大型露天矿山的水文地质特征及开采技术条件分析

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

酒泉位于甘肃省西北部，处于河西走廊西面的祁连山、阿尔泰山和马鬃山间，东经91°19′～100°21′，北纬38°08′～41°48′，自汉代开始就是连接中原、东北通往西域的重要交通枢纽，北面除少数和内蒙接壤以外，绝大多数区域都和内蒙的阿拉善盟相连，西面临近新疆维吾尔自治区，南面靠近青海省海西、蒙古族自治州，而其东面紧邻张掖，总面积达19.1万平方公里，占整个甘肃省总面积的41.9%[1]。且区域内矿床数目众多，矿体规模大，露天矿内矿品品位较高，是我国优质矿山资源。

1 大型露天矿山的水文地质特征

1.1 地形地貌及地表水

甘肃酒泉境内的大型露天矿区在地貌上属于丘陵地区，地势呈东南高，西北低。区域内存在阿尔泰山、祁连山等。中生代、晚生代岩层构成山脉脊柱，标高普遍在180m～220m，最高为419.21m。西北部地势平缓，以河流湖泊等低洼地为主，标高在30m～80m之间，地表水有黄河等，黄河历年最高水位为19.812m。大型露天矿山的东南和东北方向最低标高分别是32.18m、27.91m，当地侵蚀基准面最低标高为27.1m。矿体大致沿南西一北东方向延展，处于侵蚀基准面之上，地表植被发育较为稀少，岩体部分呈裸露状态，地表径流条件一般，区域内存在的大小河流有十八个，面积一共为1018m2～45181m2平方米，水位标高在32.8m～76m左右。区域内矿山一共存在4处天然地下水下降泉，性质上属于碳酸盐岩溶缝隙水，常年有流水经过，一般状况下其流量大致是0.176L/s～0.28L/s，随着大气降水的季节性变化发生涨落，北部和东北部为矿山水自然流出方向。

1.2 水文气象

甘肃酒泉气候类型上属于半沙漠干旱性气候，全年干旱少雨，日照时间长，蒸发旺盛，冬冷夏热，全年多风沙。冬季最低温为-31.4℃，年均温在7.1℃～7.7℃之间。全年风向为西南风，其次是东北风。境内最大风速为25米/秒，平均风速为2.9米/秒。年平均降雨量在79mm左右，最大降雨量在160mm，雨季在每年的6、7、8、9月份，年平均降雨时长为两个多月[2]。每年水量平均蒸发量为2278.4mm。相对湿度上，每年最高为55%，年平均为45.2%。全年最大积雪深度是10mm左右。最冷时区域内冻土深度为1.71m，冰冻期一般固定在每年的12月至次年3月。年均日照时长为3416.4小时，日照百分率70%，10月份高达80%。河水的径流量由于季节的变化受其影响显著，每年雨季河水的径流量明显增加，旱季径流量大幅降低甚至严重者达到断流的地步。区域内地下水主要是靠大气降水以及融化雪水的补给，因此甘肃酒泉内的地下水明显受其季节性影响，水量在枯水期和丰水期存在显著差别，地下水位也随其变化发生明显变动。

1.3 地下水

甘肃北部地区的地下水一直处在交替状态，因而河水水质在垂直差异上表现得并不是很明显，因为甘肃北部日照强烈，蒸发浓缩极其显著[3]，在不透水层隔离的作用下，水体大致呈现上咸下淡，如图1所示。

甘肃酒泉北部地区的河谷地下水化学类型主要是SO42-——Ca2+型，PH值在7.70～8.51之间，溶解性固体含量在1078mg/L～1565mg/L，总硬度在320.00mg/L～480.81mg/L，局部地区因为受环境污染的影响，出现了个别离子含量猛增，可总体而言其区域内的水质依然适合人畜饮用，满足农业灌溉要求。

矿区内包括了三个含水层：第四系冲击层含水层、风化带含水层、深部缝隙含水层。

第四系冲击层含水层，具体分布在河流两侧，宽度大致在10m～120m左右，厚度不一，自河流下游至上游逐渐加厚，最厚可达120m，主要是泥沙卵石层，渗透系数一般在0.5cm/s～0.37cm/s。

风化带含水层，存在于蚀变千基岩、硅化绢云母岩以及花岗斑岩之中，是矿区内分布最为广泛的含水层。地下水主要存在于强风化带内，其地下水位的深度一般在50m左右，伴随风化带的厚度而发生变化，其水位最深可达90.12m，最浅为3.15m，其变化规律为风化层厚则地下水位深，反之则浅。另外地下水位的坡度比较陡峭，通常在25°～30°之间，坡度变化起伏和地形保持基本一致。该层渗透系数2.30×10-5～2.35×10-4cm/s，主要是由大气降雨补给。

深部缝隙含水层，风化带以下的岩体是更为微弱的含水层。该层含水带具体表现为脉络状分布的构造缝隙承压，渗透系数为1.64×10-7～6.91×10-6cm/s，从表现看属于隔水层。

2 大型露天矿山的开采技术条件

2.1 矿山矿床所处位置工程地质条件对勘查技术条件的影响分析

甘肃省酒泉市境内的大型露天矿山基本上都属于典型的铁锰矿岩体，绝大多数矿山内分布的是铁锰矿岩体，所以在特征表现上在该区域的上方和周遭广泛分布着粗质岩，这在性质上属于质地较为坚固的岩体，其Ra值大于等于69MPa；除此之外，少数部分分布的矿体上方位置分布着凝固岩体以及粗质砂石岩体，该岩体在性质上属于半硬度花岗岩体，其Ra值在28MPa～39MPa之间，该岩体在抗腐蚀性上表现的比较弱，但其岩体稳定性偏高。大部分矿山的西侧，其矿体上方普遍广泛分布粗质安岩，该岩体矿体坚硬，其Ra值一般超过68MPa，同样，其抗腐蚀性能也比较低，稳定性偏高的特点；矿山下方岩体一般是粗质花岗岩，该岩体岩石坚硬，其Ra值大于等于61MPa，在岩体局域可以发现清晰地绿泥石。

2.2 地表水与地下水及各含水层之间的水力联系

地表水与地下水及各含水层之间的水力联系主要包括两方面内容。各含水层之间的水力联系，主要表现在花岗岩上段和栖霞组、岩灰组之间容易发生水力联系，可斑岩类岩体的含水层地下水的水力联系比较微弱，严重时彼此之间的水力联系甚至不复存在。地表水和地下水间的水力，区域内铁矿段的地表周围存在部分河流，河流下部有隔水层，且地表大理岩体的岩溶性发育不完善，地下水和地表水之间存在微弱的水力联系。

2.3 矿坑涌水量预测

矿区铜矿在水文地质构造上基本上其水文地质特征类似，且根据区域内存在大型露天矿山的多年实际排水资料，所以需要通过比拟法预测矿山的矿坑涌水量。比拟法计算公式如下所示：

式中，Q降代表直接降落在露天矿山上的降水量(m3/d)；F代表露天矿山的占地总面积(m2)；W则代表降水量，分别按照年平均W1，月最大量W2，日最大量W3进行单独计算；t代表时间，分别根据365d（全年）、30d（全月）、1d（每天）单独计算。关于大气降水量，根据当地气象资料总结为：历年平均降水量W1为658.5mm；历年月最大降水量W2为225.1mm；历年日最大降水量W3为78.5mm。开采面积：各个矿区按照露天矿山底部从图纸上选取开采面积。每个矿山对矿区分别编号，计算面积与水量。

2.4 矿床充水因素分析

区域内的地表岩体表面风化程度比较大，裂隙发育较大，透水性较好，直接受到大气降水的季节性补给，并顺着裂隙向地下逐步渗透，这也是基体裂隙水、碳酸岩类裂隙溶水的主要补给来源。所以，覆盖整个甘肃酒泉矿山境内的基岩裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水也是矿床补给水的主要原因。另一方面，矿山部分岩脉穿插和构造破裂形成的充水带，也是矿床补给水的主要原因。以后区域内开采地表和地下采区时，地表和地下水极易汇聚，特别是在每年的雨季，露天矿山的采区更容易积水，这就在很大程度上增加了地下水的补给量，所以在开采时必须加以注意。

3 结语

对大型露天矿山的水文地质特征及开采技术条件进行分析，依托甘肃省酒泉市的水文地质特征，根据当地矿山开采要求，对其开采技术条件进行分析。另外在矿山开采过程中产生的废料，其堆放不单浪费场地，更对环境造成污染，所以尽可能地综合利用，变废为宝，保护环境。希望本文对矿山开采条件的分析可以为以后大型露天矿山的成矿作用和开采提供一定意义的参考价值。