伊宁县金山矿区水文地质特征及矿坑涌水量预测

2016-06-27白金启李续续贺根义

地下水 2016年3期

白金启，李续续，贺根义

(1.新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091；2.新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉 831100)

白金启1，李续续2，贺根义2

(1.新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091；2.新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉 831100)

[摘要]金山矿区位于新疆伊宁县北部。本文以新疆伊宁县金山矿区为对象，在基本查明矿区的水文地质特征的基础上，重点分析其充水水源及充水方式，运用水均衡理论对矿区矿井的涌水量进行预测。通过对该矿区水文地质特征和矿坑涌水量的预测，可以为后续的矿山开采技术条件提供必要的理论依据。

[关键词]水文地质特征；矿坑涌水量；金山矿区；伊宁县

金山矿区位于新疆伊宁县北部，主要包括京希、伊尔曼得、玛依托拜三个成矿区，处于克孜勒庫拉河-恰特尔塔尔河-琼阿希河之间的一个近南北向延伸展布的河间地块式山岭地带，为剥蚀中低山地形。在以往的研究成果中[1-3]，主要集中于对矿区地质条件和成矿规律的研究分析，但是在水文地质特征和矿坑用水量预测方面尚属空白，在水文地质方面可利用的研究成果仅只能参考距离该矿区约30 km外已建设的阿希金矿。因此，本文在对矿区水文地质特征分析的基础上，重点对该矿的矿坑涌水量进行了预测，从而可以为后续的矿山开采技术条件提供理论依据。

1矿区水文地质特征

1.1地下水类型

根据矿区水文地质条件，可将矿区地下水类型划分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水和透水不含水层等四种基本类型。

1.1.1松散岩类孔隙水

根据含水层的成因类型，可将松散岩类孔隙水进一步划分为山间河谷带状冲洪积层潜水和山间洼地风积层潜水。其中，山间河谷带状冲洪积层潜水埋深一般在0.88～5.52 m，根据浅井抽水试验结果可知，降深在0.4～0.5 m之间，涌水量2.51～10.71 m3/d，渗透系数2.06～14.5 m/d，属于河谷潜流，矿化度小于1.0 g/L，属HCO3·SO4-Ca·Mg型水。由于含水层分布不稳定，厚度不大，富水性较差，供水意义较小。

1.1.2基岩裂隙水

根据岩石性质和裂隙发育特征，可分为层状岩类裂隙水、块状岩类裂隙水二个含水岩组。

层状岩类裂隙水主要赋存于上古生界石炭系下石炭统大哈拉军山组一、二、四岩性段砾岩、砂岩、凝灰岩、凝灰质砂岩各种成因的裂隙中。由于裂隙发育程度的不均匀性导致裂隙水富水性的不均匀性和不连续性，地下水往往呈层状赋存，不具统一的地下水面。因此，根据泉水流量可划分为单泉流量大于1.0 L/s、单泉流量0.1～1.0 L/s以及单泉流量小于0.1 L/s等三个富水地段。

块状岩类裂隙水的含水岩组由上古生界下石炭统大哈拉军山组第三、第五岩性段安山岩、角砾熔岩及华里西期安山玢岩组成。由于块状岩类为坚硬脆性岩石，在经过后期构造作用后，其构造裂隙非常发育。因此，地下水储存和富集地段主要集中在构造带附近和围岩接触带。因此，块状岩类裂隙水具体可划分为单泉流量大于1.0 L/s和单泉流量小于0.1 L/s两个富水地段。

1.1.3岩溶水

岩溶水的含水层岩性为下奥陶统呼独克达板组第四岩性段厚层状灰岩，地表多被第四系亚砂土覆盖，岩石的裂隙、溶隙以及溶洞广泛发育[4]。根据玛依托帕矿区SK3钻孔的施工资料可以看出，该孔深为 150.74 m，揭露地层为下石炭统大哈拉军山组第四岩性段凝灰质砂岩和下奥陶统灰岩，在18.7～49.84 m抽水试验段，降深28.27 m，换算单位涌水量0.141 m3/d·m，钻进至94 m，灰岩层出现漏水，顶漏钻进150 m终孔，145 m未测得水位，说明灰岩裂隙和溶隙发育，导水性好，地下水沿裂隙和溶隙向下部运移，通过与河水连通的等势面，向河水排泄。

1.1.4透水不含水层

透水不含水层在矿区分布广泛，地层岩性主要为第四系全新统风积层，受地形地貌的控制，沉积厚度一般1～3 m或3～5 m。由于亚砂土植被根系非常发育，在接受大气降水后，地下水沿岩土孔隙和根系孔洞下渗，对下伏基岩的裂隙水提供补给来源，而在上部不宜赋存，因此构成了透水不含水层。

1.2地下水补径排特征

研究区处于多个河间地块式山岭地带，地形为剥蚀中低山地形。海拔1 400～2 500 m。多年平均降雨量达500 mm，区内的地下水的补给来源主要为大气降水和冰雪融水。此外，松散岩类孔隙水主要分布于河谷地段，地下水的补给来源主要为河水直接补给和基岩裂隙水侧向补给。

基岩裂隙水、岩溶水的径流方向和径流强度受地形地貌、构造发育方向的控制，并且以地形的变化起主导作用，每一个河间地块式山岭即为一个渗流场，当地形低于这个势面线时，地下水就以泉的形式泄出地表，完成地下水的一次小循环，泉水汇入河流，构成河流基流。地下水转化成河水，在径流过程中，除部分顺裂隙向深部运动外，终由北向南排泄出区。

1.3矿坑充水条件分析

由于矿床的埋深不同，充水条件也不尽相同，根据对研究区地下水类型和地下水的补径排特征的分析看出，矿床充水来源，主要是大气降水及地下水，分述如下：

伊尔曼得矿床位于河床及两侧斜坡地段，矿床顶底板标高1 550～1 850 m，河水位河水位平均标高1 692 m，说明地下水位与河水位基本保持在一个等势面上，河床侵蚀基准面以上矿床及围岩属不含水或弱富水性含水岩组。而在侵蚀基准面以下矿床，根据抽水试验结果，降深7.0～13.79 m，单位涌水量0.173～1.382 m3/d·m，渗透系数0.010～0.046 m/d。由此说明矿床及围岩裂隙闭合，导水性差，接受河水补给微弱，开采时矿床充水不会造成影响。

京希矿床位于京希溪沟及两侧斜坡地段，矿床顶底板标高1 500～1 800 m，在平硐掘进过程中，揭露基岩裂隙水，裂隙水主要沿断裂带赋存，水量小于0.1 L/s,说明河水侵蚀基准面以上矿床富水性弱。而在侵蚀基准面以下矿床，根据抽水试验结果，降深11.93～21.28 m，渗透系数0.001～0.012 m/d。钻孔位于构造破碎带，虽揭露构造岩厚度较大，但受压扭性断裂作用影响，矿床及围岩裂隙闭合，导水性差，接受河水补给微弱，开采时矿床充水不会造成影响。

此外，对于伊尔曼得矿床和京希矿床侵蚀基准面以下的矿床，开采过程中放炮震动，会使基岩闭合裂隙变为开放裂隙，小的阻水断裂变为导水断裂，加大地下水的入侵强度，影响矿坑开采。根据抽水试验结果，在19～49.84 m试段，降深28.77 m，单位涌水量0.043 m3/d·m，渗透系数0.002 6 m/d；钻进至94 m灰岩层出现漏水，说明矿床以下灰岩裂隙和溶隙发育，导水性好，地下水在接受大气降水补给后，沿裂隙和溶隙向下部运移，通过与河水连通的等势面，向河水排泄，开采时矿床充水和围岩底板突水不会对矿坑造成影响。

2矿坑用水量预测

2.1预测原则

(1)初步确定露天采矿范围，如表1所示，矿坑涌水量分别进行计算。

(2)以各成矿区为独立的水文地质单元，河流为输出(入)边界，两侧山脊地段分水岭为零流量边界。

(3)各矿区河水侵蚀基准面以上矿床，根据地质孔长观资料和平硐及钻孔施工情况，富水性极弱或不含水，因此，各矿区此标高以上的矿坑涌水量计算中的地下水量部分可视为零。

(4)各矿区河水侵蚀基准面以下的矿床，受河水及基岩裂隙水侧向补给影响，矿坑侧面进水，底部为缓倾角厚层状灰岩，视为不透水层。矿坑涌水量中的地下水量部分计算可根据钻孔完整井抽水试验参数K值确定。

(5)伊尔曼得、京希成矿区，河水位(侵蚀基准面)位于矿床顶底板之间，矿坑涌水量包括地下水和大气降水两部分，可分别计算。玛依托背矿区河水位位于矿床底板以下，矿坑涌水量计算中地下水部分可忽略不计。

表1　矿区露天采矿场位置及范围一览表

2.2计算方法及参数确定

根据上述预测计算原则，各成矿区露天采矿场范围内涌水量为大气降水量和地下水量两部分，计算公式为[5]：

Q=Q降+Q地

(1)

其中：Q降=X·F露；Q地=K·F侧

式中： X为降水量(m)；K为地下水渗透系数(m/d)；F露、F侧为露天采矿场面积(m2)、矿坑侧面积(m2)。

2.3预测计算结果及其评述

通过矿区水文地质调查，地下水涌水量计算是在各矿区露天采矿场面积、开采边坡角，确定涌水断面(矿坑侧面积)，并选择地下水平均渗透系数作为参数的基础上进行计算的，其结果较为符合客观实际，有利于矿山开采过程中矿坑排水设计。

计算结果表明：也尔曼得矿区矿坑年涌水量446 464.18 m3，日平均涌水量1 223.19 m3；京希矿区矿坑年涌水量470 474.20 m3，日平均涌水量1 288.97 m3；玛依托背矿区矿坑涌水量主要为大气降水，年涌水量123 480 m3，日平均涌水量338.30 m3。日平均涌水量受大气降水影响主要集中在春、夏季4～7月内，占全年涌水量的50%以上。根据计算结果，综合评价矿坑涌水量小，见表2所示。预测计算结果，可作为矿山开采设计依据。