采空塌陷对矿区地下水补径排条件的影响分析——以粤西某钨锡多金属矿区为例

徐社美

(广东省地质调查院，广东 广州510080)

采空塌陷对矿区地下水补径排条件的影响分析
——以粤西某钨锡多金属矿区为例

徐社美

(广东省地质调查院，广东 广州510080)

以粤西某钨锡多金属矿区为例，探讨因采空塌陷导致矿区水文地质结构的改变，进而影响矿区地下水补径排条件的变化。调查研究结果表明矿区大量民采形成的采空区、民窿的出现破坏了岩层的完整性，改变了含水岩组的结构和特征，增加了大气降水的入渗通道和地下水的径流通道，增强了采空以上含水层之间的水力联系，改变了地下水的补给、径流和排泄条件。同时由于径流途经和排泄方式的改变，地下水水位降低，底层民窿口涌水常见，同时由于民采民窿排水设计方案的不合理加上采空形成的顶壁坍塌的阻隔作用，在民窿部分地段内往往形成积水。接着从开采技术安全的角度阐述了查明采空塌陷、民窿分布和特征的重要性，并探讨了矿区采空塌陷、民窿调查工作方法。

采空;民窿;矿区水文地质;地下水补给;径流;排泄

采空和民窿是固体矿产矿区常见的问题。长期以来大量的民采活动在矿区往往形成大量的采空和民窿，这些采空和民窿的出现，对矿区地下水的补给、径流、排泄条件影响明显，使得矿区水文地质条件复杂化，威胁今后矿区安全开采。因而需要对矿区采空、民窿开展调查研究，查明其分布和特征，为矿山开采设计提供依据。

1 矿区地质背景情况介绍

矿区位于云浮市西侧约7～24 km。地处大绀山地区，行政区划属于云浮市。按照一个完整的水文地质单元统计，矿区工作面积约3 km2。

矿区地貌属于中低山，为基岩山区，坡面坡度30°～60°不等，地形切割较深，季节性沟谷发育。上半年雨水充足，下半年干旱少雨，因多年封山育林，区内植被发育，草木茂盛，通行通视条件一般。

矿区内出露的地层及其岩性主要有:

1)元古界云开岩群(PtY)的黑云母片麻岩、混合岩，局部夹黑云母变粒岩、云母石英片岩，夹变质火山岩(斜长角闪岩)层，该岩性地层在矿区中西部大量出露(图1);

2)元古界沙湾坪组(Pts^)，地层产状紊乱，褶皱、断裂较发育。其岩性组合以变粒岩、片岩及变质石英砂岩等为主，多呈互层产出，主要出露于矿区东侧;

3)三叠系小云雾山组(Txy)，为一套内陆山间湖泊相含煤碎屑岩建造，岩性为砾岩、砂岩、粉砂岩、页岩夹煤线(包)等，小范围出露于矿区南;

4)第四系地层(Q)，主要分布在山前冲洪积地带，溪沟两侧。主要分布于矿区南。

此外，矿区东北和西南出露有燕山期花岗岩。

区内褶皱、断裂构造发育，矿区处于大绀山穹窿状旋转构造之中，以元古代深变质片麻岩、混合岩、片岩为核心，环状构造围绕核心展布。

2 矿区开采现状及采空塌陷情况

根据调查访问，工作矿区自民国年间开始一直存在大量民采活动，六七十年代当地公社曾进行过集中开采，一直到近十几年前该矿区民采活动一直泛滥，开采方式主要为爆破，规模较大;近十多年来由于政府对炸药的管制，民采活动逐渐消失，偶尔有少量的间歇性开采，作业人数少，作业方式简单以人工挖凿为主，规模小。

由于矿区矿体主要由石英细脉、网脉及蚀变围岩组成或赋存于硅化蚀变破碎带中［1］，民采活动主要沿脉进行。长期以来的高强度民采活动，造成了对矿体围岩顶底板的破坏，地表出露矿体区域直接被采空，矿体埋藏在地表以下的区域，民窿开采改变了岩体原有的应力条件，随着长时间的雨水入渗、风化剥蚀及原有的支架的腐朽坍塌，在矿区形成了大量的采空塌陷和民窿。调查发现矿区地表大小民窿几十座，规模较大的有10多座。采空塌陷几十处，采空、民窿主要沿矿体方向分布(图1)。研究发现矿区采空和民窿具有以下特点:

1)民窿普遍延伸较长，规模大，结构复杂，同一民窿出现有多处穿脉、沿脉窿。采坑往往延伸几百米以上。

2)开采作业方式不规范，坑底坑洼不平、易在部分地段形成积水，民窿两壁及顶部参差不齐，支护材料和方式简单，支护效果较差，易腐朽，顶壁坍塌在民窿内多见。

3)不同标高民窿之间，连通性较好，地下水水位埋深大，上部民窿总体少见有积水和涌水。底层窿道积水和窿口涌水多见。

3 采空、民窿对矿区水文地质条件的改变和影响

由于矿区大量民窿和采空塌陷的出现，破坏了岩石地层的完整性，改变了含水岩组的结构和特征，增加了进水通道，增强大气降水的入渗。改变了地下水径流方式和排泄途径。降低地下水水位，增强不同含水层之间的水力联系。地下水的补径排条件发生了变化。矿区水文地质条件变得的复杂。主要表现在以下几个方面:

3.1 增加大气降水对矿区地下水的补给

矿区为基岩山区，地下水主要为基岩裂隙水。主要含水层为风化裂隙破碎带。在没有出现采空塌陷、民窿前，大气降水对矿区地下水的补给方式主要为，降雨部分通过地面入渗补给地下水，超过入渗能力的部分以形成地表径流，沿山坡坡面汇入溪沟，形成地表溪流。当地下水水位低于溪沟水位时，溪水补给地下水(图2)。

图1 矿区民窿民窿及采空塌陷分布图

大面积或多处点状采空塌陷和民窿的形成，破坏了赋存地下水的岩层岩组。改变了大气降水对矿区地下水的补给方式和强度。在地表、地下形成多处“天窗”，［2］增加了进水通道。增强了地表渗透性，不仅增加大气降水渗入地下水数量，从另一个层面来说，由于大量“天窗”的出现，使得地表径流形成的机会变小，即使形成地表径流，相当一部分径流水直接经采空区进入民窿，补给地下水。增加降水对地下水的补给。另外，民采形成的竖井连通了上下含水岩组，增强含水层之间的水力联系，上部潜水含水层的水可沿竖井进入下部潜水含水层。高水头压力承压含水层中的水经其补给流入上部潜水含水层或低水头压力的承压含水层。

3.2 改变矿区地下水的径流途径

采空塌陷和民窿的存在增加了地下水的导水通道。对地下水进行分流。

采空、民窿标高以上，原来主要经由孔隙、裂隙或溶洞由高水位向低水位运动的地下水。由于民窿的存在，相当一部分地下水进入其内，在上下民窿连通性较好的情况下，上层民窿中的水进入下层民窿，并最终在底部民窿进行汇集、经由民窿口往外排泄。若民窿彼此连通性较差，地下水便经上下民窿的坑口向外排泄［3］。此外，由于民采在窿道排水设计方面的缺陷、支架年久失修或雨水冲刷引起的民窿顶壁的坍塌，民窿特别是下层民窿部分地段往往形成积水，积水情况和水量取决于民窿的位置标高、揭露含水岩组的富水性、补给情况、窿道的地形、民窿的封闭性及与上下民窿之间的连通程度等。

同时由于坑口排泄、民窿积水等排泄方式的存在，大大降低了矿区地下水水位，地下水水位往往降至最低民窿标高以下，地下水流线亦发生变化(图2)。

图2 采空前后地下水补给、径流、排泄变化对比图

3.3 改变了矿区地下水的排泄方式

采空和民窿的存在大大改变了矿区地下水排泄，包括地下水的排泄途径和方式、排泄条件和排泄量。天然状态下矿区地下水的排泄方式是:通过泉、沿基岩裂隙向河流排泄、蒸发、蒸腾等。

采空、民窿的存在改变了地下水的排泄途径和排泄方式:主要是增加了民窿涌水、窿内积水等排泄方式和排泄途径。同时新的排泄方式的出现也会对原有的排泄方式进行改变，在补给量无法维持多种排泄方式的情况下，有些排泄方式会减少或消失其排泄量也会发生变化。主要表现为地下水对溪沟的排泄减少、泉出露标高的降低、泉点数量和流量的减少。

在采空、民窿的影响下，根据地面调查结果，矿区地下水的排泄方式有蒸发、蒸腾、向溪沟排泄、窿内积水、窿口涌水等方式。

4 采空塌陷和民窿调查工作方法和内容

由于采空塌陷、民窿的存在，矿区地下水补给、径流、排泄条件发生了改变。一方面增加了矿区水文地质条件的复杂程度。另一方面，采空民窿的存在也增加了矿区开采的难度和成本。民窿部分地段由于有积水和存在支护，会影响开采安全。

为准确查明矿区水文地质条件、正确划分开采技术条件类型。为将来矿区开采提供指导和依据，需要对采空塌陷、民窿的基本情况的进行调查。要求基本查明其位置、分布、延伸、延深、涌水、积水、支护等情况，并评价其稳定性。工作方法和工作内容如下:

1)进入民窿进行实地调查和编录，查明民窿分布位置、延伸、延深、涌水情况、涌水量大小、积水位置;

2)划分民窿岩组，观察描述软弱夹层、风化带、构造破碎带、蚀变带分布、产状;系统采取岩(矿)石物理力学试验样;统计节理裂隙;［4］详细描述地下水活动对井巷围岩稳固性的影响及工程地质问题发生的位置、不稳定地段掘进与支护方法。民窿变形地段必要时设置工程地质观测点，进行长期观测［5］。

3)绘制不同标高民窿结构图、在图上标示出采空塌陷区、不稳定地段、积水点位置和积水情况。同时进行地表采空塌陷调查。因废弃、冒落塌陷、封闭、积水等因影响而无法进入实地勘察的民窿调查，则通过调查访问当地采矿人员，并结合以往的调查资料进行分析。

4)建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测、水患预报，防范积水通过断层、采空通道相互沟通。并制定相应的探、防、堵、截、排综合防治措施［6］。

5 结语

大量民采活动形成的塌陷和民窿对矿区含水岩组造成了很大的破坏，极大地的改变了矿区地下水的补给、径流和排泄条件。不仅使矿区的地下水大大降低，在采空民窿内形成积水和涌水，且易在矿床的开采过程中造成突水和涌水等安全隐患。因此，在矿区水文地质勘查过程中，需要详细查明采空塌陷和民窿的位置、规模、积水涌水情况，并详细绘制不同标高采空、民窿结构图，以便为下一阶段工作如矿床开采方案的制定和实施提供依据。

［1］郭敏，曾钧跃，吴远明，徐社美，等.广东省云浮市大金山地区钨锡多金属矿勘查2011年度工作设计.广州;广东省地质调查院.2011.

［2］王大纯，张人权，等.水文地质学基础［M］.北京:地质出版社.1995.

［3］李治军，迟宝明，周彦章，等.基岩裂隙充水矿床水化学特征分析及充水因素判定——以山东招远夏甸金矿床为例［J］.工程勘察.2007，10.

［4］GB12719—1991.矿区水文地质工程地质勘探规范［S］.

［5］金一萍，林毓皋.从内蒙土贵乌拉矿区水文地质条件来谈民窿水文地质资料的利用［J］.水文地质工程地质.1958(3).

［6］李世峰，金瞰昆，刘素娟.矿井地质与矿井水文地质［M］.徐州，中国矿业大学出版社.2009，10.

P641.72

B

1004－1184(2012)03－0047－03

2012－03－30

部省合作项目《广东省云浮市大金山地区多金属矿勘查项目》

徐社美(1980－)，男，江西新建人，硕士，工程师，主要从事水工环地质调查、矿区水文地质调查研究等工作。