磐石石咀铜矿坑道涌水分析

2015-04-11田广明

化工矿产地质 2015年3期

王岩田广明

1.吉林省地矿勘察设计研究院，吉林长春，130021 2.辽宁工程勘察设计院，辽宁锦州，121000

磐石石咀铜矿位于吉林省中南部哈达岭东南侧的丘陵地带，原为日伪时期的旧矿山，解放后闭坑。目前对矿山330m中段至995m中段（即：标高为+30m～-630m）重新勘查开发利用。包括：1号主矿体介于7线北至11线并适当向北延伸，该区段上下无采空区；1～7号矿体在原有采空区上盘距采空100m左右。矿体赋存于石咀子组【1】大理岩、硅质条带大理岩中，岩石溶隙、溶洞较发育，地质条件复杂。查明矿床充因素，预测坑道涌水量，对矿山开发建设有重要意义。

1 矿区地质概况

矿区构造单元属于吉林复向斜之双阳-磐石褶皱束中部的磐石-明城背斜的东翼。区内经历了多期多阶段构造运动，岩浆活动频繁，断裂活动强烈。地层主要由第四系（Q4）、二叠系寿山组（P1s）和石炭系上统石咀子组（C3s2）组成。第四系覆盖矿区大部，岩性为砂卵石层和粘性土。二叠系寿山组岩性为砂板岩夹凝灰质砂岩及灰岩透镜体，地层走向北西，倾向北东，倾角在75～80°。石咀子组厚约1100m，岩性以碳酸岩为主，泥质岩石次之，地层呈单斜结构，向北东东倾斜，倾角在75°以上。上段为厚层碳质板岩夹灰白色大理岩，分布于矿区东部；中段为灰色硅质大理岩，薄层大理岩夹绢云母片岩段，分布于矿区中部，为主要含矿段；下段为灰白色条带状大理岩及灰色板岩夹长石砂岩段，分布于矿区西部。

矿区内的岩浆岩有印支早期—华力西晚期花岗闪长岩（γβ52-1）及酸-中基性的岩墙岩脉。前者呈岩基状分布于矿区的两侧，与区域的大片黑云母花岗岩为一体。岩墙岩脉多分布在互层带内矿体附近，并呈平行产出，构成带状岩墙群，远离互层带及矿体者，则呈单体出现。

区内近南北向和近东西向断裂发育。近南北向断裂倾向西，倾角80°左右，断裂面较平直，规模较大，幅宽约10～50m，向下延深在1500m以下，为区内主要的控矿构造。近东西向断裂分布在六间房和西沟地区，走向近东西，穿过了南北向控矿构造带，倾角较陡，断层表现为张扭性。

2 矿区水文地质特征

2.1 水文地质背景

矿区属于寒温带大陆性季风气候，地貌属于丘陵地带，地势自西向东倾斜，区内最高标高415m。东侧为富太河冲积平原，地形相对平缓，最低海拔高度342.5m。矿区地表水系较发育，其中圈岭河、西沟河过南北向控矿构造带，当地最低侵蚀基准面标高340m。

圈岭河：位于矿区北，距明井260m处由西向东横向穿过，汇入富太河，最大流速0.40m/s，最大流量 0.446m3/s，平均流量 0.054m3/s，两侧有较大面积的沼泽地。西沟河：位于本区南侧，沟谷开阔，地形较平坦，季节性小河，距老大井700m处由北西向南东流过，汇入富太河，最大流速0.50 m/s，流量0.051 m3/s。

2.2 水文地质条件

2.2.1 含水层根据矿区的地层岩性、地下水动力特征及地下水的赋存条件将含水层分为四种类型，详见图1。

图1 石咀铜矿矿区水文地质图Fig.1 Hydrogeological map of Shizui copper mine

（1）第四系松散孔隙潜水分布于河谷地带砂卵石层中，与河水联系密切，大气降水及邻区地下水侧向入渗补给，迳流条件良好，以补给河水方式排泄。含水层厚度20～30m，出露泉最大涌水量 10L/s，含水层单位涌水量 0.15～0.25L/s·m。该含水层富水性【2】中等，与深层裂隙岩溶水有着密切的水力联系，水化学类型为重碳酸钙镁型水。

（2）基岩风化裂隙水赋存于岩浆岩及沉变岩类风化带的裂隙中，分布矿区大部分地段。含水层厚度受控于风化层厚度变化，一般8～30m，下部风化较弱的岩体具有隔水作用。接受大气降水及上覆第四系松散孔隙潜水补给，地下径流方式排泄，受季节影响水量变化大，出露泉涌水量0.071～0.349L/s。含水层富水性、透水性、导水性较差，为弱富水性含水层，水化学类型为重碳酸钙钠型水。

（3）基岩构造裂隙水赋存于成矿后的断裂及岩层构造裂隙中，富水程底受地形地貌、构造裂隙发育程度及大气降水控制，接受上覆含水层的补给。矿区主要断裂有：近东西走向六间房两条断裂（F1-1、F1-2），倾向南；西沟两条断裂（F2-1、F2-2），走向近东西，倾向北。这四条断裂不直接穿过矿体，但穿过了南北向控矿构造带，且成矿后活动时间较长，构通了地表水、浅部地下水与深部基岩地下水之间水力联系，并形成了深部地下水补给通道，同时也使部分地段矿体顶底板破碎。

另外坑道及矿体局部地段被北东向、北西向和近东西向的次一级断层错断。断层规模小，但局部成群分布，裂隙发育深度最大数十米，破碎带富水性中等，涌水量约1L/s。

总体来看矿区内东西向的六间房断层和西沟断层为较大的含水体，地下水静储量较大，导水性良好。其他断裂、构造裂隙规模小，富水量有限，导水性一般。

（4）碳酸盐岩裂隙岩溶水石咀子组大理岩、硅质条带大理岩为矿体的围岩，分布于第四系含水层之下，岩石溶隙、溶洞较发育。加上构造（断裂、构造裂隙）发育成为地下水活动的良好通道，为碳酸盐岩溶洞水提供了充沛的补给来源，因而构成矿区的裂隙溶洞含水层。该含水层厚度约650m，其中590m以上导水性、富水性强，地下水以水平和垂向运动为主。岩石溶隙、溶洞及成矿后的构造裂隙直接连通了第四系松散层中的孔隙潜水，含水层涌水量约8.3L/s。

590m以下地下水富水性中等，地下水以垂向渗流运动为主，采矿的坍塌的坑道、竖井以及钻孔为地下水垂向运动的人为通道。650m以下基岩裂隙不发育，坑道多干燥，地下水多以滴水形式出现，个别掌子面有沿炮眼间断的指形小股水流出现，且时间持续很短，地下水以垂向运动为主，属弱含水层。

地下水水化学类型上部为重碳酸钙镁水，710m中段及以下为重碳酸镁钙水。

2.2.2 隔水层矿体顶底板直接围岩以矽卡岩、大理岩、中酸性脉岩为主，岩溶、断层破碎带及构造裂隙发育地段为富水地段，其他地段相对隔水。矿带西侧为海西期花岗岩，风化带以下岩体完整巨厚；东侧以板岩为主，倾向西倾角 80°左右，岩体完整性较好，透水性、富水性差，成为矿床东西两侧的隔水层。

3 地下水补给径流与排泄

自然状态下矿区内含水层主要接受大气降水补给，圈岭河、西沟河和富太河支流从矿区流过。矿区地势相对较平坦，覆盖层较厚，径流条件良好，大量的降水渗入地下，通过地下径流补给河水或通过矿区向下游径流。

矿区裂隙水、岩溶水含水层分布连续，隐伏于第四系松散砂卵石层之下。原矿床开采坑道排水，松散孔隙潜水的水位形成了以新大井为中心向南2000m至王家沟，向北1500m至六间房的南北长约3500m，东西宽约450m的不对称的潜水降落漏斗。漏斗范围和形状，与直接隐伏于其下的大理岩和断层破碎带走向基本一至。说明潜水与基岩构造裂隙水、岩溶水之间有直接的水力联系【3】，人工降水改变了地下水径流与排泄方式。

4 矿坑充水因素

在大理岩层的周围分布着岩浆岩和沉变岩，岩体巨厚，仅有微弱的风化裂隙水，尚不足以形成涌水量较大的水源。坑道内涌水来源于第四系砂卵石层潜水，岩层中的断裂和溶洞是地下水循环的通路，同时其本身也储藏着大量的地下水。

坑道内汇水条件：根据原矿山生产期坑内水文地质调查，深层水的活动主要是在岩层的构造破碎带中，破碎带在平面上的分布、走向与岩层走向基本一致。属层间裂隙，为地层褶皱时形成的多羽状开型。由于地下水的活动，不断溶蚀和冲刷，使裂隙渐之扩大成溶洞，成为地下水良好的通路，采掘过程中发现较大的溶洞，详见表1。

表1 大理岩溶洞调查表Table 1 Questionnaire of marble cavern

区内岩层倾向较陡，构造发育，风化裂隙与构造裂隙密切分布，大理岩岩溶发育并与裂隙相通，裂隙基本无填充，给地下水的垂向和水平方向运动构成了良好的运移条件。地表水、潜水与深部地下水通过断层、裂隙和溶洞联系，使下部含水层水量丰富。坑道施工发现590m中段开拓后，上部各中段的出水点先后干涸，590m中段巷道涌水量显著增加。而下部中段开拓后，650m以下各中段涌水量显著减少。590m中段向上至潜水面为地下水经常循环带【4】，650m 中段以下为迟缓循环带，590m中段至650m中段为上述二者过渡带。坑道主要充水因素为断层、构造裂隙和溶洞沟通了地表水、浅部地下水与深部地下水之间的水力联系，属于水量丰富的岩溶直接充水矿床。

5 矿坑涌水量

5.1 坑道涌水特点

（1）涌水量随季节而变化根据以往生产期间资料，本坑坑内涌水鉴于潜水所补给，而潜水与大气降水关系密切，不同季节坑道涌水量见表2。

表2 1953～1958年度涌水量统计表（单位m3/min）Table 2 Statistical table of water yield from 1953 to 1958 (m3/min)

从表2可见坑道涌水量变化滞后大气降水量变化约两个月，本区年降水量以7、8月份为最多，而坑内涌水量有显著增加则是9、10月份。大气降水约通过两个月左右的时间渗流到300～400m深的坑道中，这种涌水变化在390m以上显著，当涌水点在530m、590m中段时表现不太明显。

（2）不同地段涌水量不均岩层中的断裂、裂隙和溶洞是地下水循环的通道，同时其本身也储藏着大量的地下水。当含水带被坑道或钻孔揭露时，涌水量一般较大，特别是溶洞被揭露时更为严重。如在150m中段南沿坑道打至裂隙溶洞的下部时，地下水以 1.6m3/s的水量冲破坑道顶板而出，在十几个小时内淹没了整个坑道。其它破碎地段涌水量也较大，通常在 8.3L/s，但是也有的地段涌水量相差悬殊，充水程度完全取决于岩层的断裂、裂隙和溶洞的发育程度。虽然含水层富水程度分布在总的方面是有规律的，但是对于局部地段来说却表现了不均匀性，造成涌水程度上的差别。

（3）不同深度涌水量不同坑内各中段涌水量和涌水点随采掘深度增加而减少。地下水的活动在400m以上最为活跃，水量充足，径流条件好。在此范围内坑道涌水点多、涌水量大；590m到650m中段的涌水量变化不大且比较稳定， 650m中段以下富水性微弱，未有较大涌水点（表3）。

表3 330～770m各中段涌水量统计表（单位m3/min）Table 3 Statistical table of water yield for the level at 330～770m (m3/min)

5.2 坑道涌水量预测

根据上述坑道充水因素、坑道位置和以往观测统计资料，分段对坑道涌水量进行预测估算：330m 中段坑道涌水量为 0.65～1.44Wm³/d；390m 中段坑道涌水量为 0.94～1.64Wm³/d；590m 中段坑道涌水量为 0.60～2.16Wm³/d；650m中段坑道涌水量为0.39～0.58Wm³/d；650m中段以下坑道涌水量小于 0.69Wm³/d。累积叠加650m中段以上各坑道涌水总量最大为：5.82Wm3/d，最小2.58W m3/d。