江西小东坑矿区水文地质工程地质特征分析

2020-02-25吴琳伟

世界有色金属 2020年22期

吴琳伟，查芳

（江西有色地质勘查二队，江西赣州 341000）

小东坑矿区位于江西省于都县城西南直距29km处。处在北北东走向于山山脉的中南部，区域上主要分布地层为泥盆系、寒武系碎屑岩和浅变质岩。区内山体陡峻，自然坡角40°～50°左右，地形深切，沟谷纵横交错表植被发育，最高山峰罗仙岽标高为920.9 米，为侵蚀构造中低山地貌。工作区属亚热带东南季风气候，温暖潮湿。年平均降雨量1699.1mm，年平均气温17.6℃，最高39.2℃，最低-5.5℃。区内地表水流多为山涧溪流，由于局部分水岭的分布，多形成独立的流域范围，只是水流量较小，仅能满足生活用水和当地农田灌溉。山涧溪流的补给源多为山坡第四系含水层，少量为基岩裂隙水，流量随流域面积大小而异，季节性变化明显。

1 矿区水文地质特征

1.1 矿区地下水类型及富水性

（1）松散岩类孔隙水。松散岩类孔隙水赋存于第四系中更新统、全新统、残破积层中，主要分布在详查区瓦山村山前冲洪积层及西岗水库周边。岩性自上而下为亚粘土、亚砂土和砂砾石层，总厚5m～20m。水位埋深一般2m～8m，泉流量0.04L/S～0.16L/S，单井涌水量94.78m3/d，矿化度53.10mg/l，水质属HCO3—SO4—Cl—Mg—Ca—（K+Na）型水。

（2）构造裂隙水。受区域性断裂的影响，矿区断裂构造发育。矿区主要出露北东东向断裂，近南北向断裂。构造裂隙水主要赋存于变质岩与断裂旁侧，断裂次生节理裂隙和张开的程度，受地层和构造影响而差异较大，一般在接触带和断层破碎带节理发育部位或充填胶结松散部位，均有储存和渗透地下水作用，构造裂隙水的富水性属弱含水带。现将发育在近矿地带一些规模较大的断裂带的富水性和导水性能分述如下：F1属区域性大断裂，自西往东横贯矿区南部，矿区内近千米，总体走向北东东，0m中段揭露断裂带宽度10m～20m，构造岩有胶结松散石英角砾岩、细小岩屑和粘泥。F7总体呈南北走向，延长400m，断裂以破碎挤压为特征，大都为破碎硅化岩充填，280中段揭露仅有少点滴水点，属弱富水含水带。

图1 小东坑矿区水文地质图

1.2 坑道水文地质特征

矿区新开0m、-40m 中段，石英脉及围岩石英砂岩，花岗岩均为致密、坚硬的不透水岩层。断裂构造、接触带是地下水唯一的通路，坑道除局部断层接触带或破碎带渗水、滴水外，绝大部分干燥无水，0m、-40m 中段滴水区、潮湿区、干燥区与坑道总长的比例分别为5.63%和1.46%、18.01%和27.89%、76.36%和70.68%，所以坑道一般为干燥区、次为潮湿区、再次是滴水区。

1.3 矿井充水因素分析

矿区可能主要充水因素有大气降水、地表水、构造水、采空区积水、封闭不良钻孔水等，现对其各因素分析如下：

（1）大气降水对矿床充水的影响。大气降水是本矿区地表水、地下水的主要水源，它不仅直接影响到地表水、地下水的动态变化，而且还会影响到未来矿坑涌水量的变化。

（2）地表水对矿床充水的影响。采矿范围无大的地表水体，仅有西岗水库，季节性小溪，矿体出露标高375m～-300m。主要地表水体西岗水库库容253 万立方米，为小（1）型水库，水库无明显渗漏现象，水库水源直接来自上游溪流，因此在枯水季节水库水位大幅下降，接近干凅。

（3）构造破碎带对矿床充水的影响。断层含水层和石英脉接触带含水层是矿床的主要充水因素。当坑道穿遇到断层带和石英脉时，涌水量一般都较小，主要是和地表水水力联系微弱，主要以消耗静储量为主。

1.4 矿坑涌水量预测

小东坑详查矿区目前有0m 中段、-40 中段两条探矿坑道，在0m 中段竖井处测得涌水量10.97m3/d，在-40m 中段竖井处测得涌水量6.91m3/d，坑道总涌水量选取11 月份竖井提水记录2212.14m3，平均每天73.30m3/d，最大每天128.87m3/d。计算公式的选取，矿井涌水量与开采面积成直线关系，而于开采深度则成非直线关系，故选择单位涌水量法（1）预测未来矿井涌水量。

式中：Q-设计矿井涌水量（m3/d）；Qmax-现有矿井最大涌水量（m3/d）；F-设计矿井补给面积(m2)；F0-现有矿井补给面积(m2)；S-设计矿井水位降低(m)；S0-现有矿井水位降低(m)。

-40 中段坑道全长1728m，矿体围岩为石英砂岩，矿床充水类型为裂隙水，已知最大涌水量参数以-40 中段坑道涌水量观测平均值、最大值作为估算参数；根据竖井钻孔地下水位资料，取389.75m（标高）为初始水位。

表1 各中段涌水量预测结果

2 矿区工程地质特征

2.1 工程地质岩组及特征

（1）松散岩组。由下更新统、中、上更新统、全新统上部之冲积层及石英砂岩风化形成的残破积层组成。由于沉积时期，形成原因及沉积环境不同，因此土的结构、组份及物理力学性质也各不相同，一般来说，残破积层相胶结紧密，冲积相较疏松；更新统胶结较紧密，压缩系数小，全新统胶结不够紧密，较松散，压缩系数较大。

（2）半坚硬岩组。分布在松散带之下，主要为半风化石英砂岩、花岗斑岩等岩层，风化裂隙较发育，裂隙多为泥质充填，裂隙面见氧化铁质浸染，岩心局部呈碎块状、短柱状，节理裂隙不发育，其力学性质低～中等，工程地质稳定性较好。变质岩亚组：由寒武系组成，在工作区内变质岩亚组岩性主要为变余长石石英砂岩夹板岩，由于岩石形成时代较早，经受了长期的构造作用和风化作用，因此，构造和风化裂隙均比较发育。节理裂隙闭合、张开均有，张开宽度1mm～30mm 不等，大部分为泥沙充填，部分为充水裂隙。岩石抗风化能力一般较强，特别是坚硬的变余长石石英砂岩，但板岩、千枚岩等半坚硬岩石，抗风化能力较差。风化作用主要体现在后者，风化深度一般为2m～5m，最深达10m。

（3）坚硬工程地质岩组。本次工作对变质石英砂岩和花岗斑岩采样。变质石英砂岩饱和单轴抗压强度29.33MPa～29.57MPa，饱和状态抗剪内聚力为5.6MPa～5.8MPa，内摩擦角33°～34°；花岗斑岩饱和单轴抗压强度33.89MPa～34.50MPa，饱和状态抗剪内聚力为6.1MPa～6.4MPa，内摩擦角35°～36°。岩石力学性质较高，工程地质稳定性良好。

2.2 构造破碎带及其工程地质特征

矿区中部、南部分别展布压性、压扭性断裂带。根据坑道调查资料：南部断裂带在-40m、0m 中段均有坑道揭露，直通地表。该断裂带发育于泥盆系与寒武系不整合面附近的泥盆系地层中，自西往东横贯矿区南部，总长8.5km，矿区内近千米，断裂带一般宽3m～10m 不等，最宽可达20m。总体走向北东东，倾向北西，倾角60°～80°，以密集的压扭性小断裂和构造透镜体碎裂岩组成。矿区中部断裂带被花岗斑岩充填的一组断裂为代表，-40m、0m 中段均有坑道揭露，直通地表。根据坑道揭露，一般在断裂、裂隙、节理密集处，由于在地下水渗透压力及软化、泥化作用下可发现掉块、塌帮或冒顶等不良工程地质现象。