寶山銅礦礦山水文地質特征分析

張 影，管 斌，王 迪，朱成林

(安徽省地質礦產勘查局321地質隊，安徽 銅陵 244000)

1 礦區(qū)概況

1.1 自然地理

寶山銅礦位于安徽省銅陵市112°方向，平距23.5 km處。礦區(qū)屬中亞熱帶濕潤性季風氣候區(qū)，多年平均氣溫16.2℃，平均相對濕度77%～80%，屬濕度充足～適中帶。區(qū)內年際降水分布不均勻，雨季為4-8月，降水量約占全年的50%～80%。多年平均降水1 375.9 mm，年平均蒸發(fā)量1 359.8 mm。礦區(qū)地貌屬丘陵，總的地勢呈北高南低，最高處海拔標高約224.7 m，最低處海拔標高約77.3 m，最大相對高差147.4 m。寶山陶河是礦區(qū)內的主要地表水體，區(qū)內地表水屬長江流域順安河水系。河水主要靠大氣降水、山間泉水及附近礦坑排水補給。

1.2 地質構造

礦區(qū)范圍內主要構造為新屋里復向斜中次級鳳凰山向斜。鳳凰山向斜展布于渭湖村至龍山一帶，靠近復向斜的北西翼，呈北東50°延展，樞紐向南西傾伏，傾伏角16°。以三疊系中統東馬鞍山組為核，北西翼主要由南陵湖組上段組成，傾向南東，傾角65～80°，南東翼由東馬鞍山組構成，傾向北西，傾角40°～60°，向斜中部為鳳凰山巖體切割。出露長12 km，寬15 km，為一歪斜向斜。

區(qū)內未見大的斷裂構造，但節(jié)理裂隙發(fā)育。南陵湖組大理巖中發(fā)育兩組節(jié)理：(1)走向北西330°～340°，極少細脈充填；(2)走向北東70°～80°，大部為含銅細脈充填。該方向裂隙是本礦床的控礦容礦構造。

2 礦區(qū)水文地質條件分析

礦區(qū)位于新屋里復向斜次級構造之鳳凰山向斜中段。新屋里復向斜為一個完整的水文地質單元，是個良好的蓄水構造，向斜軸部的花崗閃長巖體總體富水性較差，其周圍為大面積的碳酸鹽巖，裂隙巖溶發(fā)育，地表可見巖溶洼地、落水洞、溶溝、溶槽等，含較豐富的地下水[1]。

2.1 含水巖組及富水性

礦區(qū)位于鳳凰山向斜北西翼近軸部，出露地層為二疊系下統孤峰組硅質頁巖～三疊系下統南陵湖組灰?guī)r，地層走向北東，傾向南東，傾角65°～80°。根據礦區(qū)出露的巖層、巖性、巖石組合及含水特征，劃分五個含水巖組[2]，現分述如下：

2.1.1 松散巖類孔隙含水巖組(Q4)

由第四系沖洪積層和殘坡積層組成。其中沖洪積層見于寶山陶河兩側，主要為含礫粘土，厚2～6 m，透水性弱，僅河兩岸有1.4～1.7 m厚的砂礫石層含孔隙弱承壓水，單位涌水量0.056～0.247 L/s·m，滲透系數1.47～6.63 m/d，屬HCO3-Ca型水，礦化度0.3～0.4 g/L；殘坡積層分布于坡麓地帶，由粉質粘土及風化基巖碎塊組成，含水性弱[3]。

2.1.2 碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組(T1n)

由三疊系下統南陵湖組(T1n)下段組成，構成礦體的直接頂板。巖性主要為灰～深灰色薄～中厚層灰?guī)r、白云質灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r，變質為薄層大理巖、角礫狀大理巖。大理巖是礦床內主要含水層，呈薄～中厚層狀裂隙溶洞很不發(fā)育，穩(wěn)定性良好。鉆孔水文地質觀測結果：除兩孔涌水，兩孔見溶洞，一孔漏水外，其他孔消耗量很少，動水位隨鉆孔加深而下降。ZK151孔抽水試驗：水位降至84.85 m，無水；觀測附近ZK161、ZK162孔水位無變化；另在ZK161孔用提筒提水，水位降下后上升很慢。綜上，充分證實14～16線間大理巖含水極微弱。但在北側山坡有泉出露，流量可達0.60 L/s，一般0.01～0.02 L/s，說明大理巖含水是不均勻的。

2.1.3 碳酸鹽巖夾碎屑巖類裂隙含水巖組(T1h、Tly)

由三疊系下統和龍山組(T1h)和殷坑組(Tly)組成，巖性為薄層灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r、頁巖，變質為大理巖、角巖。礦區(qū)內未見泉水出露，外圍的泉流量為0.18 L/s，局部構造破碎帶富水性增強，泉水流量可達2.9 L/s。富水程度總體屬弱的。

2.1.4 碎屑巖類裂隙含水巖組(P2d 、P2l 、P1g)

由二疊系上統大隆組(P2d)、龍?zhí)督M組成(P2l)和下統孤峰組(P1g)組成，總厚度大于100 m。巖性為硅質巖、硅質頁巖、細砂巖、粉砂巖、硅質泥質灰?guī)r透鏡體，淺部風化裂隙發(fā)育，含裂隙水，礦區(qū)內未見泉水出露，外圍的泉水流量<0.2 L/s，深部據周圍鉆孔抽水試驗結果，單位涌水量0.020 53 L/s·m，滲透系數0.040 5 m/d，富水程度弱。

2.1.5 巖漿巖類裂隙含水巖組

由輝綠巖、正長斑巖和閃長巖等巖脈組成，淺部巖石風化強烈，含水微弱；中深部巖石新鮮，裂隙不發(fā)育，為相對隔水層。

2.2 地表水與含水層之間的水力聯系

寶山陶河為礦區(qū)降水的唯一排泄通道，流量變化劇烈，雨季流量達156 297.6 m3/d；干季靠地下水補給近干涸。據河兩岸鉆孔揭露：河北岸ZK146、ZK151、ZK161孔水位低于河水位10～20 m；河南岸ZK162孔發(fā)生涌水，說明在自然狀態(tài)下，由于大理巖透水性極微弱。地下水與河水不存在水力聯系。

第四系含水層厚度薄，富水程度弱，與下伏基巖含水層之間存在水力聯系?；鶐r地層分布于向斜的北西翼近軸部，傾角較陡，礦床地下水主要賦存于南陵湖組的巖溶裂隙中，受節(jié)理裂隙和巖漿巖脈侵入影響，南陵湖組含水層與其它含水層之間存在水力聯系。閃長巖體淺部風化強烈，局部較好，中深部巖體裂隙不發(fā)育，屬相對隔水層，水力聯系弱。

2.3 地下水動態(tài)與地下水補給、徑流、排泄

2.3.1 地下水動態(tài)特征

大氣降水是影響礦區(qū)地下水動態(tài)的主要因素。地下水位的升降、泉流量、坑道排水量大小與降水量相關，且與降水強度呈正相關。變化幅度值受地形、巖層透水性和第四系覆蓋情況的影響，地下水位變幅具有高處大于低處、強含水層大于弱含水層、裸露區(qū)大于覆蓋區(qū)、淺層地下水大于深層地下水等特點；坑道流量隨深度的增加而逐漸穩(wěn)定。

在漏斗區(qū)內地下水的動態(tài)同時受降水和礦山排水疏干的雙重控制，地下水位隨水文期變化明顯，由于水位埋深增加變化幅度相應增大，總體變化呈下降趨勢，隨著時間的延續(xù)、開拓標高的穩(wěn)定而趨于平緩。

2.3.2 地下水補給、徑流、排泄條件

補給：大氣降水是礦區(qū)地下水主要補給來源，大氣降水通過第四系松散層、淺部風化帶以、碳酸鹽巖裸露區(qū)的巖溶洼地、落水洞、溶槽等直接滲入巖層。

徑流：降水入滲后，在丘陵區(qū)由于溝谷切割，徑流途徑較短，一部分涌出地表；另一部分則沿斷裂、層面、溶隙等通道從兩翼匯聚于向斜谷形成區(qū)域地下徑流。當排水形成降落漏斗后，礦坑接受南陵湖組地下水補給，礦坑周圍地下水的流向發(fā)生了改變，轉為流向礦坑，地下水徑流途徑較短。

排泄：礦山長期排水和供水井開采是區(qū)域地下水的主要排泄方式。當地下徑流為新屋里花崗閃長巖體阻擋時，沿接觸帶溢出地表，在巖體邊緣多有泉群出露向地表排泄。另外地表蒸發(fā)也是地下水排泄的一種方式。

2.3.3 水文地質條件復雜程度

礦床地處丘陵，寶山陶河經礦床南部外圍自北東向南西流過，自然排水條件較好。主要礦體賦存標高為+75～-308 m，埋藏于當地排水基準面以下。主要含水層為南陵湖組大理巖，構成礦體頂板，為直接充水層，其富水程度不均，總體為中等偏弱，主要接受大氣降水補給，地下水補給條件一般。經調查，探礦權內坑探巷道+30 m中段涌水量144 m3/d，-10 m中段涌水量216 m3/d；采礦權內采礦巷道-230 m中段涌水量12 m3/d，-310 m中段涌水量48 m3/d，根據《礦區(qū)水文地質工程地質勘探規(guī)范》(GB12719-91)，礦床水文地質類型為巖溶裂隙充水為主、頂板直接進水、水文地質條件復雜程度屬簡單類型。

3 井巷水文地質特征

3.1 采空區(qū)特征

采空區(qū)分布及治理情況如圖1所示，由于中段高度不同，礦體在各中段的分布不連續(xù)。同時由于開采時預留不回采的礦柱，礦山現有采空區(qū)在空間分布上不連續(xù)，有利于采空區(qū)的穩(wěn)定。經探查采空區(qū)內無積水，對后續(xù)礦體開采威脅較小。

圖1 采空區(qū)縱投影圖

3.1.1 采空區(qū)治理情況

(1)矸石充填處理，共完成采空區(qū)充填約2.11萬 m3。

(2)對-190 m中段以上空區(qū)進行了全面封閉隔離處理，共完成10處封閉墻，完成砼180 m3。同時在各中段連續(xù)采場之間預留有5 m左右的底柱不進行回采，有效隔離各采空區(qū)之間的聯系。

3.1.2 采空區(qū)穩(wěn)定性及積水情況

采礦留礦柱形狀為矩形或圓柱形，礦柱很少受壓破壞，采空區(qū)有部分頂板偶爾掉塊，局部破碎頂板巖層分化冒落。但在地表無塌陷或下沉情況總體而言采空區(qū)較為穩(wěn)定，經調查礦區(qū)未發(fā)現采空區(qū)和老巷道內有積水。

故老采空區(qū)內的水對后續(xù)開采的影響較小。

3.2 生產礦井水文地質

目前-230 m中段以上礦體已基本回采結束，+30 m、-10 m、-90 m、-270 m、-310 m中段坑探平巷正在施工及采準工作。本次對各主要巷道進行了水文地質調查。

+30 m坑探巷道：主要涌水層段為大隆組和龍?zhí)督M，出水量分別為120 m3/d和24 m3/d。涌水通過張裂隙進入礦井，且在孤峰組見潮濕區(qū)，長度約12.7 m。

-10 m坑探巷道：主要涌水層段為大隆組和龍?zhí)督M出水量分別為190 m3/d和24 m33/d。在龍?zhí)督M和孤峰組張裂隙發(fā)育處出現滴水現象，并見潮濕區(qū)長度分別為11.6 m與15.2 m。

-90 m坑探巷道：在殷坑組張裂隙發(fā)育處見少量滴水現象，并見潮濕區(qū)，潮濕區(qū)長3.6 m。

-230 m、-270 m、-310 m中段巷道內，陵湖組層段裂隙發(fā)育處，均出現滴水現象。且在-230 m、-310 m中段巷道存在涌水點，涌水量分別為12 m3/d和48 m3/d

由于二疊系上統大隆組、龍?zhí)督M及下統孤峰組在研究區(qū)西北處有露頭，推測+30 m、-90 m坑探巷道涌水來源主要是大氣降水及含水層組內部的基巖裂隙水。

三疊系下統南陵湖組巖性主要為大理巖，屬于碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組。是礦床內主要含水層，其內巖溶裂隙發(fā)育具有不均勻性，是-90 m、-230 m、-270 m、-310 m中段巷道的主要涌水來源。該含水層富水性雖然較弱，后續(xù)仍然需要加強監(jiān)測觀測。建議進行相應防治水措施提高礦井排水能力[4]。

4 結語

(1)綜合分析礦區(qū)地形地貌及含水層水文地質條件，將研究區(qū)分為五個含水層組，得出礦區(qū)水文地質條件屬簡單類型。

(2)統計分析井下坑探巷道涌水點及老空區(qū)信息。排除礦井水源為老空水的可能。礦井涌水水源主要來源于碎屑巖類裂隙含水巖組和碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組巖溶裂隙水，大氣降水為其補給水源。

(3)通過對礦井地質、水文地質資料及涌水情況的了解分析，掌握了研究區(qū)的主要水文地質特征，為后續(xù)礦山基建防治水工作和礦井全面開采提供了一定的指導。