赞比亚铜带省谦比希铜矿主—西矿体地下水疏干排水方案对比研究

丁敏瑞

（中国有色集团非洲矿业公司，湖北 黄石 435000）

赞比亚铜带省作为世界闻名的铜矿产地，一直以来都是中国重视的海外矿产资源，而谦比西铜矿作为中国第一批海外矿山之一，其重要地位更是不言而喻。作为地质的一大组成部分，水文地质占据着非常重要的地位。特别是在谦比西铜矿的主—西矿区正面临治水问题的现在，更显得有价值。对于谦比西铜矿主—西矿区的水文地质研究不仅可以为矿山的开采提供便利，也可以为铜带省其他矿山解决水文地质方面的问题提供了先导依据。

1 矿区水文地质概况

1.1 矿区地层及含水层情况

谦比希矿区地层由基底和盖层（加丹加超群）组成。基底为卢富布群，主要在矿区的东北部出露。

加丹加超群自下而上划分为下罗恩亚群、上罗恩亚群、穆瓦夏亚群和孔德龙古群。

其中，含水层可以分基底地层、下罗恩亚群、上罗恩亚群、穆瓦夏亚群、孔德龙古群以及第四系进行论述。

基底地层主要为褶皱的片岩、石英岩以及花岗岩。基底地层出露地表时，一般风化带厚度在30m～100m，形成风化带含水层。该含水层在矿区分布面积较广，但其富水性不强。地下水水质通常较好。

含矿的下罗恩亚群沉积主要为硅质碎屑岩，其间夹有少量互层的碳酸盐岩。矿层为主要含水层之一，其富水性多数较弱，少数强含水。

上罗恩亚群岩性为白云岩为主，夹泥岩、含碳泥岩等。其下部以白云岩为主，夹泥质岩。白云岩层为最主要的含水层，分布广泛，其中下部普遍含有石膏。

穆瓦夏亚群分布于矿区南部地表。页岩通常为炭质页岩，具黄铁矿化。中部的白云岩或白云质泥岩厚30m～55m，可见白云岩溶蚀孔洞、溶蚀裂隙。局部出现强富水段，为区域的主要含水层之一。

孔德龙古群主要分布于沉积盆地的中部，为各种粒级的碎屑岩，以及柯康特韦（Kakontwe）灰岩。厚度很大的碎屑岩可作为相对隔水层。当其较薄时（厚度小于100m），因风化作用可形成风化裂隙含水层。柯康特韦（Kakontwe）灰岩也构成含水层。

1.2 地下水的补给、径流

矿区地下水补给条件较好。以前文献资料估计矿区地下水的补给面积为67km2～83km2，降雨入渗系数为0.1～0.15。大气降雨和区域含水层的侧向补给为主-西矿体充水的主要补给来源。

矿区主要河流为穆瓦巴希河（Mwambashi），自西向东汇入卡富埃河。穆瓦巴希河北侧发育有三条北西流南东的分支溪流，分别为Chambishi溪、Lusala溪和Luela溪。南侧发育两条分支，Fikonda溪在上游汇入，Ichimpe溪在下游汇入。

2 下一阶段疏干排水方案及意义

2.1 下一阶段疏干排水方案

鉴于现行疏干排水方案存在的漏洞，提出下一阶段在主西矿体的疏干排水方案。

2.1.1 钻孔的系统布置

（1）为确保探矿网度的要求，按照勘探线位置系统布置探矿工程，钻窝位置与勘探线位置相互对应，在确保探矿工作顺利进行的同时延伸钻孔深度使其到达上部石英岩，实现疏水作用。

（2）对于矿体变化较大的区域，采用“扇形孔”设计方式，尽可能确保矿体模型的准确性，同时利用扇形孔布置紧密的特点，依照钻进过程中钻孔的涌水情况对部分钻孔进行加深以解决疏水问题。

2.1.2 新增疏水钻孔的设计

在系统布置的钻孔基础之上，地质技术人员会根据正在施工或终孔时间不长的钻孔处测得的涌水量数据进行综合分析，对仍需加大疏水力度的区域新增疏水钻孔，并在设计上采用疏水与补充探矿并行的方式，实现补充疏水和矿体模型二次确定两个目的。

2.1.3 主矿体的堵水方案

根据表3内数据可以了解到主矿体的涌水量依旧很大，而主矿体正在进行开采的区段相对较少，且短期内不会在878ml中段以下进行开采，故可在主矿体878ml中段位置实施封堵，拟将主矿体水位提升至700ml分段位置。一方面可以使西矿体在500ml～700ml位置的疏水工作享受到主矿体疏水带来的“红利”，另一方面，集中处理排水的分段由948ml以及878ml中段上升至700ml也可以降低抽水的成本。

但考虑到未来可能会对878ml中段以下展开地质工作，故对878ml位置钻孔采取“涌水小则注浆封堵，涌水大则加装孔口装置”的方式，在未来需要降低水位线的时候开启孔口装置。

2.2 下阶段疏干排水方案的意义

（1）这一方案采取了将疏排水方案和探矿工作相互结合，通过加深孔深使钻孔兼具探矿和疏干排水功能，最大程度的降低疏干排水工程所带来的的成本问题。

（2）对各个探矿硐室内水文数据的监测以及疏干排水钻孔的加增工作可以根据水文数据的变化来灵活进行工程量的控制，与此同时还可以配合探矿工作的进一步细致化。对局部区域含水层位的细微构造的应对更加灵活

（3）主矿体采取堵水方案可以在现阶段在不影响西矿体疏水难度的同时降低疏排水成本，且预留的孔口装置也可以为将来对于主矿体深部的开采以及地质工作创造相应的条件。

3 现行疏干方案及下阶段疏干方案的对比研究

现阶段主西矿体的探矿疏水主要由以下几点因素制约：

（1）为满足采矿工作的有序进行，需要提前对矿体进行疏干以确保开采的顺利进行。

（2）主矿体开采的采场数量逐步减少，西矿体的开采和地质工作逐步走向深部。

（3）主西矿体的含水岩层主要为白云岩层，但局部的裂隙构造也会对疏水工作产生影响。

降深漏斗的疏水方案可以利用漏斗降低对应区域的疏水成本，在前期开采中可以极大的控制成本。但覆盖的工作区域不完善且在深部开采过程中会存在漏斗的开拓所造成的二次成本问题。

系统疏水方案利用了探矿工作的系统性以及与采矿工作的适配性实现了疏水工作的及时性和有效性。对于地质探矿工程的利用率较高，主矿体的堵水方案也可以在现阶段节省成本，但超前中段疏干也会产生对应的巷道，硐室的开拓成本。

考虑到深部开采时对于工程的利用率，疏水工程的灵活性等因素，建议在未来的疏水工作中采用第二种方案。

4 结论

（1）大气降雨和区域含水层的侧向补给为主-西矿体充水的主要补给来源。

矿床疏干排水对该区域的地表水流量产生了明显影响。

（2）地下水排泄主要经由万吨水池溢流出水口、西矿体地表排水口（300mL泵站排水口）、主矿体露天坑坑底积水几个部分组成。

（3）降深漏斗在主西矿体的整体疏水作用中起到了至关重要的作用，在其影响之下，主矿体的400ml及以上中段和主矿体600ml及以上中段的涌水量有了很大程度的减少。而处于降深漏斗的外侧的西矿体500ml西沿和主矿体700ml以下涌水量依旧很大。

（4）未来的疏干方案采用系统布设探矿疏干工程，灵活增减局部疏水钻孔数量，系统进行疏干排水工作。

在此基础上，主西矿体可以从提前分段疏干和注浆堵水区域的阀门管控上入手进行疏水方案的进一步优化。