个旧矿区水文地质现状及地下水保护与利用

彭必建，李四堂

(云南地质工程勘察设计研究院，云南 昆明 650041)

本文个旧矿区指个旧断裂以东、甲界山以西区域，面积约360km2，为大型锡多金属矿床。采矿活动始于清代，至今有400年历史。矿区分布云南锡业股份有限公司主力矿山，矿权面积上百平方千米，年生产规模达数百万吨。矿业活动为地质环境改造的主要营力，自然水文地质环境遭受强力改造。

1 水文地质环境背景

1.1 自然地理

矿区地处红河水系与南盘江水系分水岭地带，主体为岩溶断块山地地貌，一般标高2 000m～2 400m，北东侧邻蒙自盆地，标高约1 300m，南侧为红河峡谷，标高约150m。分水岭以北为南盘江支流泸江流域，以南为红河流域；矿区内地表水系不发育。矿区属南亚热带气候，平均气温11.8℃，年降雨量1 613mm，蒸发量1 203mm。

1.2 水文地质

1.2.1 水文地质单元

红河、南盘江两大水系的地表分水岭由夺底、黄羊坝方向，过老厂镇以北、个旧市区以南，呈东西向穿过，地形最高点海拔2740m(莲花山)。地下水分水岭与地表水分水岭大体上一致，但在矿区受矿业活动影响，地下分水岭南移7～8km。地下水以岩溶水为主，埋藏较深，最高初见水位2 075m。以地下水分水岭为界，分为两个水文地质单元。以北属南盘江水文地质单元，地形向蒙自大屯盆地倾斜，矿区为地下水的补给区，以大气降水为补给来源，向北东方向迳流，于盆地边缘排泄，形成大屯浅埋富水地段(标高1 284m)，并泉水出露。以南为红河水文地质单元，总体地形向南倾斜，矿区为地下水补给区，在接受降雨补给后，地下迳流由于南侧岛状分布碎屑岩(T1x、T3h)的阻隔，向西南、东南方向分流，分别于西侧卡房大沟(标高1 350m～1 560m)和东侧绿水河(标高300m)，以泉水和地下暗河形式排泄，最终汇入红河(图1)。

图1 个旧矿区东区区域水文地质图

1.2.2 含(隔)水层

依含水介质属性，将区内含(隔)水层分为以下三类：

①松散层孔隙水含水层：第四系(Q)残坡积层，红粘土为主，含锡矿，厚度一般5m～10m，分布不连续，一般不含水，富水性差。

②碳酸盐岩岩溶水含水层：中三迭统个旧组(T2g)灰岩、白云岩，总厚度1 248m～2 383m，分布广泛，为主要含矿层位。岩溶强烈发育，洼地、漏斗、落水洞众多。据调查，岩溶负向形态密度老厂矿区为1.26个/km2，新建矿区达2.63个/km2，，以往钻孔揭露最大溶洞高26.79m。含岩溶水，富水性强。据区

域水文地质普查成果，一般泉水流量4.5～35L/s，大者达数百升每秒。也为矿区主要含水层。

1.2.3 矿床水文地质类型

三个含(隔)水层在垂向上，呈上下迭置关系。上覆松散层对基岩地下水具一定保护作用。花岗岩隔水层为岩溶水储水底板。含矿碳酸盐岩为强富水含水层，深部矿体在地下水位以下，岩溶水为矿井水充水主要因素，深部矿体开采时，矿井水疏排困难。矿床水文地质类型为岩溶含水层充水为主的复杂类型。

2 水文地质环境改造因素

矿业活动对矿区水文地质环境影响严重，主要改造方式表现在露天冲采和地下坑采形成大面积井巷工程与采空区、矿井大量疏排地下水、地表形成大量废石堆与选厂尾矿等。

2.1 露天冲采

矿山自采矿之始至上世纪七十年代，采用水力冲采方法开采红粘土层砂锡矿。第四系松散层孔隙含水层多被剥离，基岩裸露，大气降水由经过土层入渗补给转化为直接补给；岩溶地下水防污染能力随之降低。

2.2 地采井巷工程与采空区

上世纪七十年代中后期转为地下开采，采用平硐+盲斜井+盲竖井开拓方式。现矿区井巷工程纵横交错，总长度超过350万米，单位面积井巷长度超过1万m/km2。地下井巷工程的开拓立体串通含水介质，岩溶含水层地质结构改变很大，于是地下水迳流更加通畅，交替更为迅速。

个旧矿区历史上累计采出矿石上亿吨，现地下采空区面积约8km2～10km2。一般埋深300m～600m，局部小于100m。采空区引发地面塌陷区面积1.33km2，单条地裂缝最长达360m，最宽达0.6m，并地表岩体松弛。地面塌陷、地裂缝及塌陷区支离岩体等有助于降水及地表迳流下渗，提高有效补给程度。

2.3 矿井大量疏排地下水

每座矿山往往有若干个平硐排水，仿佛“群孔抽水”合力疏干矿区地下水，强力改变岩溶水的天然状态。一方面地下水由岩溶网管流变为平硐集水廊道流集中排泄，另一方面人工疏干，地下水位大幅降低。

据调查和收集矿山观测资料，现状主要矿山水位降低167.17m～687m，矿井累计排水量最小10.01万m3/d，最大42.96万m3/d，详见表1。

表1 主要矿山矿井排水量统计表

依上表最小、最大排水量平均值估算年排水量为9 667m3/a，其与蒙自五里冲水库蓄水量大体相当。

2.4 采矿废石与选厂尾矿

历史采矿产生大量废石，矿区有较大弃渣场(堆)73处，占地面积约86.13hm2，共1 423.6万m3。另外，在矿区北部有多个小型选矿厂，单老厂分公司矿区范围内就有8个尾矿库建于岩溶洼地中。尾矿污泥、污水中的有毒、有害元素，势必对地下水造成污染。

3 水文地质环境现状评估及预测分析

3.1 水文地质环境现状评估

3.1.1 地下水补给、迳流、排泄条件变异

矿山经历了长期开采，区域水文地质格局未发生根本性的改变，仍然属于南盘江和红河二个水文地质单元。但是，地下水的补给、迳流、排泄条件已显现出新的特点。

补给条件：由于表覆红粘土(砂锡矿)被剥离，加之地下形成大量采空区产生了地面塌陷与裂缝，以及地下水位大幅下降、包气带厚度增大等原由，岩溶含水层的补给迳流更加通畅，大气降水的有效补给能力显著增强。矿区年平均降水量1 613.0mm，矿井年排水量9 667万m3，矿山开采影响范围360km2，计算得出大气降水入渗系数为0.61。若将矿区边缘地下水天然排泄点现状流量一起考虑，则入渗系数接近0.8。

迳流条件：天然状态下，区内岩溶地下水以溶洞、溶隙为渗流运移的通道。现状条件下，纵横交织的采矿坑道达1万m/ km2以上，成为集水迳流廊道，地下迳流更加通畅。另一方面，矿山疏干排水井口就近设立，地下水流程大大缩短，导致地下水循环周期减小，并动态季节性变化更为敏感，矿区疏干排水量雨季、旱季倍比4.29。

排泄条件：现矿山设立疏干排水井10余个，致使地下水排泄条件产生较大变化。北部蒙自大屯海水文地质单元，老厂、松树脚、大屯矿区矿井疏干最低标高1 360m，仍高出最低排泄区(大屯海)1 284m，但矿井疏干排水截流了迳流，从而减小了下游排泄区的排泄量，现状大屯海一带地下水位有明显下降。同样，分水岭以南水文地质单元，受卡房、新建矿山最低疏干标高1 385m的影响，卡房大沟1 350m～1 560m排泄区原有泉水流量12.25～133.31L/s，现状流量仅3.26～12.45L/s，个别干枯；红河(元江)北部岸绿水河暗河出口枯季流量5 430L/s，现状调查流量减小为3 000L/s。

3.1.2 降落漏斗与分水岭迁移

由于矿山长期疏干排水，矿区地下水位持续下降。分水岭北侧矿区地下水稳定水位2047.0m～1613.5m，矿井疏干标高1360m，水位降低分别为687.0m、470m、253.5m；分水岭以南矿区地下水位2025.0m～1552.17m，矿井疏干最低标高为1600m、1385m，水位降低475.0m、167.17m。现状岩溶地下水位局部接近下伏花岗岩隔水体顶面，含水层呈半疏干或全疏干状态。

现状已形成两个降落漏斗(图2)。北部降落漏斗平面呈 “弯刀状”，横向宽3～4km，纵向长约13km，面积约48km2，漏斗中心位于老厂矿区北部1360m中段。南部降落漏斗平面呈“长条”状，东西宽约3km，南北长约7km，面积约22km2，漏斗中心位于新建矿1 385m中段。

北部疏干排水强度大于南部，北部降落漏斗面积及水位降低值也大于南部，故地下水分水岭向南迁移7km～8km。

3.1.3 地下水污染

据1∶20区域水文地质普查报告，区内岩溶水化学类型为HCO3-Ca·Mg型，矿化度小于0.5g/L，适于生活和生产利用。据矿山多年水质监测，现个别水样砷含量轻微超标，原因尚不明确，不排除为选矿尾矿渣液污染的可能性，其余指标均符合国家饮用水标准，现状水质变化小。

3.1.4 矿井水利用

本区矿井疏干排水量大、水质较好，除矿山自身生产用水外，还作为水源开发利用，与之配套的排水、输水、供水工程初步建成。

其中，老厂矿区1 800m、马拉格矿1 730m平硐向个旧金湖排水量约8 000m3/d。松树脚、大屯和大部分老厂矿区矿井水由1 360m中段和地面沟渠向大屯选厂、甲介山游泳池供水约4 000m3/d；南部卡房分公司、卡房分矿和部分新建矿矿井水由云锡公司泵至卡房镇利用。

区内矿井排水量平均26.22万m3/d，粗估现状总利用水量约5万m3/d，利用率低，仅为19.1%。

3.2 预测分析

区内矿山均为延续生产矿山，后续服务年限12年(大屯)～28年(老厂)，最低开采标高北部松树脚矿910m，南部新建矿为1 350m。

依据水文地质比拟法预测矿井涌水量。公式如下：

Q=Q0·F/F0·(S/S0)

式中：Q-预测涌水量(万m3/d)；Q0-现状涌水量(万m3/d)；F-预测全面开拓的影响面积(km2)；F0-现状开拓影响面积(km2)；S-预测水位降深值(m)；S0-现状水位降深值(m)。

其中，由于未来持续深部开拓，坑道控制新影响面积不会有较大变化，故F/F0≈1。分南北两区分别计算，北区含马拉格、大屯、松树脚、老厂四个矿区，南区含卡房分公司、卡房分矿和新建矿三个矿区。

表2 矿井涌水量预测计算表

结果显示：预测北区矿井涌水量较现状增大1.34倍，降落漏斗中心向松树脚矿移动，下游大屯海一带地下水位将持续下降；南部地区矿井涌水量较现状增大1.21倍，降落漏斗无显著变化，但矿井疏干排水标高低于卡房大沟部分泉水出露标高，其流量渐小或干枯，绿水河暗河水量大体上维持在现状水平。由于北区矿井疏干910m低于南区(1 350)m约440m，南盘江与红河分水岭将持续南移。

此外，据矿山资源开发利用方案，后续采矿工程未有大的改变，地下水水质状态发生显著变异可能性小，但需要警惕区内选矿及尾矿渣液的渗漏污染。

4 地下水资源保护利用建议

个旧矿区经历了数百年的开采，矿山水文地质环境遭受改造有必然性。在采矿活动终了后，欲将水文地质环境全面恢复到原有自然状态是十分困难的。但是，局地有限恢复是可能的，如松树脚矿910m中段通过井底水仓提至1 360m平硐排出，新建矿1 350m中段水仓提至1 385m平硐排出，开采后不再排水，依赖降雨入渗补给，若干年后，地下水位有望分别恢复至 1 360m和1 385m水平。另一方面，考虑个旧、蒙自是滇南缺水的城市，水资源严重制约当地经济社会发展。个旧矿区矿井排水量大、位置高，为缓解水资源紧缺局面提供了有利条件，兹根据“因地制宜，因势利导，开发与保护并重”的原则，对矿山水资源保护与矿井水利用提出如下建议：

(1)开展水文地质调查与监测，为地下水资源保护与利用提供依据

矿区处在南盘江与红河分水岭地带，水文地质环境条件复杂。以往进行的区域水文地质普查，和近期开展的矿山地质环境保护与恢复治理工作，为认识与分析矿山水文地质背景与现状提供了基础资料，但其深度与全面性明显不足。为此，需开展专项水文地质调查，范围应涵盖蒙自大屯盆地和红河二个水文地质单元，辅以地下水监测工作，以查明水文地质环境的演化，掌握变化态势，为水文地质环境保护与地下水利用提供依据。

(2)建立健全矿井水资源分配方案，提高利用率

现状矿山排水量10.01～43.01万m3/d，年迳流量接近一个大型水库，且水质较好，为当地新增一处生活水源。但是目前利用率不足20%，仍有广阔的开发利用前景。建议进一步摸清矿山排水口位置及排水量，和需水户空间、时间分布情况，制定科学的水资源分配方案，避免无效排放和浪费，有效合理利用矿井水，最大限度提高水资源利用率，促进蒙自、个旧地区经济社会发展。

(3)借助现有输水、蓄水设施，调节矿井水季节性变化

矿坑涌水主要来源于大气降水补给，受降水季节性控制矿井最大最小排水量相差四倍左右，丰、枯变化大。矿山输水系统已经初步建立，可借助附近的个旧金湖、大屯海、蒙自长桥海及其他坝塘集蓄汛期矿井水，保证枯水期有效供给，这也是提高矿井水利用率的重要举措。

(4)截断污染途径，避免地下水质恶化

矿区地下水存储介质为开放式岩溶系统，无良好防护盖层，易遭受有毒、有害物质污染，脆弱性高。现状矿区内仍有数座小型选矿厂及尾矿库，其选矿废水及尾矿渣液可能成为地下水的污染源。现状矿井水有砷污染痕迹，应引起重视。因此，建议加强选厂生产期间生产用水的循环利用及尾矿库的防渗措施的监管，并尽早废弃区内选矿厂及尾矿库。另外，还需做好矿区生活垃圾与污水的无害化处理。

(5)植树种草恢复植被，保护地下水资源

受长期矿业活动的影响，区内原生植被惨遭破坏，呈现大片裸地，森林植被覆盖率低，加之矿井疏干排水，地下水位大幅降低，岩土水分涵养保持能力降低，建议植树种草恢复植被。森林对地下水保护显著，对适宜植树场地优先恢复为林地，可采用乔+灌模式混种。部分地段土层贫瘠，水源缺乏，植树成活率低，建议改种牧草，建设养殖基地，规模化饲养牛羊，既可实现矿山绿化，又为滇南城市提供新鲜、安全肉奶食品，收到两全其美效果。

参 考 文 献

[1]云南地质局第十五地质队.1∶20万个旧幅区域水文地质普查报告[R].1980.

[2]云南地质局水文地质工程地质公司. 1∶20万金平幅河口幅区域水文地质普查报告[R].1982.

[3]云南地质工程勘察设计研究院.云南锡业股份有限公司大屯锡矿矿山地质环境保护与恢复治理方案[R].2013.

[4]云南地质工程勘察设计研究院.云南锡业股份有限公司松树脚分矿矿山地质环境保护与恢复治理方案[R].2013.

[5]云南地质工程勘察设计研究院.云南锡业股份有限公司老厂分公司矿山地质环境保护与恢复治理方案[R].2013.

[6]云南地质工程勘察设计研究院.云南锡业股份有限公司卡房分公司矿山地质环境保护与恢复治理方案[R].2013.

[7]云南地质工程勘察设计研究院，云锡集团新建矿业有限责任公司矿山地质环境保护与恢复治理方案[R].2013.

[8]国土资源部.矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范(DZ/T0223-2011)[S]. 2011.