河北省马家窝铺金矿水文地质特征及涌水量预测

2022-03-12郭振斌

世界有色金属 2022年22期

郭振斌

（中冶一局（河北）地质科技有限公司，河北秦皇岛 066000）

1 矿区自然地理条件

矿区地处燕山山脉东端，地势西北高东北低，海拔标高320m～725.60m，区内最大比高275m，一般比高150m，为低山区。地形坡度在坡度一般为10°～45°，有利于自然排水，不利于地下水的入渗。本区无河流，主要为沟谷内季节性小溪，丰水期形成地表径流，最高洪水位0.4m～1.5m，流量0.24m3/s～6.30m3/s之间，平均流速0.56m/s，枯水期断流。

1.1 北西向断裂构造

矿区主要有北西向的断裂构造破碎带F1﹑F2，其次为F3断裂构造破碎带。

F1为赋矿断裂，地表出露长约1100m；倾角较陡一般在80°～85°之间，局部近于直立；8线以北构造带倾向南西，倾角56°～67°；断裂破碎带宽0.2m～0.85m不等，最宽处1.2m。断裂破碎带属压扭性逆断层，透水性较差，两侧岩层中裂隙较发育，透水性弱～较弱，断裂间见有明显的绿泥石化﹑褐铁矿化及黄铜矿化[1]。该断裂构造在PD3（354m标高）及2号竖井二中段（319m标高）（SJ2）内的构造裂隙水，涌水量为0.003L/s～0.100L/s，为弱富水。

F2﹑F3地表出露长约1180m﹑365m。断裂带走向北西，倾向南西，倾角58°～85°。断裂破碎带宽0.3m～1.6m，F3断裂最宽可达6.4m。断裂破碎带属压扭性正断层，透水性较差，两侧岩层中裂隙较发育，透水性弱～中等，断裂间见有明显的绿泥石化﹑褐铁矿化及黄铁矿化。该断裂构造在竖井1二中段（294m标高）4号点前行17.50m处测得涌水量0.140L/s，现在已经干枯。竖井1三中段（254m标高）12号点前行2m至13号点前行4m测得涌水量0.220L/s；17号点后4m至前6m测得涌水量0.080L/s，为弱富水。

1.2 近东西向断裂构造

矿区主要有近东西向的F5﹑F6断裂构造破碎带。F5﹑F6地表出露长约240m﹑650m。走向近北西，倾向南﹑南西至南东，倾角82°～85°，局部较陡，近直立。断裂带0.6m～1.0m，最宽处3.10m。断裂破碎带属压扭性正断层，透水性较差，两侧岩层中裂隙较发育，透水弱～较弱，断裂内蚀变岩角砾充填，具黄铁矿化﹑褐铁矿化﹑硅化及高岭土化。局部地表见泉流量0.064L/s，为弱富水[2]。

1.3 北东东向断裂构造

矿区主要有北东东向的F4﹑F7﹑F8﹑F9﹑F10﹑F11﹑F13断裂构造破碎带。地表出露长度分别为250m﹑1600m﹑450m﹑690m﹑270m﹑660m﹑340m。走向北东东向，倾角55°～85°，局部近直立，倾向南东～南西。F7断裂破碎带属平移正断层，其他为压扭性正断层，透水性较差，两侧岩层中裂隙较发育，透水弱～较弱，断裂内蚀变岩角砾充填，具黄铁矿化﹑褐铁矿化﹑绿泥石化﹑硅化及高岭土化。在PD19（标高396.56m）中见F11断裂构造破碎带的出水量为0.085L/s，为该组断裂构造破碎带的最大涌水点，其他水量均较小，为弱富水。

1.4 南北向断裂构造

矿区南北向断裂构造仅有一条，为F12。规模不清，仅在PD19（标高396.56m）中可见，将ⅩⅣ号矿体挫断。坑道内其出露宽0.8m，走向357°，倾向近东，倾角80°。该断裂构造属属压扭性正断层，透水性较差，两侧岩层中裂隙较发育，透水弱～较弱，断裂带内可见断层泥及蚀变岩角砾，褐铁矿化及赤铁矿化较普遍，局部具有绿泥石化及绢云母化。在PD19中该断裂构造破碎带的涌水量为0.111L/s，为弱富水。

综上所述：矿区断裂构造水量在0.003L/s～0.220L/s，富水性均较弱。总体而言北西向断裂构造水量较大，最大为0.220L/s。

2 金矿水文地质特征

2.1 矿区含水层和隔水层

矿区含水层按地下水的赋存层位，岩性特点及其水力性质，自上而下有两个含水层：第四系孔隙潜水含水层及基岩风化裂隙含水层。

2.2 第四系孔隙潜水含水层

该层岩性为粘土﹑亚砂土﹑粗砂及砂砾卵石等。一般厚0.8m～4.80m，最厚为16.90m，总体趋势上游薄，下游厚。平均含水层厚2.80m。水位埋深在1.65m～4.40m，单位涌水量为0.315L/s.m，渗透系数为10.34m/d，水位年变幅在0.38m～2.75m，地下水水质类型为：HCO3′—Ca型水，矿化度为0.188g/L～0.463g/L，PH值在7.04～7.15。

2.3 基岩风化裂隙含水层

该层岩性主要为混合岩，浅灰褐色～灰黑色，主要由长石﹑石英颗粒﹑鳞片状黑云母﹑角闪石，强风化混合岩碎块等组成。风化裂隙发育，裂隙率平均大于8%（根据29个钻孔统计）。埋藏深度一般为0～56.20m，平均深度39.44m，底界标高为296.83m～386.97m，平均337.72m。通过对民井（M10）抽水试验，当水位降深为0.4m时涌水量为14.60m3/d（0.17L/s），单位涌水量为0.43L/s.m，渗透系数为0.834m/d，泉流量一般在0.003L/s～0.400L/s。该层为弱富水含水层。该层主要接受大气降水补给，通过风化裂隙入渗（矿区风化层总体规律为：沟谷深，山脊薄；东及东北部深，其他部位发育薄；平硐内风化不明显，只有在平硐口处有风化现象），以地下迳流方式向下排泄。地下水水质类型为：HCO3′—Ca·Na～HCO3′—Ca型水，矿化度在0.245g/L～0.287g/L之间，PH值在7.11～7.15，水质较好。

矿区内无明显的隔水层。区内混合岩及少量混合花岗岩发育完整地段，透水性弱，可视为相对隔水层。

矿区内断裂构造主要有四组：北西向断裂构造﹑近东西向断裂构造﹑北东东向断裂构造及南北向断裂构造。

2.4 地下水的补给、迳流及排泄条件

大气降水是矿区地下水最主要的补给来源，大气降水降水通过第四系﹑地表风化裂隙及构造裂隙渗入补给地下水。地下水通过断裂破碎带和裂隙密集带以地下径流方式在地势低洼处以泉的形式排泄于地表沟谷[3]。地下水总体流向与地形坡向基本一致，地下水分水岭与地表水基本一致。

2.5 地下水动态变化规律

矿区地下水总的补给来源为大气降水，因此，地下水动态严格受分水岭大气降水的控制。地下水位高峰值相应出现在7～8月份。每年的4月下旬至6月上旬降水量最少，地下水由于人工取水和蒸发量加大等因素，地下水位相应出现最低值。地下水动态基本上遵循雨季上升，雨季过后水位逐渐下降的规律，年变化幅度在0.38m～2.75m（根据7个观测点统计资料）与区域地下水动态变化基本一致。

2.6 坑道水文地质特征

本次工作期间对SJ1（三个中段）﹑SJ2（二个中段）﹑SJ3（二个中段）﹑PD3及部分以往民采坑道，进行了水文地质工程地质环境地质编录，各坑道水文地质特征分述如下：

2.6.1 SJ1

SJ1井口标高355.68m，井底标高为254m，井深为104.68m。该井现有探矿坑道基本是沿脉施工，现施工三个中段，中段标高分别为340m﹑294m及254m，现分述如下：

一中段（340m标高），坑道编录总长度为281.90m，该坑道揭露Ⅱ号矿脉，主要为Ⅱ-1及Ⅱ-2号矿体。矿化蚀变带发育，破碎带较多，呈灰色～灰黑色，矿化蚀变带内偶见少量掉块现象。局部为黄褐色，风化氧化较强烈。该坑道两壁及顶部全年基本为干燥区，局部为潮湿区，偶见滴水区，为轻微滴水，坑道底部常年无水流。

二中段（294m标高），坑道编录总长度为345.80m。该坑道揭露Ⅱ号矿脉，矿化蚀变带内局部有少量掉块现象。在R2-8前行7m处的顶部，有宽度为2m的滴水区，利用塑料布接受测得流量为0.020L/s，水主要沿矿化蚀变带内的裂隙流出。在R2-9前行5m处的右壁中部有一处涌水点，水量约为0.100L/s，水从构造的次生裂隙内流出，裂隙宽度0.013m～0.076m，出露长度为0.43m，出露岩性为浅肉红色混合岩中，裂隙内未见充填物，裂隙垂直向下延伸。坑道口利用三角堰测得流量为0.454L/s。

三中段（254m标高），坑道编录总长度为732.30m，该坑道揭露Ⅱ号矿脉，坑道内未发现坍塌掉块现象。该坑道两壁及顶部大部分为潮湿区，局部见涌水现象，坑道底部利用三角堰测得流量为1.768L/s。

出水点水量测量工具为塑料布及三角堰。当坑道顶部出水面积较大时，利用塑料布在下面接水，将水引向一个出口流出，利用量杯测得该处的水量。当遇到两壁涌水点及裂隙出水时，将其流向坑道底部地面的水进行封堵﹑汇聚，利用三角堰测量，测量出水头高度，利用公式计算出水量。

2.6.2 SJ2

一中段（354m标高），坑道编录总长度为364.00m，该坑道揭露Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅹ号矿脉。矿化蚀变带内局部有少量掉块现象。局部为黄褐色，风化氧化较强烈。该坑道两壁及顶部全年基本为干燥区，局部为潮湿区，未见滴水区，只有在丰水期偶见滴水，滴水量不大，坑道底部常年无水流。

二中段（319m标高），坑道编录总长度为663.40m，该坑道揭露Ⅰ﹑Ⅹ号矿脉，该坑道两壁及顶部全年基本为干燥区，局部为潮湿区，未见滴水区。在该中段坑道口利用三角堰测得枯水期总流量为0.014mL/s，丰水期总流量为0.022L/s，水量较小。

2.6.3 SJ3

一中段（402m标高），坑道编录总长度为179.50m，该坑道揭露Ⅹ号矿脉，主要为Ⅹ-3号矿体。未发现坍塌﹑掉快现象。该坑道两壁及顶部全年大多数为干燥区，少数为潮湿区，未见滴水区，只有在丰水期偶见滴水，滴水量不大，坑道底部常年无水流。

二中段（364m标高），坑道编录总长度为161.80m，该坑道主要为沿脉施工，揭露Ⅹ号矿脉，矿化蚀变带内未发现坍塌﹑掉块现象。该坑道两壁及顶部全年大多数为干燥区，少数为潮湿区，未见滴水区，只有在丰水期偶见滴水，滴水量不大。在R3-2-2南的坑道壁底部有一处裂隙，出露于混合岩中，裂隙面具有褐铁矿化，宽度0.02m～0.05m，长度0.12m，该裂隙往外涌水，涌水量为0.090L/s。在该中段坑道口利用三角堰测得枯水期总流量为0.140L/s，丰水期总流量为0.210L/s。

2.6.4 PD3（354m标高）

坑道编录总长度为330m，该坑道揭露Ⅰ﹑Ⅹ号矿脉，矿化蚀变带内局部有少量掉块现象。局部为黄褐色，风化氧化较强烈。该坑道两壁及顶部全年基本为干燥区，局部为潮湿区，未见滴水区，只有在丰水期偶见滴水，滴水量不大，坑道底部常年无水流。

2.6.5 首采地段地下水的垂向分析

矿区首采地段为SJ1﹑SJ2处，坑道总体水量不大。坑道水量随着标高降低及长度的增大的增加而增大；下部坑道对上部坑道的水量疏干明显，首采地段294m标高以上基本疏干。

综上所述：坑道总体来说岩石多为致密坚硬的块状岩石，力学强度较高，稳定性好，不易发生矿山工程地质问题。坑道充水主要来自大气降水，通过基岩裂隙及构造裂隙补给，底部坑道对上部坑道的水量疏干明显，坑道总体水量不大。

3 矿坑涌水量预测

3.1 坑道充水条件

矿坑充水因素：根据区域和矿区的水文地质条件，矿区坑道的充水因素主要为大气降水入渗形成的基岩裂隙水。

涌水通道：该区地下水的涌水通道主要为风化裂隙﹑构造破碎带及基岩裂隙通道为主。

3.2 坑道涌水量预测方法和计算参数确定

3.2.1 预测方法

根据矿区的水文地质条件﹑坑道排水量观测及钻孔资料，采用水文地质比拟预测法对矿坑涌水量进行预测。此方法最适用于已勘探矿区深部水平（中段）和外围矿段的涌水量预测，也可用于具相似条件的新矿区。该方法一般是在整理坑道排水和掘进资料的基础上，求得某些真实的坑道水文地质指标，并做为比拟因子进行预测的，本矿区符合。

3.2.2 参数的确定

SJ1二中段最终长度涌水量预测，根据对SJ1二中段（294m标高，长663.40m）长期动态观测资料，即：丰水期平均涌水量为0.454L/s（39.23m3/d）；该中段最终坑道长度约为870m。

SJ1三中段最终长度涌水量预测，根据对SJ1三中段（254m标高，长572.80m）长期动态观测资料，即坑道丰水期涌水量为3.59L/s（310.18m3/d），坑道最大涌水量为4.05L/s（349.92m3/d）；该坑道最终长度约为1100m。

SJ1四中段（下推中段）最终长度涌水量预测，本次下推中段按照40m降深，即214m标高。利用的已知相似水文地质条件的矿区坑道的长期排水资料为SJ1三中段的长期观测资料，即坑道长度572.80m，坑道丰水期涌水量为3.59L/s（310.18m3/d），坑道最大涌水量为4.05L/s（349.92m3/d）。本次静水位标高未利用钻孔静水位观测资料（由于钻孔在基岩破碎地段利用泥浆钻进，所以静水位观测时有可能裂隙处于封堵状态，数据可能失真），根据坑道调查此处294m标高以上基本疏干，所以本次静水位标高采用294m标高，根据此标高进行水位降深（S值）推算。该中段最终坑道长度约为750m。

3.2.3 坑道涌水量预测结果

矿坑涌水量预测是在基本查明矿区水文地质条件及矿坑充水因素的基础上进行的。SJ1二中段最终，预测涌水量51.33m3/d；SJ1三中段最终596.20m3/d（丰水期），672.10（m3/d最大）；SJ1四中段（下推）812.05m3/d（丰水期），916.09m3/d（最大）。