86.21～93.51 m、108.26～111.36 m發(fā)育有裂隙或溶洞，巖心破碎，充填有紅褐色粘土。由此可見，此次采場涌水來源于淺部分水嶺組、南陵湖組大理巖裂隙和溶洞內(nèi)儲存的地下水。

3.2.4 本次+3 m、-65 m中段涌水特征

自2016年5月入汛以來，銅陵地區(qū)累積降雨量達1 150 mm，較常年多1.6倍，其中2016年6月27日至7月4日連降大暴雨，降水量超400 mm。2016年7月2日中午11時至18時，井下涌水量急增，水泵排水能力不足，為減少礦山損失，礦山先將水集中泄至-470 m中段，再排除涌水，導致-470 m中段被淹，至2016年7月12日，-470中段積水基本排除。

經(jīng)調(diào)查，本次井下涌水點共5處，其中+3 m中段出現(xiàn)三處涌水點，-65 m中段出現(xiàn)兩處涌水點。+3 m中段三處涌水點均為地表鉆孔未封孔引起，其中2個為豎孔、1個為斜孔，孔徑均為91 mm；-65 m中段1#涌水點位于巷道頂板南陵湖組大理巖層間裂隙帶，礦山已臨時封堵，2#涌水點為鉆孔涌水，鉆孔孔徑91 mm，水量較大，涌水渾濁，含泥砂。暴雨過后涌水量逐漸減少，由此可見，此次中段涌水事故主要由大氣降水下滲引起。

3.3 礦井充水條件分析

3.3.1 充水水源

礦區(qū)地下水的主要補給來源為大氣降水，隨著礦山向深部開拓和開采，北部的淺部一定的范圍已形成地下水降落漏斗，正常情況下，大氣降水是通過淺部裂隙、巖溶等補給漏斗之下的地下水，成為間接充水水源。但在連續(xù)降雨或暴雨情況下，大氣降水就有可能成為淺部巷道的直接充水水源，其充水特點是瞬時涌水量較大，但影響時間較短，影響程度較有限，如-65m中段在暴雨期間出現(xiàn)的的涌水。

三疊系中統(tǒng)分水嶺組大理巖和南陵湖組大理巖為礦區(qū)主要含水層，淺部為裂隙巖溶水，深部因巖溶發(fā)育減弱為裂隙水，富水性總體特點是淺部大理巖較深部大理巖富水，分水嶺組大理巖較南陵湖組大理巖富水，大理巖裂隙巖溶水和裂隙水是井巷主要充水水源。其中北部巷道是以南陵湖組大理巖含水層直接充水為主，其特點是巷道埋藏淺，進入巷道的地下水的水頭壓力低，多為潛水，局部已形成小規(guī)模的地下水降落漏斗，大氣降水是其補給來源；南部巷道是以分水嶺組大理巖含水層間接充水為主，其特點是巷道埋藏較深，進入巷道的地下水的水頭壓力高，多為承壓水，目前南部地下水降落漏斗尚未形成，大氣降水對其影響相對較小。

需要指出的是，礦山已連續(xù)開采二十余年，各中段已形成不同規(guī)模的采空區(qū)，部分淺部采空區(qū)已被充填，但大部分采空區(qū)尚未充填。采空區(qū)是否存在積水，積水量有多大，積水采空區(qū)之間的連通性如何，老采空區(qū)水能否構成充水水源等問題尚不清楚，有待進一步開展工作。

3.3.2 充水途徑

從巷道現(xiàn)有涌水特點分析，上述水源進入巷道的主要途徑是裂隙，淺部巷道揭露的小規(guī)模斷裂，也是良好的導水通道；其次是未封閉的鉆孔，局部地段存在淺部溶洞水或裂隙水沿未封閉鉆孔進入巷道或采場，如-350 m中段采場的涌水通道。此外，地表采空塌陷區(qū)也為大氣降水直接進入井巷提供了有利條件。

3.3.3 涌水量預測

礦山在-188 m中段和-470 m中段分別建有水倉，最終由-188 m中段水倉集中排出地表。其中，淺部巷道(空區(qū))地下水通過-158 m中段放水孔直接放入-188 m巷道，自然流入-188 m水倉，排水量約1 024 m3/d；深部巷道地下水通過-310 m中段放水孔放入-470 m水倉，然后用泵排入-188 m水倉，排水量約1 137 m3/d。目前礦山總排水量約2 161 m3/d，雨季排水量約2 500 m3/d。

根據(jù)《安徽省銅陵市朝山金礦床資源儲量核實報告》(2009年7月)，預測未來-310 m標高以下礦坑正常涌水量1 508 m3/d，最大涌水量3 314 m3/d，加上上部實際涌水量，合計未來礦坑正常涌水量為2 532 m3/d，最大涌水量4 338 m3/d。預測降落漏斗以南風井下部為中心，形成一個近式橢園形降落漏斗，影響面積0.266 km2，西南部以輝石閃長巖為隔水邊界，東部影響邊界外推400 m左右。

4 結(jié)語

(1)本礦主要金礦體產(chǎn)于北北西向展布的輝石閃長巖東接觸變質(zhì)帶及其圍巖中，賦礦層位主要為三疊系下統(tǒng)南陵湖組(T1n)下部和塔山組(T1t)中、上段。直接充水含水層為南陵湖組大理巖和塔山組角巖、大理巖，其中南陵湖組大理巖含巖溶裂隙水，富水性中等，塔山組角巖、大理巖含裂隙水，富水性極弱；間接充水含水層為分水嶺組大理巖，含巖溶裂隙水，富水性中等。經(jīng)綜合分析認為，本礦床水文地質(zhì)類型屬巖溶裂隙充水礦床，水文地質(zhì)條件復雜程度屬簡單偏中等類型。

(2)礦井充水水源主要為淺部分水嶺組、南陵湖組大理巖巖溶裂隙水，輝石閃長巖與大理巖接觸帶的富水性總體弱，淺部及接觸帶附近巖溶相對發(fā)育，巖溶發(fā)育下限標高為-60 m，巖溶發(fā)育帶為地下水的富集帶，大氣降水為其補給來源；充水途徑主要為大理巖中構造裂隙、層間裂隙，其次為未封閉的鉆孔。