云南石屏縣法烏銅多金屬礦區(qū)法烏鉛鋅礦涌水量預測

王泱泱,黃勝東,蔡家馭,王玉祥

(1.昆明理工大學 國土資源工程學院,云南 昆明 650093;2.云南地質工程勘察設計研究院有限公司,云南 昆明 650093)

0 引言

云南省石屏縣法烏銅多金屬礦區(qū)位于石屏縣城北西 332°方向,平距約 36 km。礦區(qū)隸屬云南省石屏縣龍武鎮(zhèn)所轄。隨著礦區(qū)的不斷開采,對水文地質問題的研究顯得越發(fā)重要[1],所以要關注并加以防范,才能預防礦坑涌水、地面沉降等地質災害現(xiàn)象的發(fā)生。本文用解析法和比擬法預測了礦坑涌水量,并將這兩種方法做了對比分析,不僅為礦山的生產設計以及安全開采提供了指標,而且為地質災害現(xiàn)象的防治提供了依據(jù)[2-5]。一般而言,通過礦區(qū)水文地質條件分析,可以為后期礦山安全建設提供技術支撐,同時進行礦坑用水量預測,對于礦產開采預防突水及供水水源選擇具有重要意義[6-9]。

1 礦區(qū)水文地質特征

1.1 水文地質單元

礦區(qū)所處水文地質單元位于記母白河(岔河溪溝)右岸坡北東側山坡地帶,北東側以地表分水嶺為邊界,南西測至山體斜坡下部記母白河河谷為邊界,北西側大體以白糯溪溝右岸坡山體為邊界,區(qū)水文地質單元面積為28.67 km2。

1.2 水文地質結構

礦區(qū)地下水形成分布主要受區(qū)域性深大斷裂建水-石屏斷裂帶控制。根據(jù)地層巖性、巖溶與裂隙發(fā)育程度、地層富水性等,將法烏鉛鋅礦礦區(qū)地層劃分為3個含(隔)水層:

(1)礦區(qū)主要含水層有第四系沖洪積、殘坡積孔隙含水層(Qal+dl):主要分布在山間洼地、沖溝河床底部,由沖洪積、殘坡積物組成,滲透性較好,接受大氣降水補給。

(2)裂隙巖溶綜合含水層:主要為中元古界大龍口組(Pt2d)、黑山頭組(Pt2hs)、美黨組(Pt2m)、震旦統(tǒng)燈影組(Zbdn)、陡山沱組(Z2d)、澄江組(Z1c),主要為砂巖、粉砂巖及灰?guī)r、白云巖類,被第四系覆蓋,裸露區(qū)地表裂隙較發(fā)育,主要接受大氣降水補給,其次為相鄰含水層逕流補給,以泉的方式流出地表。該層與上覆第四系及下伏花崗巖構造裂隙水均有密切水力聯(lián)系。

(3)花崗巖風化裂隙含水層:由淺部風化的峨山花崗巖體組成,巖石為黑云母二長花崗巖、黑云母花崗巖、二長花崗巖組成,厚度變化比較大,分布在整個礦區(qū),大部分山頭裸露地表,其余被第四系覆蓋,裸露區(qū)地表裂隙發(fā)育,主要是接受大氣降水補給,從裂隙中溢出地表,以泉水形式流出,泉流量在0.1～1.5 L/s。該層與上覆巖石及構造裂隙水均有密切水力聯(lián)系。

1.3 地下水補給、逕流、排泄條件

礦區(qū)地下水主要補給來源于大氣降水,其次為相鄰含水層補給。中元古界昆陽群的黑山頭、大龍口組灰?guī)r分布區(qū),基巖裸露,地表節(jié)理裂隙較發(fā)育,易接受大氣降水入滲補給,但其地形陡峻沖溝發(fā)育,有利于地下水排泄,加之泉水出露(尤其雨季)以及礦化度低,說明含水層較淺部位,地下水活動交替強烈。由于巖層的含水性隨深度逐漸減弱,而礦區(qū)地形相對高差又較大,故泉水及大部分地下水直接排泄于山坡后流出礦區(qū)外,最終匯入紅河水系;其流量明顯受降水程度控制,雨季,尤其暴雨后,地下水流量大幅度增加,返之流量大幅減少。

礦區(qū)內地下水為孔隙裂隙潛水,地下水流向基本受地貌形態(tài)控制,地下潛水面起伏大體與地形一致,但較地形起伏稍有緩和,潛水位高差變化總體較大,標高1 626.80 m(礦區(qū)東山頂)～132 000 m(法烏溪溝),相差306.80 m,說明地下巖層的透水性較差。潛水位至山脊分水嶺為接受大氣降水的透水帶,潛水位以下,地下水經(jīng)上部透水帶接受補給。礦區(qū)內補給區(qū)與徑流、排泄區(qū)基本一致。

1.4 礦坑充水因素

1.4.1 大氣降水

根據(jù)石屏縣氣象資料:礦區(qū)年均降雨量1 000 mm。日最大降雨量185 mm,每年6-9月為雨季,10月至次年5月上旬為旱季。歷年最大積雪深度為17 cm。

1.4.2 地表水

地下水為孔隙裂隙潛水,地下水流向基本受地貌形態(tài)控制,地下潛水面起伏大體與地形一致,但較地形起伏稍有緩和,潛水位高差變化總體較大,標高1 626.80 m(礦區(qū)東山頂)～132 000 m(法烏溪溝),相差306.80 m。

2 礦坑涌水量預測

2.1 解析法

2.1.1 范圍及標高

結合礦區(qū)地質構造和資源量分布情況,以劃定的礦區(qū)勘探范圍邊界線為界,資源儲量估算面積0.45 km2即為預測礦井系統(tǒng)面積,主要礦體資源儲量估算以1 246 m為預測礦井最低排水標高。見圖1。

1.侏羅系下統(tǒng)馮家河組:砂巖、粉砂巖;2.三疊系上統(tǒng)舍資組:砂巖夾粉砂巖、頁巖;3.震旦系上統(tǒng)燈影組:白云巖、泥質灰?guī)r;4.前震旦系大龍口組:灰?guī)r、泥質灰?guī)r夾白云巖、板巖;5.震旦系上統(tǒng)陡山沱組:石英巖、白云巖;6.地質界線;7.碎屑巖裂隙水-隔水或富水性極弱:枯季地下水徑流模數(shù)<0.1 L/s·km2,泉流量<0.1 L/s;8.碎屑巖裂隙水-富水性弱:地下徑流模數(shù)0.1～1 L/s·km2,泉流量0.1～0.5 L/s;9.純碳酸巖巖溶水-溶洞暗河中等發(fā)育,暗河(大泉)流量10～100 L/s,地下徑流模數(shù)3～5 L/s·km2;10.火成巖裂隙水-富水性中等,地下徑流模數(shù)0.5～2 L/s·km2,泉流量0.1～1 L/s;11.碎屑巖裂隙水-富水性強:地下徑流模數(shù)>2 L/s·km2,泉流量>1 L/s;12.河流水系;13.礦坑涌水量估算面積范圍

2.1.2 邊界條件

石屏法烏銅多金屬礦區(qū)KT9號礦體分布于山體東側,地下水均賦存于中元古界板巖、灰?guī)r分布區(qū),礦體圍巖(花崗巖)富水性弱,以巖石裂隙水充水為主。根據(jù)區(qū)內巖石裂隙發(fā)育特征及坑道8個月的抽(排)水情況,本次對PD91(KT9)只估算標高在1 246 m以上的礦坑涌水量。

2.1.3 參數(shù)取值及計算

參照法烏礦區(qū)勘探報告中的鉆孔壓水試驗成果。鉆孔單位透水率(q)ZK9-2為0.91 Lu、ZK2-2為0.98 Lu,屬弱透水性。依據(jù)ZK2-2、ZK9-2兩個鉆孔壓水試驗揭露的地層巖性及水文地質特征,其水文地質參數(shù)計算采用潛水完整井計算公式。

計算單位吸水量(ω),采用公式:

(1)

計算影響半徑及滲透系數(shù),采用公式:

(2)

式中:Q為流量(L/min),13.14 L/min;K為滲透系數(shù):m/d;r為鉆孔半徑:0.037 5 m;S為鉆孔靜止水位為16.00 m;H為含水層厚度268 m;L為試段長度:285 m;

運用公式(1)和(2),計算結果為K=0.005 6 m/d,R=39.19 m。

2.1.4 涌水量估算

裘布依理論式計算法:

1)參數(shù)校驗

PD91巷道1 460 m標高范圍已有實測涌水量平均136 m3/d,對應的水位降深54 m,巷道長度約243 m,結合這幾個實測參數(shù)對涌水量計算方法的主要參數(shù)進行校驗。

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術導則地下水環(huán)境(HJ610-2011)》中給出的公式計算影響半徑:

(3)

式中:H為含水層厚度(m);W為降水補給強度(m/d);μ為重力給水度;K為滲透系數(shù)(m/d);

(4)

式中:Q為礦坑涌水量(m3/d);H為含水層厚度(m);h為坑道內水柱高度(m);K為滲透系數(shù)(m/d);R為影響半徑(m);L為坑道長度(m)。

聯(lián)立公式(3)(4)得出綜合參數(shù)如下:

H為含水層厚度,54 m;W為降水補給強度,0.004 932 m/d;μ為重力給水度,0.008;K為滲透系數(shù)0.008 8 m/d;

2)預測影響半徑及涌水量計算

礦區(qū)開采礦體含水層厚度為1 514～1 246 m,水位降深(S)為268 m,含水層厚度(H)為268 m;S=H=268 m。其它參數(shù)使用校驗后得出的參數(shù),代入公式(3)中計算。

計算結果為R=302 m。

式中:H為含水層厚度,268 m;W為降水補給強度,m/d;μ為重力給水度;K為滲透系數(shù)0.008 8 m/d;

涌水量計算使用公式(4),上式中:Q為礦坑涌水量(m3/d);H為含水層厚度(m):268 m;h為坑道內水柱高度(m):1 m;K為滲透系數(shù)(m/d):0.008 8 m/d;R為影響半徑(m):302 m;L為坑道長度(m):300 m。

其它參數(shù):坑道長度(L),按礦體中部向兩邊拓硐采礦取其礦體總長度作為坑道長度;坑道內水柱高度h取1 m。

計算結果為Q=630 m3/d。

2.2 比擬法

鑒于礦區(qū)地形坡度較陡,大氣降水大部分呈地表徑流流出礦區(qū)外,少部分滲入地下以及含水層的巖石裂隙不甚發(fā)育等特點,在涌水量預測中,采用PD91坑道8個月排水量的平均值代表礦區(qū)的實測涌水量。

礦坑涌水量預測采用以下簡化計算公式:

(5)

KT9礦體:式中:Q1為實測礦坑排水量(m3/d);用PD91坑道排水量最大值146 m3/d、平均值136 m3/d。F為預測坑道控制1 246 m標高中段面積為267 500 m2;F1為已知坑道控制1 460 m標高中段面積為140 500 m2;S為預測1 246 m標高中段水位降深為268 m;S1為已知PD91坑道1 460 m標高中段水位降深為54 m;

計算結果Q最大=619 m3/d、Q平均=576 m3/d。

3 結論及建議

3.1 結論

(1)礦區(qū)構成第四系沖洪積、殘坡積孔隙含水層—裂隙巖溶綜合含水層—花崗巖風化裂隙含水層的水文地質結構。

(2)采用裘布依理論式計算法預測礦坑涌水量為630 m3/d,與采用PD91坑道排水量資料比擬法計算的576 m3/d結果相對接近,說明邊界條件及參數(shù)取值較為合理,計算結果可信。

3.2 建議

未來礦坑充水主要礦層為中元古界昆陽群大龍口組板巖、灰?guī)r及花崗巖裂隙水的直接滲入補給。其它含水層離礦區(qū)較遠,對礦坑充水一般影響較小。侵蝕基準面以下礦層的頂板、底板均為相對隔水層,充水量很小,一般只表現(xiàn)頂板淋水,若井巷地處坡腳且通過巖石裂隙發(fā)育地帶,頂板崩擴展至地表附近時則可能產生礦坑涌水現(xiàn)象,并且地表水與地下水間接聯(lián)系較密切,地下水涌水量隨降水量變化而變化,在雨季,坑道涌水量會明顯增大。所以,在未來礦區(qū)建設生產中,要做好礦坑涌水量的動態(tài)監(jiān)測,對有積水的區(qū)域要做好排水工作。