江西省柴桑区铁路坎矿区铜矿矿床充水因素分析

周 祥，高红梅，余金保

（1.南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210046；2.江西省地质矿产勘查开发局赣西北大队，江西 九江 332000）

铁路坎矿区西与城门山铜矿采坑紧邻，并被纳入三期扩建开采规划，开发铁路坎铜矿资源迫在眉睫。铁路坎矿区矿体基本分布在当地最低侵蚀基准面以下，深部矿体延入北部湖区，随着开采规模向下扩大，不可避免会揭露周边岩溶含水层，其水文地质条件越来越复杂，开采难度越来越大。因此详细查明本矿床的充水因素，为矿床安全开采提供设计依据，亦是矿床开采技术条件研究的重点。

1 矿区概况

铁路坎矿区位于九江市南西255°方向，直距18 km处，行政区划属江西省柴桑区城门乡管辖。矿区2000国家大地地理坐标：东经115°48′02″～115°48′27″，北纬29°41′ 00″ ～29°41′ 34″。

矿区属亚热带季风气候区，湿润多雨，季节分明，冬季干燥寒冷，夏季炎热是本区气候的主要特点。矿区与周边地表水系统的动态变化受九江市柴桑区与瑞昌市两地气象结果影响，其中受瑞昌市气象条件的影响更为直接，矿区近5年降雨量资料见表1。

表1 矿区降雨量资料统计表

矿区出露地层由老而新依次为志留系上统纱帽组（S3s）、泥盆系上统五通组（D3w）、石炭系中统黄龙组（C2h）、二叠系下统梁山组（P1l）、栖霞组（P1q）、茅口组（P1m）、上统龙潭组（P2l）、长兴组（P2c）、三叠系下统大冶组（T1d）及第四系（Q），其中石炭系黄龙组为主要赋矿层位，石炭系～三叠系浅海相碳酸盐岩为主要的赋矿围岩。

矿区发育两组断裂，即北东东向断裂和北西～北北西向断裂，其中北东东向断裂常被北西～北北西向断裂所切割。对矿床充水有影响的为北东东向F1、F3、F20断裂和北西向F13断裂，影响较大的为F1、F20断裂，为赋、导水断裂。矿区地质略图及所在区域位置见图1。

2 矿床充水因素分析

本矿区-322m标高以上矿体采用露天开采，矿坑充水因素分析如下：

2.1 含水层对矿床充水的影响

矿体、岩株侵入于志留系碎屑岩、石炭～二叠系酸盐岩地层中，其中石炭～二叠系岩溶裂隙、溶洞普遍发育，加之受地质构造和岩体侵入的影响，在构造破碎带和接触破碎带附近岩溶发育程度更高，形成了以破碎带～溶蚀裂隙～溶洞为主要特征的具有统一水力联系的非均质岩溶含水介质，且地层含水量丰富，在矿山进行深部开采时，矿体周边岩溶含水层中的地下水必然会涌入矿坑，成为矿床主要的直接充水来源。

松散岩孔隙含水层其底板与三叠系灰岩直接接触，不与矿体直接联系，且三叠系下统大冶组下段为隔水层，因此松散岩孔隙含水层对矿床充水为间接且影响甚微。

图1 铁路坎矿区地质略图（a）级矿区分布在区域的位置（b）

2.2 主要构造破碎带对矿床充水的影响

矿区内构造破碎带形式主要有三类，即灰岩溶蚀破碎带、岩浆岩与围岩接触破碎带、断裂破碎带。

2.2.1 溶蚀破碎带

一般叠加或伴生于可溶岩中断裂破碎带或其他破碎构造，由于地下水的长期侵蚀、溶蚀作用，使原本为构造破坏失去完整的灰岩沿破裂面不断溶蚀、分割，形成更次一级的岩块或碎屑，进而构成地下水的活跃带，并与其他破碎带相连通，形成复杂的地下水裂隙网络，是矿床充水直接通道之一。

2.2.2 接触破碎带

为岩浆岩侵入与围岩接触产生的破碎带，主见于岩浆岩体边缘。由于接触破碎带呈环状分布于岩株四周，从而起了沟通矿区所有岩溶含水层的作用，是构成矿坑涌水的主要途径。

2.2.3 断裂破碎带

对矿床影响较大的断裂主要是F1、F20。

F1断裂：发育于矿区南部砂页岩中，纵贯矿区，主要破坏地层为泥盆系五通组，破碎带内角砾均为泥盆系五通组母岩构成，泥质、铁质胶结，透水性差，对矿床充水无直接影响，仅是在该断裂带下盘泥盆系五通组与石炭系黄龙组地层之间，发育一条以灰岩角砾为主的构造角砾岩带，带中岩石破碎、胶结程度差、岩溶作用强、具较好富水性与较强透水性，对-400m标高以上矿床充水影响大而直接。

F20断裂：发育矿区东部二叠系下统茅口组上段灰岩地层中，断裂带主要表现为带内岩石挤压破碎强烈，除带内侵入岩体具隔（阻）水性外，为赋、导水断裂，该断裂对矿坑充水具一定的影响。

2.3 赛湖对矿床充水的影响

矿区北面赛湖正常水位标高15.50m，洪期最高水位标高19.90m，湖水与长江相通，可通过防洪闸进行人工调节。湖水终年不涸。赛湖湖床普遍分布着厚15m～25m的淤泥质粘性土，渗透系数仅为1×10-5～1×10-8cm/s，钻孔抽水试验单位涌水量0.0067 L/s·m，其透水性极微弱。湖水下渗补给地下水的入渗条件极差，湖区迄今未发现缺失该层的“天窗”或泉水出露，湖泊南岸边岸则多由隔水性能较好的中、上更新统老粘性类土构成，无基岩出露，洪期高水位时，湖水通过岸边渗透补给地下水也是极其微弱的。

以上情况表明，在天然状态或小型抽降条件下，湖水和灰岩地下水之间无直接水力联系。因此，赛湖湖水与矿区地下水无密切水力联系，对矿床无直接充水影响。

但因矿区大范围疏干排水而造成地表塌陷或开裂，从而破坏上部粘土层的完整性，则可能导致湖水与灰岩地下水的直接水力联系，将引起不良后果。

2.4 长江对矿床充水的影响

长江位于矿区北东方向，属冲积平原地形，第四系成因属长江一级阶地堆积物，厚度40m～45m，堆积物有上粗下细特征。本区长江河床未切入下伏三叠系、二叠系灰岩，水底与下伏灰岩均有大于20m厚的第四系分隔，江水与灰岩地下水仅能通过上覆第四系的渗透发生水力联系，由此可见，长江水与矿区岩溶地下水没有直接的水力联系，对本矿床而言，尚有多层隔水层的阻隔，故长江水对矿床充水的影响是有限的。

3 结论与建议

经矿床充水因素分析，本矿床的主要充水因素为：矿区东部二叠系～石炭系灰岩岩溶含水层、构造破碎带充水，及在大降深疏干排水降落漏斗不断扩大，而造成湖区地表塌陷或开裂可能导致湖水对矿床的直接充水。

北侧隔水边界（T1d1）在深部矿坑疏干排水产生巨大内外水位差情形下，可能产生对隔水边界的破坏，带来矿坑涌水量的增大及诱发北侧湖底岩溶塌陷，建议在矿区北侧依托大冶组下段页岩及岩体进行注浆帷幕。