安庆铜矿东马鞍山矿体水文地质特征及涌水量预测

胡 强

（安徽铜都铜业股份有限公司安庆铜矿， 安徽安庆市 246131）

安庆铜矿东马鞍山矿体水文地质特征及涌水量预测

胡 强

（安徽铜都铜业股份有限公司安庆铜矿， 安徽安庆市 246131）

安庆铜矿位于长江中下游铁铜成矿带中部，为一大型岩溶金属矿山，东马鞍山矿体为该矿新开拓区域，水文地质条件复杂。介绍了该矿区东马鞍山矿体水文地质特征，并利用比拟法和大井法对矿井涌水量进行了预测，为矿区采矿设计与施工提供参考。

水文地质；涌水量预测；东马鞍山矿体

安庆铜矿位于长江中下游铁铜成矿带中部，隶属于安徽铜都铜业股份有限公司，为一水文地质条件复杂的大型岩溶金属矿山。东马鞍山矿体为本矿新开拓的区域，矿体赋存标高－275～－969m，水文地质研究程度相对较低，坑下开拓工程揭露灰岩顶板时出现大量涌水，并造成地表塌陷的频繁发生，地表水的倒灌给矿井建设和生产造成了严重危害，同时给矿区周围环境带来了不良的影响。因此，查清东马鞍山矿体水文地质特征，并合理预测矿坑涌水量对矿山安全开采至关重要。

1 东马鞍山矿体水文地质特征

安庆铜矿区位于月山河北部小型山间盆地内，四面环山（海拔150～300m），中间低平（海拔30～50m），汇水面积约10km2。东、西、北为丘陵高地，由弱一极弱透水的碎屑岩、岩浆岩组成，既为地表、地下分水岭，又为相对隔水边界。南部在天然状态下为地下水排泄边界，矿床开采后，由于矿坑排水，地下水位下降，南部变为地下水天然的补给边界。

1.1 东部马鞍山铜（铁）矿床矿体地质特征

东部马鞍山铜（铁）矿床主要由E1、E2矿体组成。E1主矿是安庆铜矿1号矿体东延部份，位于矽卡岩外带靠大理岩一侧，西起10线（勘探线）东至36线，西高东低，随接触带向东倾伏，倾角为20°～30°。矿体埋深353m，赋存标高－275～－969m，最大高差694m。E2矿体分布在矽卡岩成矿带中部及近内带靠闪长岩一侧。西起20线东至36线，位于E1矿体底部，与E1上下叠置，走向和倾向上与E1矿体相近，也是西高东低向东倾伏，倾角较小，仅在10°以内。矿体埋深655m，赋存标高－610～－900m，最大高差290m，见图1。

1.2 东马鞍山矿体水文地质条件

图1 E1、E2矿体沿走向的侧伏变化

1.2.1 地下水分布规律及富水性

本矿床的直接充水含水体是由T2y2、T2y1、T1n三个不同的大理岩组成的统一含水体，主要富水部位是构造裂隙、破碎带，据地面38个孔与井下484个孔统计，其中见大理岩的494个孔中，都没见溶洞，只见晶洞和裂隙。裂隙水主要为倒转背斜轴部裂隙水和煌斑岩附近大理岩裂隙水两种，涌水点主要位于矿体倾斜部的东侧方向，直接影响矿体开采。

东马鞍山矿体岩溶裂隙发育水平、分布规律总体与全矿区一致，具有自西向东，由弱渐强的趋势，其中20～22线以西岩溶裂隙发育相对较弱，钻孔见溶隙率一般小于50%，20～22线以东岩溶裂隙发育相对较强，钻孔见溶隙率为75%左右，尤其32线附近最发育。井下涌水特征为20线以西涌水点少且集中，各孔涌水量不均，20线以东涌水点分布较多，各孔涌水量较为接近。

东马鞍山矿体垂向上浅部水量小，深部水量大。据钻孔岩溶裂隙及井下涌水点统计，－400m水平、－580～－700m水平溶隙相对较发育。其中，－400m水平正好处于东西向倒转背斜北翼（下）转折部位的张裂带内，－580～－700m水平位于倒转背斜的近核部的轴面处。20线以东－400m水平，特别是－580，－700m水平的涌水点多，且涌水量大。

－580m水平探矿巷道东面迎头已掘进至32线，－700m水平探矿巷道东面迎头掘进至32A线。从－700m水平中28线及32线探矿孔涌水量统计看，每个钻孔均有不同程度的涌水，涌水点主要集中于矿体顶板的大理岩中，其中水量较大的涌水点主要分布在32线，对未来开采构成较大威胁。

区内现开拓工程基本在T1n岩层中，根据井下已施工开拓工程来看，虽然不断出现新的涌水点，但单个涌水点均不大，只是涌水点发生转移，在不施工大规模揭露含水层的采矿工程的情况下，水量将不会发生大的变化。但是，当开拓工程揭露到T2y2层时，该地层和地表联系较强，水量将更大，应适当加密探水孔，确保开拓工程安全。

1.2.2 地下水补给条件

地下水的主要补给来源为大气降水，次为地表水。补给途径为大气降水直接入渗补给和地表水渗漏补给，局部地段个别时段有河水倒灌补给。

南部及东南部三叠系碳酸盐岩裸露，岩溶裂隙发育，有利于大气降水入渗补给。因矿床开采引发一系列地面塌陷，导致河水直接倒灌补给。虽然安庆铜矿为此修建了钢筋混凝土渡槽，对塌陷区进行了注灌回填处理，在枯季河流量不大的情况下，河水倒灌量不大。但在丰水期，地形低凹区常常形成积水，洪水也不可能全部通过渡槽流出区外，加上马山口以南地段因种种原因未修渡槽，这样极易在松散堆积层下无隔水或隔水差的区段，造成老塌陷复活，新塌陷产生，从而导致大量洪水倒灌补给地下水。

1.2.3 径流条件

天然状态下，本区地下水在接受补给后，均是自高向低、自北向南往河谷盆地径流。开采状态下，受矿井涌水的控制，地下水则自四周向矿井汇集。西部、北部、东部地下水的补给、径流条件没有大的变化，只是径流方向稍有变化；南部、东南部则受矿井排水及涌水点转移的影响，地下水径流方向已从朝向矿区中部变成朝向矿区东部。

1.2.4 排泄条件

目前开采状态下，本区域排水点逐渐向东转移，除潘家老屋至新新村地下分水岭一线以南，向南径流排出区外，其余皆向矿井汇集，以井下排水的形式排泄。

2 安庆铜矿矿坑涌水量计算

为了给安庆铜矿－900m中段水仓排水能力设计提供依据，综合安庆铜矿水文地质条件及水文观测历史资料分析，运用比拟法和大井法对安庆铜矿开采至－900m中段时矿坑涌水量进行预测。

为了安全有效地将地下水排出，避免发生可能的突水淹井事故，以下两种计算方法预测的涌水量均考虑今后采用疏干的防治水方法，将地下水水位降至－900m时的雨季正常涌水量和最大涌水量。

2.1 比拟法

据井下深部探矿孔资料，－800m标高以下含水构造裂隙仍然较发育，可见深部水文地质条件与浅部相似，适合采用比拟法。比拟法的计算公式如下：

式中：Q——未来矿坑涌水量；

Q1——现矿坑涌水量，Q1取2010年雨季矿坑涌水量为14000m3／d；

r1——现矿坑引用半径；

r——未来矿坑引用半径，考虑到未来矿坑开拓范围与现矿坑开拓范围大致类似，因此，可消除该项因素的影响；

S——未来矿坑地下水水位降深值，矿区静水位近似取0m标高，未来矿坑地下水位降至－900m，故取900m；

S1——现矿坑地下水水位降深值，考虑到安庆铜矿井下现－280m中段仍然出水，S1取250m。

计算得到：Q＝26562m3／d。

以上计算所得的涌水量为矿坑雨季正常涌水量，作为矿坑排水能力的计算基础，还应考虑由于地表塌陷引起河水倒灌等因素形成的矿坑最大涌水量。综合分析矿坑涌水量历史数据，矿坑发生过几次河水倒灌井下的情况，涌水量都发生了相应变化，取1997年5月15日河水倒灌时矿坑涌水量19047 m3和1997年5月5日河水倒灌前矿坑涌水量11217m3作为对比，求出最大涌水量和正常涌水量之间的经验系数n：

式中：Q1——最大涌水量；

Q2——正常涌水量。

当矿坑开采到－900m中段时最大涌水量计算公式如下式：

由式（3）得－900m最大涌水量为45104m3／d。

2.2 大井法

根据安庆铜矿注浆改造后的水文地质条件，在将水文地质边界条件进行概化的基础上，可采用大井法根据现有矿坑涌水量对应的水位降深反求水文地质参数，然后运用求得的水文地质参数预测未来水位降至－900m深度时矿坑正常涌水量。由于疏干条件下，地下水状态属于承压转无压，含水层底界处于现有开拓中段以下，故可采用承压潜水非完整公式进行计算。

式中：Q——矿坑涌水量；

K——目前经注浆改造后的地层等效渗透系数；

Ha——静止水位至有效带下限的水柱高度，取900m；

Ma——含水层顶板至有效带下限的厚度，取900m；

ha——动水位至有效带下限的水柱高度，现矿坑内水位大致为－250m，故取650m；

R0——引用影响半径；

r0——引用矿坑（大井）半径；

β——大理岩地下水进入矿坑范围与矿坑（大井）周长的比值，因矿坑东、北、北西侧为隔水边界，进水边界角度大致为120°，取1／3；

α——不完整系数，α≈1。

根据公式（4）反求得K＝0.08m／d，然后运用求得的K值，求取矿坑水位降至－900m标高时相应参数，再求得矿坑雨季正常涌水量Q＝29155m3／d。

同理，将上述求得的正常涌水量代入公式（3）可求得矿坑水位降至－900m标高时最大涌水量为49506m3／d。

2.3 涌水量预测建议

上述两种方法均考虑地层为均质体，且下部含水性与上部相同，因此计算结果可能偏大，但为安全起见，建议采用两种方法计算的最大涌水量的平均值47305m3／d。需说明的是，安庆铜矿一直采用以注浆堵水为主的防治水方法，多年来随着开拓范围和深度的增加，地下水漏斗范围并未大幅扩大，地下水位也较为稳定，同时坑下涌水量一直在10000～14000m3／d范围波动。如果矿区今后一直采用以注浆封堵为主的防治水方案，预计矿坑开采至－900 m时能控制地下水漏斗扩展，使地下水水位不发生显著的变化，坑内实际涌水量也将在10000～14000 m3／d范围或者小幅度增加。

今后在矿山深部开采过程中，如一直采取注浆堵水为主的防治水措施，建议矿坑雨季正常涌水量按16000m3／d考虑，最大涌水量则按27168m3／d考虑。

3 结 语

东马鞍山铜（铁）矿床地下水主要分布于倒转背斜转折段及轴部张裂隙带，涌水点主要位于矿体的东侧方向。在井下探矿或巷道掘进过程中，必须坚持探水先行，注浆后再掘进的措施，以防引发井下重大突水事故。若矿区今后一直采用以注浆封堵为主的防治水方案，建议矿坑雨季正常涌水量按16000 m3／d考虑，最大涌水量则按27168m3／d考虑。应进一步加强水文资料的收集和研究工作，准确掌握该区域的水文地质条件，为采矿工程的整体防治水工作提供基础。

［1］沈照理，等.水文地质学［M］.北京：科学出版社，1985.

［2］胡 强.安庆铜矿水化学分类及特征分析［J］.有色金属（矿山部分），2005，57（6）：43－45.

［3］李 栋，等.安庆铜矿东马鞍山矿体水文地质条件研究报告［R］.长沙：长沙矿山研究院，2010.

［4］杨 柱，等.安庆铜矿东马鞍山矿体防治水技术（2010年度）研究报告［R］.长沙：长沙矿山研究院，2011.

2012－01－18）

胡 强（1967－），男，安徽枞阳人，高级工程师，从事地质测量技术管理工作。