新华山铜矿矿坑涌水量预测及防治水探讨

刘志虹

摘要：新华山铜矿位于安徽铜陵鸡冠山矿区内，为岩溶裂隙充水的小型铜矿床，水文地质条件较为复杂。本文在分析了其矿坑充水因素及边界条件后，对其涌水量进行预测并提出了防治水的几点认识，希望对类似矿山矿坑涌水量预测及防治水工作起到借鉴作用。

关键词：含水层;充水因素;涌水量;截水帷幕

1.自然地理特征

新华山铜矿位于安徽铜陵鸡冠山矿区内，属长江中下游南岸沿江丘陵区，矿床地形以羊河为界，羊河以西为丘陵～残丘，标高30m～60m;羊河以东为冲积平原，标高13m～15m。区内水系主要为羊河，自南向北流经矿床上方，流量99.56m3/s。本区属亚热带季风气候区，年平均降雨量1521.5mm，年最大降雨量2013.5mm。

2.矿床水文地质特征

2.1主要含水层

（1）第四系冲积含水层：浑圆状～次棱角状，泥质含量20%左右，结构紧密，含水微弱。浅井抽水试验结果单位涌水量0.019L/s·m，渗透系数0.340m/d，水化学类型属HCO3-Ca型，矿化度0.142g/L～0.225g/L。（2）龙头山组岩溶裂隙含水层：分布于矿床东侧及深部。该层岩溶发育，钻孔溶洞能见率60%，单孔岩溶率1.04%～10.24%，溶洞少有充填物。在该层钻进中动水位浅而稳定，冲洗液严重漏失。SHK12抽水试验结果，水位降深2.58m，单位涌水量3.58L/s·m，渗透系数4.60m/d;ZK2710、G1孔抽水，结果相近，表明该层富水程度强，是未来矿床开采的充水来源。地下水化学类型为HCO3-Ca型，矿化度0.453g/L。（3）岩浆岩类裂隙含水体分布于矿床东侧浅部，覆盖于龙头山组含水层之上。经抽水试验：降深25.77m时单位涌水量0.110L/s·m，渗透系数0.210m/d。矿床西侧及深部岩体富水程度弱，可视为隔水层。（4）构造裂隙含水带：东西向构造裂隙带：带内岩石破碎，呈角砾～碎裂状，含水性好，ZK256试验结果：降深3.12m，单位涌水量2.238L/s·m，渗透系数2.645m/d，富水程度强。

2.2主要隔水层

（1）第四系坡洪积隔水层（Q4dl-p）l：分布于洋河，西侧团山村～鸡冠山电影院一带，厚4m～15m，岩性为褐色亚粘土夹碎石，含水性差，兰花冲SHK4简易抽水，涌水量为0。（2）三叠系黄马青组及第三系砂岩隔水层（T3h、Rh）零星出露于地表，见于木鱼山等地，钻孔在石英闪长岩内见该岩组的俘虏体，岩性为紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩角岩等，富水程度极弱。

2.3地下水动态、含水层及其与地表水之间的水力联系

（1）地下水动态：矿区内地下水由于受采矿排水影响，天然动态遭破坏。据长期观测资料地下水位呈逐年下降趋势，年下降速率在2m/y～3m/y，但仍随季节变化，受大气降水影响，地下水位变化曲线与羊河流量变化曲线形态基本一致。（2）含水层之间的水力联系从ZK256、ZK270、ZK563等三孔长观曲线可以看出：地下水位峰值出现时间基本相同，曲线形态基本一致，动态变化相似。区内两条构造裂隙带切割岩体，并延伸至大理岩，各层间无隔水层存在，存在密切水力联系。ZK2710（M）和新民矿竖井（δ0）抽水试验表明，岩体与大理岩（T2l）之间存在密切的水力联系。（3）地表水与地下水的水力联系上部岩性为褐黄色粘土、亚粘土，厚4.5m～7.5m，隔水性好，下部为含泥砾石层，厚度1m～1.25m，泥质含量在30%～40%，结构紧密，透水性差。河床为切穿上部粘土层，据ZK2710（δ）抽水试验结果，同期地表水高出地下水8m～10m，降落漏斗直接过河。

3.矿坑涌水量预测

3.1充水因素及边界条件

（1）充水因素：主矿体分布在56～68线，主矿体主要赋存标高-100m～-200m，走向为北东向，赋存于岩体东接触带，与龙头山组大理岩直接接触。大理岩岩溶发育，沿接触带发育尤甚，富水性强，是主要充水含水层。北东向构造裂隙带位于矿体顶部，岩体中与其下部接触带水力联系密切，北东端切入龙头山组大理岩顶部，沟通了与区域地下水的联系，为导水和富水构造，既是通道又是充水水源。“蘑菇状”岩体超覆于大理岩之上，受构造和风化作用影响，浅部含水，深部逐渐减弱，为间接充水，沿构造裂隙带进入矿坑。（2）边界条件：朱村桥～向阳村岩墙构成西部隔水邊界、朱村桥～团山岩体构成其南部隔水边界，矿床内地下水主要接受北部及东部地下水补给。据钻孔编录和测井成果，岩体赋水底板平均标高为-116.42m。

3.2涌水量预测

计算方法及参数确定

矿体呈长条状分布，长宽比达40倍，故按给水廊道考虑。

1石英闪长岩涌水量QI按东侧进水，潜水完整式水平坑道计算。QI=BKcpH2/2R..............1

式中：Kcp，石英闪长岩含水体平均渗透系数，采用ZK270、ZK333、G2、G4加权平均值，Kcp=0.199m/d;

H：矿床平均稳定水位到含水体底板距离，含水体底板平均标高-116.42m，平均稳定水位标高为-1.86m，则H=114.56m;

B：坑道长度，取-140m标高矿体长度，B=370m;

R：影响半径，按公式R=2S√KcpH计算。计算得QI为441.66m3/d。

2构造裂隙带涌水量QII

裂隙带两侧与岩体接触，其北东端与龙头山组大理岩接触，视两侧为隔水边界，主要考虑北端进水，按半个潜水完整井公式计算。

QII=1.366KcpH2/2（lg2R0-lgr）..............2

式中：Kcp，裂隙带渗透系数，采用ZK256、ZK2701、D1、G1新民竖井加权平均值，Kcp=5.51m/d;H：裂隙带含水体厚度，潜水面标高-1.86m，含水体底板标高-116.42m，则H=114.56m;

r0：井半径，取裂隙带平均宽度之半;

r0=40.35m;

R：影响半径，按公式R0=r0+2S√KcpH计算。经计算的QII为

20090.47m3/d。

3大理岩涌水量QIII按单侧进水，承压转无压不完整排水工程计算。QIII=BKcp（2h-M）M/2R+sqr..............3

式中：

h：静水位至坑道底板距离，静水位标高-1.86m;M：坑道底板以上含水层厚度，含水层顶板标高-116.42m;Kcp：大理岩渗透系数，采用G1、ZK2710、ZK371、SHK12加权平均值，Kcp=6.40m/d;qr：引用流量，按丘加也夫图解求得。其中：T：坑底至有效带下限距离，有效带厚度为1.3h;C：坑道宽度之半，C=2m。R：影响半径，按公式R=10S√Kcp计算;B：坑道长度，B=370m。

经计算得-140m标高QIII为2020.17m3/d、-180m标高QIII为4891.07m3/d。

因而矿坑总涌水量-140m标高为22552.3m3/d、-180m标高为25423.2m3/d。经矿山基建时-180m排水量验证，所预测的涌水量基本正确。

4.防治水的探讨

为了减小水资源浪费及岩溶塌陷地质灾害，2007年矿山在北东侧68线、69线之间施工完成290m的改性泥浆截水帷幕，孔距6m～26m、孔深约190m，施工注浆孔7781.69m/26孔，注浆量31506.15m3。在矿坑试排水中发现截水帷幕对地下水有一定拦截作用，但试排水发现帷幕内外观测孔水位差幅不大、且同步升降以及帷幕外岩溶塌陷仍时有发生。由此可见帷幕中可能存在未完全封堵的岩溶过水通道或者帷幕东部存在绕流。因此笔者认为要想减小矿坑排水量及岩溶塌陷发生率，其防治水工作需做好以下几点：

（1）对已有的截水帷幕进行物探、钻探检查，看其是否仍有未被封堵的岩溶水通道以及薄弱地段、并优化注浆工艺及注浆材料性能，提高帷幕的截水效果，经注浆补强后使北东侧截水帷幕能基本切断帷幕内外的地下水水力联系，达到拦截北东向破碎带地下水进入矿坑。

（2）从帷幕施工的钻孔看，接触带附近岩溶较为发育，因而需查证东侧接触带进水的可能，如有进水在矿床东侧需施工截水帷幕，封堵矿床东部大理岩与岩体接触带及大理岩岩溶带，截断深部岩溶裂隙水与区域淺部岩溶水的水力联系。

（3）从矿床所在地形及岩溶塌陷的发生条件看，其上覆第四系地层局部可能入渗条件较好，因此在截水帷幕内对地表水进行治理，尽量减少大气降水及地表水渗入补给地下水。

5.结语

新华山铜矿为岩溶裂隙充水的小型矿床，水文地质条件较为复杂，本人在研究其勘察资料及帷幕注浆资料后，采用水动力法对其矿坑涌水量进行了预测并对防治水工作提出几点认识，以供大家探讨。

参考文献：

[1]安徽铜陵新华山铜硫矿床详查地质报告[R].安徽省地矿局321地质队，1994.10.

[2]铜陵市新华山铜矿地下水截水帷幕工程初步评价报告[R].安徽省地矿局321地质队，2007.4.

[3]吴大敏.新桥矿东翼开采帷幕注浆工程实践[J].现代矿业，2006，25（9）：35-37.