甘肃礼县马泉金矿区涌水量预测及开采对地下水环境影响评价

张霖鑫

（甘肃省地质矿产勘查开发局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730020）

1 地质特征

礼县位于甘肃省的陇南低中山地形地貌区，地处西秦岭山地间断陷盆地（西礼盆地）西部。境内山峦重叠，坡陡谷深，沟壑纵横，地形复杂。本区地处秦岭褶皱带内天水—西礼构造盆地，地质构造复杂，断裂发育，岩层破碎[1]。区域新构造运动特别强烈，其特征以大面积隆升为主，河谷发育。矿区出露地层主要是中石炭统第一、第二岩性段，为一套浅变质的含炭碎屑岩夹碳酸盐岩，主要岩性为粉砂质板岩、长石石英砂岩、斑点板岩、千枚状粉砂质板岩及灰岩等，其次为第四系和少量的新近系、古近系。杀莽河流域地下水系统可视为一个完整而独立的水文地质单元，位于洮坪河流域的侵蚀构造低中山区[2]。

含水岩组在马泉村上游以石炭系粉砂质板岩、长石石英砂岩、千枚状粉砂质板岩及灰岩等组合为主，下游为古近系砂岩夹泥岩等，另外在杀莽河河谷区地下水主要分布在以粉质粘土、砂砾石、卵石为主的第四系含水岩组之中。该地下水以河谷东西两侧分水岭为界与外围相邻的地下水系统相分隔。区内地下水类型按含水介质、成因时代等可分为第四系松散岩类孔隙水、第三系碎屑岩类孔隙裂隙水及石炭系基岩裂隙水三种。

2 矿井涌水量预测

马泉金矿床扩大范围内，目前发现了一号矿带、三号矿带、四号矿带、十号矿带和二十号矿带共5条金矿带，金矿化均赋存于中石炭统第一岩性段第层第一亚层（C21-1-1）的千枚状粉砂质板岩、千枚状粉砂质斑点板岩中，矿体及围岩均不同程度的赋存地下水，地下水类型为基岩裂隙水[3]。由于矿体埋深和厚度各异，本次矿井涌水量将分矿带进行评价计算。二十号矿带本次未涉及开采，故本次不再预测矿井涌水量。

2.1 三号矿带

按富水系数法进行了矿坑涌水量的预测工作，预测的正常涌水量为11.42m3/h，最大涌水量为48.51m3/h。计算三号矿带开采至最低中段1550m时矿井最大涌水量为303.65m3/d，影响半径345.65m，矿井正常涌水量为276.46m3/d，影响半径316.69m，由于三号矿体分布于断裂破碎带中，矿体呈脉状，主要开采的为1#、2#、3#金矿体，倾角41°～66°，矿体产状较陡，各中段控制面积变化很小，因此各中段涌水量只随开采水位降低值变化而变化。预测结果表明，随着开采中段的推进，水位下降值逐渐增加，矿井涌水量也逐渐增加，从1630m中段的183.47m3/d增加到1550m中段的303.65m3/d。

2.2 四号矿带

四号矿带在露天开采后，揭露出两泉水点，经本次工作实际测定总流量为0.568L/s，即49.05m3/d。该流量即为四号矿带在平硐开拓正常情况下的地下水总排泄量，储存量已释放完毕。

因此，四号矿带平硐开拓工段正常涌水量为49.05m3/d，最大涌水量为524.16m3/d。

计算四号矿带开采至最低中段1620m时矿井最大涌水量为234.04m3/d，影响半径203.79m；正常涌水量187.89m3/d，影响半径203.79m。预测结果表明，随着开采中段的推进，水位下降值逐渐增加，矿井涌水量也逐渐增加，从1660m中段的109.46m3/d增加到1620m中段的234.04m3/d。

2.3 一号矿带

一号矿带按涉及平硐开拓部位外推至周围分水岭的面积约为0.17km2，正常涌水量按照多年平均降水量（499.4mm/a）入渗补给后的地下水量计算，降雨入渗系数取0.06，不考虑峰期系数，预计矿井正常涌水量为13.94 m3/d。

据降雨资料，该区10年一遇的历史最大24小时降雨量为83.2mm。汇水区域内的降雨入渗系数取0.06，峰期系数取0.3，预计矿井最大涌水量为254.59m3/d。

2.4 十号矿带

十号矿带按涉及平硐开拓部位外推至周围分水岭的面积约为0.16km2，正常涌水量按照多年平均降水量（499.4mm/a）入渗补给后的地下水量计算，降雨入渗系数取0.06，不考虑峰期系数，预计矿井正常涌水量为13.12 m3/d。

据降雨资料，该区10年一遇的历史最大24小时降雨量为83.2mm。汇水区域内的降雨入渗系数取0.06，峰期系数取0.3，预计矿井最大涌水量为239.61m3/d。

3 矿山开采对地下水环境的影响评价

3.1 影响范围评价

三号矿带各开采中段矿井涌水量最大为303.65m3/d，矿井排水影响最大半径范围为247.55m（沿走向），垂向最大影响深度126m，影响较小。

四号矿带各开采中段矿井涌水量分为两部分，其中平硐开拓工段最大涌水量为524.16m3/d，仅在10年一遇暴雨时发生，正常涌水量为49.05m3/d，影响范围均为硐口至上游集雨范围，分析认为影响较小；地下斜井开拓工段最大涌水量为234.04m3/d，矿井排水影响最大半径范围为105.20m（沿走向），垂向最大影响深度51.2m，影响较小。

一号矿带各开采中段矿井涌水量最大为254.59m3/d，仅在10年一遇暴雨时发生，正常涌水量为13.94m3/d。矿井排水影响最大半径范围为硐口至上游集雨范围，分析认为影响较小。

十号矿带各开采中段矿井涌水量最大为239.61m3/d，仅在10年一遇暴雨时发生，正常涌水量为13.12m3/d。矿井排水影响最大半径范围为硐口至上游集雨范围，分析认为影响较小。

3.2 对区域地下水资源影响评价

评价区地处地下水的径流排泄区，矿体周围地下水主要类型为基岩裂隙水，补给来源为大气降水，评价区地下水埋深较大，基本不存在潜水蒸发量，与区域水资源联系不密切。故可以将评价区的降雨入渗补给量作为评价区地下水天然资源量。

采用降水入渗法进行计算，计算公式如下：

式中，Q天然—地下水天然资源量，m3/a；

Q降—降水入渗补给量，m3/a；

α—降水入渗系数，无量纲，取地区经验值0.06；

F—汇水区面积，km2；

P—多年平均降水量，499.4mm/a。

经过计算，整个调查区所在的杀莽河流域范围内的地下水天然资源量为223.7×104m3/a。

可以看出，矿井年涌水量为19.7×104m3/a，只占天然资源的8.8%，表明马泉金矿开采对区域地下水环境影响较小。

3.3 对第四系含水层影响

根据矿井排水影响范围计算成果，金矿开采引起的水位下降区范围局部跨过了矿区内杀莽河河谷，可能导致河谷第四系孔隙潜水向采空区径流，涉及到四号矿带1620m开采中段末端和三号矿带1号矿体1550m开采中段，均位于各矿带最低开拓水平，仅在开采末期才会出现预测的最大涌水量和影响范围，另外，四号矿带1620m开拓水平与当地侵蚀基准面持平，区内多为河谷两侧基岩裂隙水向河谷中心的第四系地下水排泄，故第四系地下水侧向流入该四号矿井的可能性不大。根据区域调查及钻探揭露，第四系松散岩类孔隙水总体富水性差，水量相对贫乏，单井涌水量一般小于100m3/d，同时根据已有地质孔抽水试验成果，区内基岩裂隙水渗透系数（K）均小于0.1m/d，属微透水地层，表明矿区河谷第四系孔隙含水层底板与采空区之间围岩地层透水性差，河谷第四系孔隙潜水对采空区的补给微弱，金矿开采对区内河谷第四系孔隙潜水影响较小。

3.4 对基岩裂隙水的影响

斜井、巷道主要穿越基岩，采矿期间排出的主要是基岩裂隙水，其矿井排水影响最大半径范围为247.55m（沿走向），垂向影响深度126m，在极端情况下（10年一遇暴雨）单日排出的最大水量总和为1556.05m3/d，分析认为对基岩裂隙水影响较小。

3.5 对矿区生态环境影响

矿区位于侵蚀构造低中山区，天然条件下，矿区及围岩所含地下水深埋大（大于30m），周边地质环境受区内地下水水位埋深等影响小。根据开发利用方案，各矿带将采用地下开采的形式，对地表挖损极少，造成地表生态环境破坏的程度和可能性极小。各矿带矿井排水影响范围最大不超过250m，小范围的地下水位下降不会对区内地质环境造成不良影响。