大新锰矿矿区含水层对矿床开采潜在影响分析与研究

莫俊晖

(广西锡山矿业有限公司，广西 南宁　530022)

1　地下水资源概况

根据1∶20万区域水文地质报告，矿区位于巴荷—下雷地下水资源分区(Ⅷ2)，该区地下水主要为岩溶裂隙溶洞水。本区地下水枯季径流量为0.52亿m3/a，年平均径流量为3.18亿m3/a。主要以地下河系统方式径流排泄，地下河分布以下雷河为中心，分别在两侧以南西—北东向展布，出口均位于下雷河附近，下雷河南西侧发育有两条地下河系统，北东侧发育有4条地下河系统，年均流量66～1 699 L/s。经统计地下河年均径流量为1.43亿m3/a[1]。

2　矿区水文地质特征

矿区分布在下雷向斜南西端，起于0线，南西至46线以西。东面以黑水河为界；北西面边界：黑水河—蹬高梁山—矿区边界拐点8—矿区边界拐点7—矿区边界拐点1。南面边界在泥盆系中统东岗岭组(D2d)与泥盆系上统榴江组(D3l)和泥盆系上统五指山组(D3w)的交界处[2]。

2.1　矿区地下水类型及含(隔)水地层特征

矿区的地下水含(隔)水层类型有6种。

1)松散岩类孔隙含水层。

2)大塘阶(C1d)、中石炭统黄龙组(C2h)纯碳酸盐岩裂隙溶洞含水层。

3)下石炭统岩关阶下段(C1y1)纯碳酸盐岩溶洞裂隙含水层。

该含水层岩石溶沟、溶槽、溶隙、溶芽发育，具有不均匀性：该层为矿层的间接顶板，矿层采空放顶后，将通过垮塌影响带对矿坑间接充水，该含水层对矿床开采潜在影响较大。

4)泥盆系上统五指山组第一至三段(D3w1-3)硅质岩裂隙含水层。

5)泥盆系中统东岗岭组(D2d)灰岩裂隙溶洞含水层。

6)隔水地层：下石炭统岩关阶上段(C1y2)硅质岩泥岩相对隔水层；泥盆系上统五指山组第四段(D3w4)泥灰岩、泥岩相对隔水层；泥盆系上统榴江组(D3l)钙质泥岩相对隔水层。

2.2　矿区构造破碎带水文地质特征

2.2.1F1断层水文地质特征

走向近于东西，北盘为底板隔水层，南盘为东岗岭组含水层，15线以东岩溶较发育，透水，含水性强，是南部岩溶水的通道，使南部矿坑充水的隐患增加；15线以西岩溶不发育，透水、含水性较弱。垂向上随深度增大岩溶发育程度减弱[3]。

2.2.2其他断层的水文地质特征

其他断层发育在矿层含水层及D3w4隔水层中的各组断层。断层破碎带一般都很小，宽度10～30 cm，个别断层在挤压特别强烈地段及断层交叉处，可达1～2 m，断层角砾与方解石、石英脉胶结良好。由于断层影响使岩层含水性增强，但就渗透系数K值绝对值而言，断层裂隙带的透水性仍属弱的；而当断层延伸到D3w4，泥岩较多的层位时，则断层带的透水性更弱。因而，由断层带连通地表水(布康溪水)弱，对矿坑充水影响小。

3　矿区地下水的补给、迳流与排泄特征

3.1　地下水补给、迳流、排泄条件

在自然条件下，松散岩孔隙含水岩组在获得大气降雨补给后，主要以分散而垂直方式向下渗透补给下伏的硅质岩(或碎屑岩)、碳酸盐岩含水岩组及岩浆岩裂隙含水岩组地下水。而裸露的碎屑岩(如硅质岩)、碳酸盐岩含水岩组及岩浆岩裂隙含水岩组则直接获得大气降水的入渗补给[4]。上述含水岩组地下水获得直接或间接补给后，一部分以分径散渗流等形式向沟谷径流排泄，最后汇入矿区的溪流；另一部分则下渗补给深部地下水，向东、东南方向作区域性径流与排泄，最终也汇入黑水河。黑水河位于矿段的东部，是矿段大气降水、地表水、地下水的主要排泄通道。由于河床砂砾石、碎石层结构松散，透水强，河水与第四系孔隙含水层水力联系密切，河水直接补给第四系孔隙水，间接补给基岩裂隙水。而在矿段范围内黑水河河床最低标高为241.5 m，该标高以上浅部岩石风化裂隙水多以泉、老窿口排水、地下河水的形式排泄补给黑水河。

3.2　地下水动态特征

矿区的地下水动态仍呈气象动态型。地下水气象动态型的主要特点是：在雨季期间，地下水水位抬高，径流量与排泄量增大；而在雨季过后，地下水水位下降，径流量与排泄量减少。如下为泉、坑道、溪水的长观动态情况：q5泉水流量在2～4月间，流量为3.5～9.1 L/s，而在7～8月份；q5泉水流量为15.1～38.9 L/s；280 m中段在2～4月、5～8月坑口排水流量分别为：31.9～43.3，30.1～1 208.7 L/s。可见大气降水是矿段地下水的重要补给源[5]。

4　矿床涌水分析

4.1　北部矿段

北部矿段主要充水含水层为泥盆系上统五指山组2～3段(D3w2-3)，主要隔水层为泥盆系上统五指山组1、4段(D3w1，D3w4)，局部地段C1y1可能构成间接充水含水层。矿床主要充水来源有：①矿层直接充水含水层D3w2-3；② C1y1为间接充水含水层，可能通过未封好的钻孔对矿坑充水，或者矿层采空放顶引起D3w4隔水层陷落，导致对矿坑充水；③下雷河和布康小溪对矿坑充水影响小；

矿区南部已开采的中段水平主要有385，340，280，220 m。考虑矿层特点以及便于与目前矿坑涌水量做比较，计算水平为340，280，220，100 m。北中部矿段的矿层埋深南深北浅，北端矿层埋藏浅，开采时可自然排水，局部地段矿体赋存条件复杂，矿层层位标高起伏变化较大，矿区南部旧采矿坑道可能成为未来的充水来源。

4.2　南部矿段

目前，矿区南部正在开采坑道共有标高385，340，280，220 m 4个中段，矿坑涌水主要通过PD385、PD340和PD280洞口排出。根据历年观测资料，各洞口排出水量均具有明显的季节变化，其雨季(5～9月份)涌水量是旱季的数倍甚至十几倍。将矿坑的涌水情况与88年提交的矿区南部勘探报告中预测的涌水量进行对比，以全面了解矿坑的充水因素。目前主要开开挖施工坑道为220 m中段，矿坑排水主要通过抽水至280 m中段坑道排出。因此，可以将PD385、PD340和PD280洞口排水量之和作为220 m中段的涌水量，分雨季、旱季和年平均以说明涌水量全年变化情况。

表1　矿区南部预测涌水量与实际涌水量对照

从表1中可以看出预测的涌水量偏小，预测值与旱季的涌水量相对比较接近，其主要原因可能是对降水入渗补给量估算不足。实际调查中发现，矿山露采采场、堆渣场等地段地表径流能力有限，降水易于入渗地下转化为地下水，进而增大矿坑涌水量。与年平均涌水量相比，预测误差为13%～33%，预测精度为B级，精度较高，这也表明以往的勘探工作对矿区水文地质条件了解比较充分。

5　含水层对矿床开采潜在影响分析

C2h、C1d岩溶含水层，大气降雨补给，水位标高368.18～392.4 m，自西向东径流，排泄于黑水河(下雷河)，局部因C1y1隔水层作用，以泉的形式向相邻沟谷排泄，对矿床充水影响小。

C1y1溶洞裂隙含水层，大气降水和地表水补给，地下水位是西高东低，北高南低，最大标高510 m，最小标高240 m，布康溪多为350～310 m，地下水总的流向是自西向东，排泄于黑水河(下雷河)，局部补给布康溪，为矿层的间接充水含水层。矿层含水层与(C1y1)纯碳酸盐岩溶洞裂隙含水层间存在(D3w4)相对隔水层，两层水位差达数米至20 m以上，通过钻孔对两含水层隔离检查，水位差一般在5～37 m，具有良好的隔水性能，故两含水层在天然的条件下无水力联系。

矿层含水层和直接底板风化带含水层，两含水层是相互密切联系的含水体，均为大气降水补给，西部(26线以西)及两翼露头带的潜水区为补给区，地下水位标高大于400 m。地下水自西向东流，补给黑水河(下雷河)，在潜水区，于深切的沟谷中偶以线状，片状渗出形成泉，补给地表小溪。由于渗透性的差异，9线以西，底板风化带含水层地下水位高于矿层含水层，9线以东，水位底于矿层含水层，局部地下水可能沿此岩溶发育带向东径流，于04线附近可能通过岩层裂隙补给D2d含水层。该含水层是矿床直接充水含水层。

D2d裂隙溶洞含水层：大气降水补给，补给源丰富，主要以地下河的形式集中径流、排泄，矿区南面水位标高446～240 m，大致由西向东径流，地下河出口(在下雷镇)流量368 L/s以上；矿区北面地下水位标高285～430 m，地下水由南西向北东方向径流，地下河出口流量468～2 864 L/s。D2d岩溶含水层是区域含水层，同时该层也是矿层底板间接充水含水层，补给源丰富，富水性强，因南翼局部地段底板隔水层较薄、且断层的切割，都有可能引起该含水层对未来矿坑充水。

黑水河(下雷河)对矿坑充水影响的问题：黑水河在矿区东面3 km，切割各含水层，河床标高241.5 m，即使开采水平低于黑水河，因矿层导水性较差，黑水河通过矿层及其直接顶底板补给影响小。

6　结　论

矿区位于一个独立完整的水文地质单元，即以泥盆系上统五指山组第一至第三段(D3w1-3)硅质岩裂隙水为矿床直接充水层的向斜构造水文地质单元。矿区30线以西属以裂隙充水为主，顶板直接进水，水文地质条件属简单类型；30线以东缓倾斜矿体部分属以溶洞充水为主，顶板间接进水，水文地质条件为中等类型；陡倾斜矿体中：30～13a线属以暗河充水为主，底板间接进水，水文地质条件属复杂类型；13a～10线属以裂隙充水为主，底板直接进水，水文地质条件属简单类型；10线以东以溶洞充水为主，底板直接进水，水文地质条件属中等类型。

在今后回采设计过程中，要兼顾考虑区域的块段设计开采对于含水层的影响，矿区的地表及井下280和220中段都已经形成了良好的排水系统，进行开采设计规划时，特别是深部矿体开采，要把矿区排水系统纳入到区域块段设计中区考虑，这样才能防患于未然，保证矿山企业安全生产。