浅谈矿山开采防治水的建议

王璐

摘要：矿山的水文地质条件是影响矿山生产效率与安全的重要因素，其复杂程度决定着矿山需要采用的安全措施等级。因此，应详细查明矿区水文地质条件及矿床充水因素，预测矿坑涌水量，分析矿山防治水工作成效，提出矿山扩大开采的防治水建议。

关键词：含水层；涌水量；防治水

1.工程概况

1964年建矿以来，经过矿山开采，特别是金星岭—狮岭区段矿山浅部截流疏干系统、东矿带止水帷幕系统的建设，以及近10余年来地质找矿的东拓、南延，矿床的水文地质条件已发生了一定变化，不能完全掌握矿床的水文地质条件。本次工作应详细查明矿区内水文地质条件及预测矿坑涌水量，分析矿山防治水工作成效，提出矿山扩大开采的防治水建议。

2.自然地理

2.1地形地貌

本区位于曲江构造盆地北缘，四周丛山环绕，中部为开阔平坦的剥蚀堆积山间盆地。北部为诸广山花岗岩基及受变质的砂页岩组成的中低山，盆地边缘为古生代及中生代地层构成的平缓起伏的馒头状丘陵；南部为第三系砂砾岩构成的柱状峰林的丹霞地形；中部为被第四系覆盖的碳酸盐类形成的开阔平原。

2.2气象水文

矿区属亚热带气候，温暖潮湿，水量充沛。根据矿山气象站近二十年统计资料：年平均降水量1620.5mm，雨水集中在3月～7月份，占全年水量63.2%～70.9%，年均温度20.2℃。

区域水系属北江水系。水文网发育与地形一致，自西北往东南汇入锦江。锦江于五马归槽与浈江汇合，向南西于韶关与武水汇合，注入北江。矿区附近地表水体主要有董塘河、澌溪河、凡口河及赤石迳水库、澌溪水库等。

3.區域地质构造

3.1地层

区内出露地层主要为晚古生界的一套陆源碎屑沉积岩及滨海相至浅海相碳酸盐岩、前泥盆系浅变质岩。基底为寒武系砂板岩，其上不整合覆盖了中下泥盆统桂头群（D1-2gt）砂岩夹页岩（图3-1）。中泥盆统东岗岭组（D2d）和上泥盆统天子岭组（D3t）、帽子峰组（D3m）、石炭系等不纯碳酸盐岩为本区主要含矿层位，其上为下侏罗统兰塘群砂页岩，与晚古生代沉积岩系呈不整合接触。

3.2构造

区内的褶皱构造主要是呈北西—南东向展布的凡口向斜。凡口向斜西侧受北西向逆冲断裂的抬升，向东南方向倾伏，在其两翼，尤其是扬起端附近出现大量的次级褶皱，包括狮岭背斜、金星岭背斜、铁石岭背斜、贵湖背斜等，这些褶皱的大部分枢纽走向呈NW向，均向东南方向倾伏，并被一系列的NNW向断裂错断，显示NNE向断裂及成矿作用发生于褶皱之后，其中的次级背斜构造是较好的赋矿部位。

4.区域水文地质

董塘盆地为一覆盖型岩溶盆地，大致沿东西向展布。四周丛山环绕，为地下水的补给区，面积约191km2；中部为平缓开阔的平原地形，为地下水的径流—排泄区，面积约86km2。

4.1含水层

根据钻探及水文编录资料，矿区含水层主要为第四系松散岩类孔隙含水层、碳酸盐岩类溶洞裂隙含水层及碳酸盐岩类溶蚀裂隙含水层。

4.1.1第四系松散岩类孔隙水

按成因类型分为冲积孔隙含水层、冲洪积、坡洪积孔隙含水层及残坡积孔隙含水层三种。其中冲积、冲洪积孔隙含水层较为主要，分布面积较广，厚度较大，富水性中等。钻孔单位涌水量0.01L/（s·m）～0.16L/（s·m），渗透系数0.07m/d～1.27m/d（表4-1），地下水水位埋深0.2m～7.86m，局部微承压。采区及南部部分含水层受坑道排水影响，局部已疏干。

4.1.2碳酸盐岩类溶洞裂隙含水层

全区广泛分布，普遍为第四系覆盖，仅在董塘河谷有零星出露，为矿区主要含水层，是矿坑充水的主要来源之一。含水岩性为中上石炭统壶天群白云岩、白云质灰岩。其顶板为第四系冲洪积层，底板局部分布下石炭统测水组砂页岩相对隔水层。上覆于主要矿体分布区，局部与矿体直接接触。全区含水层厚度14.78m～842.90m，平均288.72m，含水层富水性与岩溶发育程度密切相关。

天然状况下，含水层具有承压性，局部受矿坑排水影响转为潜水。含水层富水性分区与岩溶分布基本一致。开采条件下，受矿坑排水及止水帷幕的影响，水草坪区段溶洞裂隙含水层基本疏干；铁石岭区段含水层基本保持初如状态（表4-2）。

4.1.3碳酸盐岩类溶蚀裂隙含水层

全区广泛分布。溶蚀裂隙含水层主要向东南方向倾伏。含水层以静储量为主，衰减迅速，为矿坑充水的主要来源之一。主要赋存于中上泥盆统东岗岭上亚组—天子岭下亚组灰岩中，为主要含矿层位，其顶部为下石炭统测水段砂页岩相对隔水层，底部为泥盆系中统东岗岭下亚组砂页岩隔水层。岩溶弱发育，仅见溶蚀裂隙、溶孔及方解石晶洞。

4.2隔水层

矿区内具有隔水或相对隔水性质的地层主要有：

（1）下石炭统测水段、上泥盆统帽子峰组砂页岩，上泥盆统天子岭组中、上亚组炭质灰岩相对隔水层

这三段为溶洞裂隙含水层的底板，溶蚀裂隙含水层与矿体的顶板。岩性以泥炭质页岩、粉砂岩、泥质炭质灰岩等为主，裂隙不发育，且多被泥炭质充填胶结，透水性差，巷道揭露时无明显滴（渗）水现象，含水层富水性贫乏，单位涌水量0.01499L/（s·m）～0.02912L/（s·m），在表层风化带中有间歇性下降泉水溢出，流量小于0.01L/s，可起相对隔水作用。

测水段与帽子峰组砂页岩在矿区分布不连续，局部缺失，厚度一般小于20m；天子岭组中、上亚组炭质灰岩在矿区连续分布，累计厚度近两百米，可视为矿区较稳定的相对隔水层。

（2）泥盆系中统东岗岭下亚组、桂头群砂岩隔水层

这两段为矿体与溶蚀裂隙含水层的底板。岩性以砂岩、页岩夹白云岩为主，裂隙不发育，裂隙多被石英充填胶结，富水性弱。该层在矿区连续分布，累计厚度达数百米，为矿区稳定的隔水底板。

（3）矿体相对隔水层

矿体主要产于泥盆系碳酸盐岩地层中，其容矿空间为断裂碎裂带+层间虚脱部位或层间破碎带，形态以楔形体、串珠状、囊状、似层状等不规则状为主。矿体总体产状与地层产状基本一致。主要矿石类型为黄铁铅锌矿矿石和黄铁矿矿石，呈致密块状，氧化弱，裂隙不发育，且胶结程度好，相对隔水。

4.3地下水补径排

4.3.1区域地下水补给来源

（1）大气降水：本区四面环山，中间为平坦开阔的盆地，适合接受大气降水的入渗补给。区内多年平均降水量为1620.5mm，区域汇水面积约277km2，年接受降水量约4.49m3×108m3。

（2）地表水：局部地区河流的上游有补给地下水的现象。凡口河官塘—银场坪一带，河水补给地下水，平均补给量0.004m3/s；澌溪河出山口至安岗一带，两侧为冲积层，为渗透性良好的砂土和砂砾石，河两侧阶地上无地下水出露，地下水位埋藏深度在1.1m～4.1m，说明河流上游补给地下水的可能性较大；岩头河源于花坪山，汇入董塘河，在旱季时为地下水补给来源之一。

此外，盆地中央分布大量农田，灌溉期地表水部分渗入补给地下水。

4.3.2区域地下水的径流

本区为一东西向构造盆地，平原区多被第四系覆盖，仅在河床及两侧一级阶地中出露少量壶天群地层，说明区内地下水基本由盆地边缘山区向河谷排泄。地下水的主要径流方向由西北向东南。

4.3.3区域地下水的排泄

东南角的龙王宮，处于构造盆地的最低处，也是壶天群出露标高的最低点。该处壶天群灰岩产状倾向南西265°，倾角为50°c，与白垩系呈不整合接触。近南北向大断裂，使隔水的第三系丹霞群砂岩下降，阻碍了地下水向东径流，从而溢出地表，形成流量巨大龙王宫泉群，为区域地下水排泄之基准，同时也是径流排泄口。

5.矿坑涌水量计算

5.1计算方法

本次矿坑涌水量主要通过解析法及数值法进行预测。

5.1.1解析法

运用井流公式对含水层进行可开采量评价的方法。由于溶洞裂隙含水层与溶蚀裂隙含水层的边界、富水性不同，需采用两个井流公式分别进行计算。

（1）溶洞裂隙含水层：为承压水。矿区西部为天子岭组b、c层相对隔水层，北部为帷幕止水工程，为相对隔水层，东部与南部可视为无限延伸含水层，不考虑大气降水、地表水的渗透补给矿坑系统揭露含水层底板，视为完整式“大井”。当井水位低于含水层顶板，井附近就会出现无压流，变成承压—潜水井。

r -矿坑引用半径（m）。

5.1.2数值法

运用渗流理论，以GMS为开发平台，对凡口铅锌矿开采区的水文地质情况进行地质建模，并结合实际情况，进行含水层划分、边界概化、模型分区、参数反演等，从模拟计算的结果看，地下水流场中各观测点水位与实际地下水水位基本一致，说明模型及参数取值合理，可用于模拟预测开采区的疏干排水量，优化帷幕延长方案。

5.2计算结果

解析法计算时由于含水层垂向上富水性的差异，且计算时未考虑采坑对其的袭夺，预测的涌水量可能偏大。溶蚀裂隙含水层揭穿两个含水层，渗透系数采用钻孔压水求取的渗透系数平均值（表5-1），取值相对合理。数值法从模拟的等水位线图与实际等水位线一致可以看出，建立的三维地下水模型和单元划分合理。模拟发现，西端帷幕延长后水位下降较快，排水量相对较小；东端帷幕延长后水位下降较慢，排水量相对较大，说明西端比东端帷幕延长效果好，推测目前矿区主要进水通道在帷幕西端。

6.地下水防治工程

6.1以往防治水工程

从60年代初到21世纪初50多年历程中，凡口铅锌矿一直致力于水患的治理工作，从放水试验到确定疏干方案，从浅部截流工程到帷幕注浆截流工程，分3个阶段完成了治水工程，制伏了“水老虎”。凡口铅锌矿的治水过程是实践—认识—再实践的科学探索过程。

6.2防治水建议

未来矿山扩大开采，虽延用现有开拓系统进行深部开采，尽量避开壶天群溶洞裂隙含水层，但开采区段位于帷幕工程外围，部分矿体临近壶天群底板，而矿区外围岩溶发育，连通性好，局部构造、裂隙发育地段可直接与含水层连通，开采前应做好防治水措施，预防矿坑突水。岩溶水矿山防治水技术，主要有疏干排水、地面帷幕注浆、井下近矿体帷幕注浆技术三种。

6.2.1疏干排水是早期通用的防治水方法。主要不足是易引起地下水资源枯竭、地面塌陷等问题，并且要承担高昂的排水费用，严重影响企业的经济社会效益；

6.2.2地面帷幕注浆工程适用于过水断面较窄，注浆帷幕两端和底部均有稳定、可靠的不透水边界。缺点是投入高，需要查明过水通道，堵水效果也难以保证；

6.2.3井下近矿体帷幕注浆技术是近几年发展起来的岩溶大水矿山治理新技术。通过实施穿脉水平探水钻孔注浆工程和顶板加密注浆工程，最终在矿床围岩形成一定厚度的井下注浆帷幕保护层，达到既能保护矿区地下水资源、减小排水费用、防治地质灾害，又能保证矿床高效安全开采的目的。

7.结语

总而言之，矿山防治水工作已经取得了卓越的成绩，未来矿山扩大开采，疏干排水、地面帷幕注浆已不适合矿山节能环保绿色生产的需要，需要采取更加绿色、环保的方式进行防治水工作。

参考文献：

[1]中国地质调查局.《水文地质手册（第二版）》.北京.地质出版社. 2012.

[2]李浩.《矿山水文地质勘查类型对地下矿产开采的影响》.

[3]薛禹群.《地下水动力学原理》.北京.地质出版社. 1986.

[4]薛禹群，谢春红，等；《地下水数值模拟》.北京.科学出版社. 2007.