湖南省常德市鼎城區(qū)雷公廟南方水泥石灰?guī)r礦礦區(qū)水文地質(zhì)特征研究

[摘要]本文以湖南省常德市鼎城區(qū)雷公廟南方水泥石灰?guī)r礦為例，礦區(qū)的水文地質(zhì)特征，對該地區(qū)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行綜合評價，對礦坑開采以及涌水、礦區(qū)地形與地表水等展開深入分析。以期為礦區(qū)水文地質(zhì)條件的合理利用提供參考。

[關(guān)鍵詞]礦區(qū)水文特征；研究

通過對礦水文地質(zhì)的深入分析，可以確定整個礦區(qū)范圍內(nèi)地下水系統(tǒng)的水文地質(zhì)條件，特別是充水巖層的水文地質(zhì)條件。與此同時，利用礦坑開采排水試驗的方式，對礦區(qū)范圍內(nèi)的含水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、礦坑充水因素以及邊界條件等進(jìn)行分析，為整個礦區(qū)范圍內(nèi)的水文地質(zhì)模型概化提供可靠的參考依據(jù)。對大量的觀測點地下水位降深情況展開分析，減少礦坑的涌水量，為確定礦區(qū)的含水層參數(shù)提供可靠依據(jù)。

1.礦區(qū)概況

1.1地形地貌

南方水泥石灰?guī)r礦位于沅江水系。根據(jù)其所處位置、周邊地形、地質(zhì)、水文地質(zhì)條件等，本次工作區(qū)范圍按礦區(qū)主要水系的分水嶺來確定，同時也是礦坑涌水來源的補(bǔ)給邊界，大致為：北邊界沿鼎城區(qū)與臨澧縣兩縣縣界，它基本沿澧水與沅水流域分水嶺展布，西經(jīng)豐盈水庫壩體后，沿沖溝西南側(cè)山丘蜿蜒而下，東經(jīng)龍門沖水庫壩體后，沿沖溝東南側(cè)山丘、落子山等蜿蜒而下，南端交匯于蔡家崗-解家橋一帶，面積約40.00km2。該區(qū)域位于沖積、沖湖積高階地與殘丘坡地的接觸帶，其整體屬于中更新世末（Qp2）以來的上升區(qū)，地形開闊呈波狀起伏，在大面積的第四系中，零星分布有寒武系（∈2、∈3）和奧陶系（O1y）灰?guī)r組成的低矮殘丘，丘頂呈渾圓狀，丘坡平緩一般10°左右，丘頂標(biāo)高100～150m，最高落子山207m，位于礦區(qū)東部10km處。灰?guī)r地層屬覆蓋型。地貌形態(tài)為殘丘坡地，東西地勢高，中間河谷及丘谷地勢低。礦區(qū)海拔為+50～+75m，溝渠農(nóng)田、低矮崗地錯列分布，最高點位于礦區(qū)東南角的木魚山。第四系覆蓋全區(qū)，厚度為5～60m不等。

1.2水文地質(zhì)

常德市屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，春季陰雨連綿，夏季潮濕炎熱，雨量集中；秋季秋高氣爽、雨量適中；冬季寒冷干燥，雨量稀少。區(qū)內(nèi)地表水體較發(fā)育，河流、池塘、水庫星羅棋布。礦區(qū)東北緊臨一廢棄礦坑（主礦坑1974-2010），礦坑開采標(biāo)高為+52m～-58m，現(xiàn)為一地表水體，水位標(biāo)高為47.68m，礦坑積水量約3×106m3，未專門回填，現(xiàn)為南方礦的棄土場。礦區(qū)東北緊鄰一條小河，經(jīng)改造后擁有兩條主支流，支流一主要容納南方礦排水，支流二上游為謝花函，中途匯集主礦坑的棄土雍水。與礦區(qū)相對的207國道東側(cè)，為已回填完畢的廢棄副礦坑（1958-2006），立新河傍其東側(cè)南流，于尹家坪與南方排水小河匯流。立新河曾經(jīng)于1992年、2006年兩度河底穿孔、河水涌入副礦坑。排水小河支流一每天穩(wěn)定流量為20000～50000m3/d；支流二流量隨季節(jié)性變化，變化幅度為240～11400m3/d最高洪水位達(dá)+47.68m，河水具暴漲陡落特征，汛期流量約占年總流量的50%以上。立新河的主要支流為雷公廟鎮(zhèn)供銷社后小河，枯水季節(jié)斷流，常年流量變化幅度為675.36～6508.56m3/d。

1.3礦區(qū)地層特征

在整個礦區(qū)前第四系地層方面，全部都是奧陶系下統(tǒng)印渚埠組地層，根據(jù)目前現(xiàn)有的一系列資料以及調(diào)研結(jié)果，同時還要結(jié)合化學(xué)成分以及受標(biāo)本特征等，根據(jù)不同的巖性特征，對其進(jìn)行不同的劃分，其中包括上部、中部以及下部。下部則是以灰至淺灰紅色的灰質(zhì)云巖夾云質(zhì)灰?guī)r為主，在84年進(jìn)行勘探時，是直接由鉆孔來進(jìn)行有效地管理和控制，厚度控制在30m左右。中部則是以淺灰-灰色厚層隱晶質(zhì)灰?guī)r，單層的厚度控制在1.2～1.5m的范圍之內(nèi)。局部會伴有粗晶質(zhì)的灰?guī)r等，新鮮面呈現(xiàn)出淺灰色，同時其自身具有貝殼狀的斷口。其中含有少量的生物碎屑，其自身的含量控制在5%～6%的范圍之內(nèi)，直徑一般在1～4mm的范圍之內(nèi)，基本上都是直接由泥晶方解石相互組合而成。在目前整個地質(zhì)勘探中，其自身的厚度控制在140m左右即可。上部則是以深灰、灰黑色粉晶或細(xì)晶灰?guī)r為主，脈呈現(xiàn)出不規(guī)則的狀態(tài)。在84年勘探過程中，主要以鉆孔進(jìn)行有效管理和控制，但是在2009年的地質(zhì)勘探中并沒有看到，其自身的整個厚度控制在20～30m范圍之內(nèi)即可。

2.礦區(qū)水文地質(zhì)特征分析

2.1礦坑開采以及涌水情況

湖南省常德市鼎城區(qū)雷公廟南方水泥石灰?guī)r礦的地理位置則常德市的北西方向30km左右，該礦區(qū)被納入到常德市鼎城區(qū)雷公廟鎮(zhèn)花園村的管轄范圍。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在2011年10月開采礦床的時候，其在才坑的南側(cè)+24m左右位置處出現(xiàn)涌水的問題，涌水量經(jīng)過測算為300m3/h，緊接著過了3天之后的涌水量達(dá)到了12000m3/d，而在進(jìn)入到11月底的時候，涌水量已經(jīng)高達(dá)16000m3/d。除此之外，在2012年的4至6月的時候，其涌水量大概在13000至20000m3/d的范圍之內(nèi)。一直到2013年的7月初，在項目部入駐之后，+24m平臺的涌水量一直維持在13000至20000m3/d的范圍，平均涌水量為16000m3/d。由此可以看出，排水的不斷增加，導(dǎo)致采礦成本也越來越高，尤其是停電時逐漸形成淹礦，對礦山的正常生產(chǎn)帶來不良影響。為查明礦坑涌水來源，以及礦區(qū)水文地質(zhì)條件，治理涌水現(xiàn)象從而保障礦山正常生產(chǎn)。

該區(qū)域的礦區(qū)是在2010年3月開工，2010年9月出礦。2011年10月11日，南坑壁標(biāo)高+27m處溶洞（洞高3.5m，底寬1.2m，呈三角形）突然涌水（以下簡稱1號涌水點），涌水量300m3/h，礦坑排水8000m3/d，3天后排水12000m3/d，11月底排水16000m3/d，2012年10月排水量增至20000m3/d。目前開挖標(biāo)高-6m。

整個過程中，2號的涌水點涌水量一直在不斷增加，同時由于9月24至26日大氣降水量達(dá)到了1950mm?；诖?，無論是從集水溝或者是從其他不同類型的設(shè)備角度來看，都很難滿足容量方面的個性化要求。此時勢必會導(dǎo)致了-6m～+9m平臺被淹沒，甚至淹沒時間會非常長。根據(jù)數(shù)據(jù)記錄，一直到10月的上旬左右，礦石的出產(chǎn)量才逐漸恢復(fù)到正常狀態(tài)。

2.2礦區(qū)地形與地表水

由于礦區(qū)整體是在武陵山隆起以及洞庭湖沉降帶的過渡位置，其自身的基底層整體北向向南東傾斜，可以被看作是殘丘坡地的地貌類型。奧陶系灰?guī)r第四系覆蓋，覆蓋層5.0～60.0m不等[1]。海拔的標(biāo)高一般控制在51.0～75.0m的范圍之內(nèi)。結(jié)合目前實際情況展開深入分析，對其進(jìn)行有針對性地改造和升級，尤其是在整個礦坑排水方面，經(jīng)過計算和統(tǒng)計分析之后，其自身的日排水量可以達(dá)到20000～50000m3/d。

2.3礦區(qū)含水巖（（組））以及富水性

對第四系當(dāng)中的更新統(tǒng)河湖相堆積物來說，其一般是在臨澧斷陷盆地中，河流的相堆積物已經(jīng)被掩埋在早期的河湖相堆積當(dāng)中。也就是中更新統(tǒng)蠕蟲狀黏土夾礫，其自身可以直接覆蓋在青灰色的粉砂質(zhì)黏土或者是砂礫石層當(dāng)中。其自身的總體厚度大概為36.7至58.8m，同時地下水賦存在砂礫石層當(dāng)中，具有非常明顯的承壓性。該類型的地層主要是分布在礦區(qū)的礦權(quán)范圍西界以西、南界以南，屬古河道北延邊界部分，單位涌水量為0.011～0.019L/s·m[3]。工作區(qū)域范圍內(nèi)的古河道面積東西寬以及西北長分別是3.5km和4km，上部的粉質(zhì)粘土含水性相對比較薄弱，而下部的砂礫石含水層厚度一般控制在0.5～25m的范圍之內(nèi)，其自身的含水相對比較豐富。

對于覆蓋型的巖溶水來說，其自身含水巖組主要是以下奧陶統(tǒng)印渚埠組為主，地貌形態(tài)多數(shù)都是殘丘坡地，是以第四系覆蓋為主，同時碳酸鹽也會呈現(xiàn)出殘丘狀零星分布。第四系的整個厚度通?？刂圃?.85至45m的范圍之內(nèi)，礦區(qū)BK2進(jìn)行抽水試驗操作時，其單位涌水量為0.264～0.318L/s·m。由此可以看出，其富水性為中等。對于裸露型巖溶水來說，礦區(qū)一帶通常都是以覆蓋巖溶水為主，在經(jīng)一系列的開采處理之后，大面積的基巖呈現(xiàn)出裸露狀態(tài)，南方水泥礦區(qū)的鉆孔見溶洞率控制在66%，其平均的線巖溶率為1.54%[4]。雷公廟一帶，河洑-臨澧隱伏斷裂帶以西，據(jù)鉆探揭露下伏巖溶欠發(fā)育，最大溶洞高3.7m，在BK2孔深46.1m即標(biāo)高+6.89m處，黃泥全充填。斷裂帶以東，北東向約3.75km，著名的龍門溶洞及地下河坐落該區(qū)，北臨面積達(dá)千畝的龍門水庫。各礦區(qū)的含水層富水性分級情況，如表1所示。

3.礦區(qū)水文地質(zhì)條件綜合評價

區(qū)域范圍內(nèi)的礦體多數(shù)情況下都是直接處于當(dāng)?shù)氐那治g基準(zhǔn)面之下，同時礦床也是以露天凹陷方式為主。最終的采坑并沒有任何的自然排水條件，其自身的主要充水含水層富水性中等、極強(qiáng)，地下水的整個補(bǔ)給范圍相對比較大。更為重要的是古河道以及下伏碳酸鹽巖裂隙發(fā)育，同時裂縫溝通，補(bǔ)給條件相對比較良好，附近地表水通常并不會構(gòu)成礦床的主要補(bǔ)水元素[5]。但是在現(xiàn)階段整個開采條件或者是放炮條件的影響下，很容易就會導(dǎo)致裂隙越來越嚴(yán)重，溶洞相互之間進(jìn)行密切的連通，對礦坑導(dǎo)致的淹坑事件等可以進(jìn)行妥善處理。針對附近K主礦坑以及K副礦坑等，都可以進(jìn)行三次的河道穿孔。礦山主要是以全覆蓋的碳酸鹽巖溶地區(qū)為主，其中涉及到的不確定影響因素普遍比較多，所以礦區(qū)整個范圍內(nèi)的水文地質(zhì)條件相對比較復(fù)雜。由此可以看出，該礦床水文地質(zhì)勘探類型主要是以第三類、第三型為主，也就是溶蝕裂縫為主的巖溶直接充水礦床。

4.結(jié)語

南方水泥石灰?guī)r礦水文地質(zhì)勘探是在已進(jìn)行礦區(qū)地質(zhì)勘探工作的基礎(chǔ)上按《常德市鼎城區(qū)雷公廟南方水泥石灰石礦水文地質(zhì)勘探設(shè)計》和合同明確的目的任務(wù)和工程內(nèi)容進(jìn)行的。礦坑地下水南北通道貫通充水強(qiáng)，東西滲流充水少，通道標(biāo)高較高，底板高高托起，所以治理工程量不大，難度不高，工期不長，效益較好，治理方案具有可行性。

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