安徽当涂杨庄铁矿区矿坑涌水量预测

2022-01-04许斌

资源信息与工程 2021年6期

许斌

(安徽省地质矿产勘查局324地质队，安徽池州 247100)

0 引言

在水文条件复杂的矿山，矿坑涌水是矿山开采所面临的重要安全问题，同时也是矿井排水、矿山给排水合理设计依据[1-2]。安徽当涂杨庄铁矿区位于当地侵蚀基准面以下，主要充水含水层属于以裂隙为主的裂隙-岩溶含水岩组，富水性中—强，但矿床东、西、北面均为隔水边界，补给条件差，矿床围岩存在突水事故威胁，顶部分布有厚层砂砾石层，但与矿体之间隔有厚层隔水层，水力联系微弱。文章通过解析法预计矿坑涌水量[3]，判断矿区水文地质条件，为矿山建设提供有力支撑。

1 矿床类型及简要地质特征

杨庄铁矿矿床属典型的玢岩型气化-热液交代为主的充填-接触交代型铁矿床。区域大地构造单元位于扬子准地台、下扬子台坳、沿江拱断褶带、安庆凹断褶束，宁芜中生代陆相火山岩盆地南段钟姑山矿田内。矿区地层简单，浅表均为第四系地层覆盖。矿区内隐伏的前第四系地层主要为三叠系中统徐家山组(T2x)、黄马青组(T2h)及侏罗系中下统象山群(J1-2xn)。构造较为简单，矿床位于钟姑山复背斜之次级褶皱——向阳向斜的北转折端，断裂构造不甚发育，未见明显的断裂构造，但层间裂隙较发育。岩浆岩主要为燕山期闪长(玢)岩、辉石闪长(玢)岩。出现的岩脉主要为辉绿玢岩岩脉、闪长玢岩岩脉。矿化以磁铁矿化为主，其次赤铁矿化、少量黄铁矿化、黄铜矿化。围岩蚀变强烈。常见蚀变为碳酸盐化、矽卡岩化、钠长石化等等。

2 水文地质

杨庄铁矿区位于青弋江、水阳江河谷平原之河漫滩偏东北，西南距芜湖市残丘一阶地区约12 km，东北距音山—和睦山丘陵一阶地区约3 km，处在著名的钟姑铁矿田南面，东距姑山铁矿2 km，东北距白象山铁矿4 km，北距钟九铁矿2.5 km，西北距和睦山铁矿3 km。矿区所在之河漫滩地带，地形平坦，区内沟渠纵横、池塘密布。矿区东面距青山河3 km，最低侵蚀基准面为+5.0 m(按青山河平均水位高程+4.72 m计)。

2.1 含水岩组

矿区含水岩组主要为第四系孔隙含水岩组(Ⅰ)、白垩系广德组火山岩裂隙含水岩组(Ⅱ1)、侏罗系象山群砂岩裂隙含水岩组(Ⅱ0)、三叠系黄马青组砂泥岩裂隙含水岩组(Ⅱ)、三叠系徐家山组砂泥岩、碳酸盐岩裂隙-岩溶含水岩组(Ⅲ)和燕山晚期闪长岩裂隙含水岩组(Ⅳ)。

(1)第四系孔隙含水岩组，富水性中—强(Ⅰ)。

本组复盖全矿区，埋藏深度0～50 m，最深75.5 m。地层产状平缓且稳定，与邻近矿区及区域具有很高对比性，自上而下：

全新统芜湖组(Q4w)厚19～25 m，底板标高-12～-20 m，富水性中等。上部为粉质黏土，中部为薄层砂质黏土与黏质砂土、粉砂互层，钻孔单位涌水量q=0.02 L/(s·m)，渗透系数k=0.05～0.07 m/d；下部为粉细砂局部夹粉土，q=0.26～0.83 L/(s·m)，k=1.82～2.01 m/d。水化学类型属HCO3—Ca·Mg型，矿化度0.8 g/L。地下水位埋深0.5～2.0 m，水力性质为潜水。

上更新统大桥镇组(Q3d)厚25～45.5 m，底板标高-43～-68 m，富水性强。上部为粉土质砂质黏土，厚10.25～12.7 m，k=0.04 m/d；下部为砂砾卵石层，顶部有时见薄层中细砂层，结构松散，厚10.25～20.5 m，为强透水的含水层，q=0.98～5.91 L/(s·m)，平均2.09 L/(s·m)，k=2.91～37.56 m/d。水化学类型属HCO3·SO4—Ca·Mg型，矿化度1.05 g/L，水位埋琛1～3 m，水力性质为承压水。

(2)白垩系广德组火山岩裂隙含水岩组，富水性弱(Ⅱ1)。

该组分布于矿区北部外侧钟九铁矿区及东部外侧姑山铁矿区，呈层状覆盖在闪长岩体之上，对本矿坑充水无影响，属次要含水层。岩性为火山岩及火山碎屑岩，最大厚度400 m。裂隙不发育，岩石较疏松，易软化，q=0.0502 L/(s·m)，k=0.0727 m/d 。

(3)侏罗系象山群砂岩裂隙含水岩组，富水性弱(Ⅱ0)。

该层仅分布于矿区东侧的狭长地带，覆盖在黄马青组之上，对矿坑充水无影响，属次要含水岩组。岩性为层状石英砂岩，q=0.02～0.1 L/(s·m)，k=0.02～0.8 m/d，富水性弱，水化学类型HCO3·SO4—Ca·Mg型。

(4)三叠系黄马青组砂泥岩裂隙含水岩组，富水性弱(Ⅱ)。

分布于全矿区，大部分埋伏于(Ⅰ)含水岩组之大桥镇组砂砾卵石层之下，局部位于(Ⅱ0)含水岩组之下。岩性为粉砂质泥岩与泥质粉砂岩互层，层状(中厚层状为主夹薄层状)构造，层面结构紧密。裂隙发育段分布于风化带、层间破碎带以及接触带。岩石多属软岩，泥化较重，岩芯破碎，多组闭合和充填裂隙发育(泥质、碳酸钙质或铁质充填)，偶见开口裂隙。经在ZKW1和ZKW3进行稳定流抽水试验，ZKW1结果：q=0.017 L/(s·m)，k=4.7×10-3m/d；ZKW3结果：q=0.04 L/(s·m)，k=4.9×10-3m/d。水化学类型属SO4—Ca·Na·Mg型，矿化度M=1.34 g/L。水力性质为承压水。

(5)三叠系徐家山组砂泥岩、碳酸盐岩裂隙-岩溶含水岩组，富水性中—强(Ⅲ)。

本组分布全矿区，上覆(Ⅱ)含水岩组。岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和粉砂岩互层，夹白云质灰岩、泥灰岩，是主要成矿层。岩溶较发育，溶孔和晶洞直径一般1～2 cm，溶洞直径一般约1～2 m，溶蚀裂隙见于多组裂隙发育段，裂隙间距<5 cm。可将本含水岩组的富水性分区如下：

Ⅲ-3区：采用抽水试验数据，q=2.72～3.41 L/(s·m)，k=1.3～5.10 m/d，富水性强；

Ⅲ-2区：采用抽水试验数据，q=0.26～0.35 L/(s·m)，k=1.06～1.14 m/d，富水性中等；

Ⅲ-1区：采用钟九矿区抽水资料，q=0.149 L/(s·m)，k=0.17 m/d，富水性中等偏弱。

本含水岩组水化学类型属SO4—Ca·Mg型水，矿化度M=2.7～2.85 g/L，偏硅酸50～55 mg/L，水力性质属承压水。

(6)燕山晚期闪长岩裂隙含水岩组，富水性弱(Ⅳ)。

本组分布全矿区，在矿区内均深埋于含水岩组(Ⅲ)之下。岩性为闪长岩。岩石强度软至半坚硬。富水性弱至极弱，q=0.001～0.04 L/(s·m)，k=0.07～0.08 m/d。水化学类型属HCO3·Cl—Na·Ca型，矿化度M=0.225 g/L，水力性质属承压水。

2.2 地下水补给、径流、排泄条件及水力联系

(1)补给：矿区地下水靠大气降水补给。

(2)径流。

地下径流流向：矿区北、西外侧的地下水总流向仍和地形起伏一致，由北北东的和睦山—前钟山丘陵地流向南南西的河谷平原。但至矿区因受姑山铁矿排水影响，致使地下径流改变流向，由西北流向东南或自西向东注入姑山矿坑，矿区年地下径流(包括第四系水和基岩水)流向是稳定的。

地下径流状态：降水入渗形成浅部和深部径流，前者主要渗流在第四系孔隙含水岩组中，流程短、流动畅快，水循环周期短，水质属重碳酸类型，矿化度较低(M<1 g/L)；后者渗流在各类基岩裂隙或裂隙-岩溶含水岩组中，流程长、流动缓慢，水质属硫酸类型，矿化度偏高(M>1 g/L)，水循环周期长，矿区深部存在半封存的古地下水。

微动态：矿区地下迳流也受固体潮影响呈现日微动态特征。

(3)排泄。

杨庄铁矿区地下水排泄形式，除部分由地下迳流排出矿区外，大部分由姑山铁矿以排水形式排出地表。

(4)水力联系。

从浅部至深部分述如下：

第四系孔隙含水岩组上部Q4w与下部Q3d之间有一层厚约10～12 m分布较稳定的黏性土层，平均渗透系数kCP=0.04 m/d(姑山矿第四系边坡帷幕止水工程采用值)，属相对隔水层，在天然状态下两者水力联系不密切，上部水位埋深浅，常与地表水(稻田水)持平，而下部水位埋深则与基岩水位埋深基本一致。矿区长观孔第四系水位是上、下部混合水位，因受上部浅水位制约，比基岩水位高1～2 m。在排水情况下基本上无水力联系。

第四系孔隙含水岩组下部Q3d砂砾卵石层与下伏基岩裂隙含水岩组T2h、J1-2xn、δ等分别相接触，两者之间不存在隔水层，在天然状态下水力联系程度较弱。

象山群裂隙含水岩组(Ⅱ0)、黄马青组裂隙含水岩组(Ⅱ)与徐家山组裂隙-岩溶含水岩组(Ⅲ)之间不存在绝对隔水层，具有统一的地下水位，两者存在水力联系，但联系程度较差。