金鸡窝矿区水文地质特征及矿坑涌水量预测

2015-02-23张元雪

地球 2015年10期

关键词：矿坑黄龙涌水量

■张元雪

(江西省地质矿产勘查开发局赣西北大队江西九江 332000)

金鸡窝矿区水文地质特征及矿坑涌水量预测

■张元雪

(江西省地质矿产勘查开发局赣西北大队江西九江 332000)

金鸡窝银铜矿位于江西九江城门山铜矿的东侧，为顶板溶洞裂隙水直接充水矿床，矿区三面环水，矿区水文地质条件极复杂，根据抽水试验，采用非稳定流计算法对矿区各中段矿坑涌水量进行预测。通过计算得出矿坑涌水量与岩溶发育强度呈正比。

金鸡窝银铜矿水文地质特征涌水量计算

1 概述

金鸡窝银铜矿位于江西九江城门山铜矿的东侧，是以银铜为主的中型多金属矿床[1]。矿区为丘陵湖滨地形，三面环水，北临赛湖、南靠城门湖。中部为城门山—锉山，山体走向呈北东—南西向，最高锉山，最低湖床，湖滨地区地面平坦，丘陵区与湖滨区过渡地带为垄岗地貌。

矿区位于瑞昌—九江凹褶断束中的长山--城门湖背斜东段近倾伏端北翼[2]，为一单斜构造。区内断裂构造发育，断裂构造主要有北东东向，次为北西—北北西向及北东—北北东向断裂。矿区地层自北往南依次分布有三叠系—石炭系碳酸盐岩（间夹碎屑岩），泥盆系—志留系碎屑岩，岩浆岩主要为燕山早期浅成—超浅成的侵入岩，呈岩筒、岩墙、岩枝及岩脉产出。矿体主要位于黄龙灰岩与五通砂岩接触带内，呈似层状分布。

2 矿区水文地质特征

矿体底板为五通组砂砾岩，含弱裂隙水，直接顶板为黄龙组灰岩，上部还有二叠—三叠系灰岩，均含丰富的溶洞裂隙水。矿体赋存在当地侵蚀基准面以下，为顶板溶洞裂隙水直接充水矿床，且矿区周边有巨大地表水体。矿区水文地质条件极复杂。

2.1 矿区主要隔水层

矿区主要隔水层岩性主要为粘土、页岩及岩浆岩，隔水层特征见表1。

表1 矿区主要隔水层特征

2.2 矿区主要含水层

矿区主要含水层岩性主要分布砂砾石层、溶洞及裂隙中，含水层特征见表2。

表2 矿区主要含水层特征

2.3 断裂破碎带水文地质特征

F1断裂破碎带：位于矿区南部砂页岩中，对矿坑充水无直接影响。但在其下盘黄龙灰岩中形成较普遍且发育较深的构造破碎角砾岩，在硫化矿体附近地下水溶蚀作用下，导致矿体直接顶板黄龙灰岩岩溶发育强烈。

F2断层：位于矿区中北部，在南端造成F3断裂错动，破坏了大冶下段页岩（阻、隔水作用）的整体连续性。

F3断层：位于矿区中部茅口灰岩层间，为压性断层。沿断层有花岗闪长斑岩脉侵入。为阻水断层。

2.4 地下水补给、排泄条件

地下水补给可追溯到矿区西部灰岩裸露山区，矿区西部山区降水及地表水在桂林桥以东，部分转化为地下水后，由瑞昌市附近进入矿区湖滨地区，地形极为平缓，上覆稳定的隔水层，使赛湖向斜地下水呈微承压，自西向东地下水水力坡度约1/1万左右，迳流速度缓慢，以散流形式通过第四系弱透水层向长江排泄。在天然状态或小降深抽水条件下，湖水和灰岩地下水之间无直接水力联系。

3 矿坑涌水量预测

该矿坑视为陡倾斜层的东西两面进水，南北两面阻水的含水层。栖霞—黄龙灰岩岩溶地下水微承压，其静水位水头标高仅比第四系底面标高高出1.7m，本次计算的中段标高为-200m及以下，有效水头高度以H=1.2S确定，视为潜水完整井[3]。矿区钻孔抽水试验表现为非稳定流，因此，采用非稳定流法计算矿坑涌水量[4]。计算公式如下：

式中：K——渗透系数（m/d）；H——有效含水层厚度（m）；S---水位降深（m）；r0——大井半径（m）；L——南北隔水边界间的距离（m）；a——导压系数（m2/d）；t——疏干时间（d）。

3.1 计算参数的确定

3.1.1 渗透系数（K）

栖霞组灰岩强岩溶带底界标高-200m，黄龙组灰岩强岩溶带底界标高-350m，0至-350m标高段黄龙—栖霞灰岩岩溶率2.38%，空洞率39.9%，抽水试验计算出渗透系数为5.27m/d；-350m标高以下段黄龙—栖霞灰岩岩溶率0.11%，基本无充填，类比分析，推算-350m标高以下段渗透系数为0.61m/d。本次计算-350m标高以上段渗透系数采用5.27m/d，-350m标高以下段渗透系数采用0.61m/d。

3.1.2 灰岩含水层静水位和各中段有效含水层厚度（H）

灰岩含水层静止水位标高平均为16.5m。强岩溶发育带最低标高为-350m，厚度366.5m。-350m标高以下至-700m岩溶不发育，厚度350m,其降深从-350m开始，单独计算涌水量。各中段水平的有效含水层厚度以H=1.2S确定。

3.1.3 大井半径（ro）

上段分为-200m、-300 m、-400 m、-500 m四个中段，下段分为-600 m、-650 m、-700 m三个中段，各中段以矿体有效长度作为水平巷道长度。其大井半径ro按下式计算：ro=0.25b (b为巷道长度、米)。

3.1.4 南北隔水边界间的距离（L）

南北隔水边界简化为直线隔水边界，二者间的距离即为栖霞—黄龙灰岩厚度，取平均值为157m。

3.2 各中段矿坑涌水量预测结果

各中段矿坑涌水量预测计算结果见表4。

4 结语

从矿区的水文地质特征及矿坑涌水量计算结果来看，湖区淤积的粘土、粉质粘土具良好的阻水作用，地下水与地表水的联系不甚密切，但矿区因疏干排水试验曾在湖区诱发多处岩溶地面塌陷[6]，塌陷坑可能成为地下水的补给通道，矿坑涌水量与岩溶发育强度呈正比，-350m标高以上强岩溶段地下水静储量大，疏干时间长，-350m以下岩溶发育弱，水量小。