玛尔坎土锰矿矿区水文地质特征分析

范文龙

进入新时期以来，经济建设与发展过程中对于矿产资源的需求量越来越大，这也意味着矿产资源开采量也在不断增加。但随着矿山开采规模及其强度的不断扩大，在人为因素与自然因素共同作用下，极易对矿山水工环地质环境造成破坏，影响矿产资源的合理开发与利用。为此，本文将玛尔坎土锰矿作为研究对象，对该矿水工环地质条件进行阐述，希望能对矿山开采工作提供一些借鉴与参考。

1 区域水文地质分析

1.1 区域一般概况

研究区位于喜马拉雅帕米尔构造单元的东部，西南天山东西向构造带与西昆仑南北向构造带交汇部位。山脉走向北东，山体巍峨、地势陡峻，海拔标高一般在3190m ～3910m 之间，相对高差300m ～720m，地形起伏较大，总体呈南高北低，西高东低，总体属侵蚀-剥蚀构造地形。

该区的水系为玛尔坎苏河水系：位于补充详查区北侧300m ～1500m，由玛尔坎苏河与其支流卡拉尔特河组成。玛尔坎苏河为边境河，补给以冰雪融水为主。区内为大陆高山气候，季节及昼夜温度变化大，气候干燥寒冷，气温常年偏低，7月最高，温度最高可达35℃，平均温度为20℃左右。1月温度最低，温度最低可达-28℃，平均温度也在-8℃左右。降雨稀少，以降雪为主，年降水量在200 毫米左右。

1.2 区域水文地质条件

1.2.1 地下水类型

补充详查区位于南天山与西昆仑山脉交汇处，大地构造位置属塔里木地块西南边缘活动带玛尔坎苏中生代裂隙盆地。影响地下水形成的基本因素有岩性、地质构造、气象、水文和地形地貌。按照含水介质特征，区域地下水类型主要包括松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙水、基岩裂隙水四大类。第四系松散岩类孔隙水：分布于区域的主要河床、河漫滩、沿岸低阶地，含水岩性主要为第四系冲洪积物、冰碛物及冰水堆积物，主要由砂、砾、亚砂土组成，分布于沟谷、洼地，厚度达几十米。碎屑岩类孔隙裂隙水：大面积分布于区域图的北部，含水岩组主要包括新近系上新统阿图什组（N2a）砾岩、新近系中新统-乌恰群帕卡布拉克组（N1p）砾岩及砂岩、新近系中新统-乌恰群安居安组（N1a）及渐新统喀什群巴什布拉克组（E2-3b）长石石英砂岩，碳酸盐岩裂隙水：含水岩组主要包括石炭系上统喀拉阿特河组及中统昆盖依套组。基岩裂隙水：含水岩组主要为乌鲁阿特组及下统玛尔坎雀库塞山组。

1.2.2 地下水的补给、径流和排泄条件

区域地下水补给、径流和排泄条件：区内地下水以大气降水、融雪为主要补给来源，大气降水和融雪产生的地表径流通过各类岩石的孔隙、裂隙及构造破碎带等导水通道渗入补给地下水；在不同地质构造、地形地貌等自然条件的控制下，做垂直运移和水平径流，地下水总体流向与地形坡向基本一致；在条件适宜时，以泉的形式面状或股状排泄于地表沟谷及地势低洼处。地下水与地表水的关系呈现山区河流的特点，即地下水补给河水。

区域水文地质条件总体比较简单。

2 矿区水文地质条件

2.1 矿区水文地质条件概况

矿区位于一个完整水文地质单元的补给径流区，该水文地质单元北侧以玛尔坎苏河为界，南侧以工区外南部雪山山脊（近东西向）为界，东侧以喀拉特河为界，西侧以工区外西部雪山为界，该矿区地下水接受大气降水和冰雪融水的补给，由西向东径流，最终排泄于玛尔坎苏河谷及喀拉特河谷。矿区位于完整水文地质单元的北东部（下游区域），距离玛尔坎苏河300m ～1500m、喀拉特河1000m ～1200m。玛尔坎苏河在矿区东侧边缘处为最低侵蚀基准面，海拔标高为3182m，是区内地表水流和地下水的汇水中心。主要矿体控制标高大部分高于补充详查区最低侵蚀基准面，有利于采矿场地下水的自然排水。

2.2 含水岩组与地下水类型

依照补充详查区内地层岩性的不同，将补充详查区地下水划分为2 类：分别为碳酸盐岩裂隙水与碎屑岩类孔隙裂隙水。碳酸盐岩裂隙水：大面积出露于补充详查区中部及北部，岩性为结晶灰岩、粉细晶灰岩、含炭粉晶灰岩。根据碳酸盐岩结构面发育程度，又可将其细分为2 部分，一部分岩性主要为结晶灰岩、粉细晶灰岩，以中-厚层状为主，结构面较发育；另一部分岩性主要为含炭粉晶灰岩（赋矿层），以薄层状为主，结构面发育，其导水性及赋水性较第一部分强。

其中含炭粉晶灰岩（赋矿层），结构面发育，主要为层面和构造裂隙，层面多向南倾，构造裂隙多向北倾，赋水介质以构造裂隙为主，层面为辅，为工区内的主要含水层。主要接受工区南侧高山雪水入渗补给和地下水侧向径流补给；工区西部，地下水由南东向北西径流，工区东部，地下水由南西向北东径流；地下水主要以侧向径流的方式向玛尔坎苏河谷及喀拉特河谷中的第四系松散堆积物孔隙水中排泄。

碎屑岩类孔隙裂隙水：断续、小范围分布于砾岩中，岩性主要为灰质砾岩、复成分砾岩。少量孔隙发育，结构面较发育，主要为构造裂隙。赋水介质以构造裂隙为主、孔隙为辅，根据赋水介质特征，初步判定其赋水性弱。

2.3 透水不含水层与相对隔水层

透水不含水层：工区南部大面积安山质凝灰岩分布，多呈薄层状，且构造裂隙发育，导水性良好，据钻孔水文地质工程地质编录可知，该岩组中未见地下水，因此判断该岩组为透水不含水层。地表残坡积物（一般厚0.1m ～0.5m）及沟中小面积分布的冲洪积物，也可视为透水不含水层。

相对隔水层：于工区内零星分布，规模小，主要为火山岩岩脉（主要为安山岩、英安岩、闪长岩、闪长玢岩），结构面不发育，导水性差，储水空间差，视为相对隔水层。

2.4 构造对矿床充水的影响

区内地层走向总体为北东-南西向，倾向为南东向或南西向，层面发育；断裂构造发育，在其控制和影响下，致使岩石的构造裂隙发育，为地下水的赋存、径流提供了良好的空间。区内地下水多顺构造裂隙及层面由海拔高处向下渗流；加之构造破碎带的存在，在其影响范围内，透水性较强，将对未来矿产开采产生不良影响。

2.5 地下水与地表水及各含水层间的水力联系

2.5.1 下水与地表水（河流）之间的水力联系

区内有2 条季节性溪流，一般宽4m ～15m，沟谷中岩性主要为第四系冲洪积物，一般厚11m ～28m，主要由南部冰雪融化形成，沿途全部通过垂直下渗，对地下水进行补给，仅在洪水期，溪水可汇流至玛尔坎苏河。

2.5.2 各含水层之间的水力联系

区内含水层比较单一，主要为碳酸盐岩裂隙水，亦未见大规模相对隔水层，区外（北侧马尔坎苏河谷）为第四系松散堆积物孔隙水，因此含水层之间的水力联系主要表现为碳酸盐岩裂隙水以侧向径流的方式补给第四系松散堆积物孔隙水。其补给关系主要取决于地形、地貌、地势的高低等条件，由地势高的含水层（组）补给地势低的含水层（组）。

2.6 地下水的补给、径流和排泄条件

区内地下水主要受大气降水（雪）、地表溪水及相邻地下水含水层的侧向径流补给。工区西部，地下水由南东向北西径流；工区东部，地下水由南西向北东径流。主要以侧向径流的方式向玛尔坎苏河谷及喀拉特河谷中的第四系松散堆积物孔隙水中排泄，个别于工区外（西侧）以泉的方式进行排泄。

区内地下水标高一般3254m ～3542m，平均3421m；地下水流向严格受地形控制，由地形高处流向地形低处，地下水水力坡度一般为20°～46°，变化较大，与地形坡度较吻合，有利于地下水的排泄。

于2021年6月～10月，对平硐5 涌水量进行了长期观测。

3 矿坑涌水量预测

3.1 矿床充水来源

矿床开采时能进入井巷的水源如下。

3.1.1 气降水水源

区域年降水量小（一般为200mm）；区内地形起伏大，接受降水面积小；灰岩厚度大，且透水性差。因此，矿床接受大气降水补给较少。

3.1.2 地表水

区内北侧的玛尔坎苏河，其河床水位最低处标高为3182m，主要矿体控制标高大部分高于3182m，故矿床接受地表水补给较少。

3.1.3 季节性地表水流

区内主要有2条季节性溪流，仅在洪水期见水，具有时间短，流量大的特点，对矿床充水主要表现为直接灌入矿井，但对深部地层渗透补给意义不大。

3.1.4 地下水水源

当井巷揭露矿体和顶底板围岩时，基岩裂隙水便会涌入井巷，成为井巷充水的主要水源。

3.2 矿床充水方式

矿床开采时，充水水源进入井巷的方式如下。

3.2.1 直接进水

沿矿体平硐开拓时，其顶底板直接与基岩裂隙含水岩组接触，井巷水直接来源于顶板一侧或者底板一侧的碳酸盐岩裂隙水。

3.2.2 间接进水

地下开矿时，大气降水、季节性地表水流通过坑道上部的裂隙或者是导水裂隙带间接渗入井巷。

3.2.3 预测原则

根据矿体分布特征及开采优先顺序，确定本次井巷涌水量预算范围：区内西部Ⅱ1号矿体，控矿标高3127m ～3595m，延伸长度约496m，平均厚度1.41m，矿体形态属于狭长脉体，考虑到区内最低侵蚀基准面为3182m，经与甲方讨论，将最低采矿标高定为3182m。

地下开采拟采用沿矿体平硐开拓法，在3182m 最低开采标高处施工平硐；未来井巷开采时，在疏干排水的过程中，地下水均处在潜水状态，预测时按无压处理；采用的井巷涌水量计算方法为地下水动力学-稳定流解析法中的“大井法”。

本次预测的涌水量为井巷正常涌水量及最大涌水量，其水量主要由矿体围岩的裂隙水提供。

3.2.4 预测结果

正常涌水量：经计算可知，3182m 标高平硐正常涌水量为1.4×103m3/天。

最大涌水量：其值为矿坑正常涌水量与可信度的比值，经计算，矿坑最大涌水量为4.5×103m3/天。

4 工程地质条件

矿区广泛分布的层状岩类，岩体各向异性。地层（岩石）的工程地质岩组划分主要为第四系松散岩类（Ⅰ岩组），主要为第四系全新统洪冲积物及残坡积物，小规模分布于工区西部；碳酸盐岩类分别为Ⅱ岩组、Ⅲ岩组，Ⅱ岩组主要包括大理岩化灰岩、中-厚层状（含炭）结晶灰岩、夹有少量细晶灰岩、中-厚层状粉细晶灰岩、砂屑灰岩、角砾灰岩，Ⅲ岩组主要为薄层状含炭粉晶灰岩；碎屑岩类主要为灰质砾岩、复成分砾岩，岩石较坚硬-较软，整体较完整。岩浆岩类主要包括2 个工程地质岩组：Ⅴ岩组（坚硬岩），该岩组岩石坚硬，较完整，主要由安山岩、闪长玢岩组成。Ⅵ岩组（较软岩）主要为安山质凝灰岩，较软，易破碎。

区内发育了火成结构面、构造结构面、沉积结构面及次生结构面，又以构造结构面为主，其次为沉积结构面，其中构造结构面发育极不均匀。综上所述，影响矿区工程地质岩体稳定性的结构面主要为断层、层面、构造裂隙。

5 环境地质条件

矿区沟壑纵横，切割较深，属高山宽谷地貌，地质构造复杂，岩土体工程地质性质不良。区内植被不发育，仅在马尔坎苏河谷中生长着低矮的草本植物和少量灌木。区内无永久性居民，开采将造成少量植被破坏及附近部分动物的迁徙，区内环境地质问题主要为掉块（崩塌）和小型泥石流。

6 开采技术条件分析

区内水文地质类型为以裂隙含水层充水为主的、水文地质条件简单的矿床，即Ⅱ类Ⅰ型。结合矿体（床）及围岩工程地质特征，矿区工程地质勘探类型属层状岩类（第Ⅲ类）中等-复杂型。矿区地质环境类型属第二类，地质环境质量中等。主要矿体控制标高大多在补充详查区最低侵蚀基准面之上，有利于自然排水。井巷充水水源主要为顶底板碳酸盐岩裂隙水，渗透系数为0.00655m/d，赋水性弱，矿区水文地质类型为以裂隙含水层充水为主的、水文地质条件简单的矿床；顶底板岩体质量指标为0.115 ～0.213。Ⅰ、Ⅱ号矿体顶底板及Ⅲ号矿体底板岩石质量为中等偏差，Ⅲ号矿体顶板岩石质量为差，包括断层、层面、构造裂隙在内的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级结构面极发育，工程地质勘探类型为以层状岩类为主的、工程地质条件中等-复杂型的矿床；地壳稳定性划分为次不稳定区Ⅲ，采矿可产生局部地表变形，井巷采挖的过程中，可能形成坍塌或掉块的地质灾害隐患，地质环境类型属第二类，地质环境质量中等。综上所述：将补充详查区划分为以工程地质、环境地质问题为主开采技术条件中等（复合类型）的矿床，即Ⅱ-4 类勘查类型。

7 结语

建议在矿山下一步的勘查、开发过程中，应加强补充详查区水文地质工作，平时注意涌水量观测工作，通过综合分析研究后指导生产；设计部门应根据具体的开采强度和坑道复杂程度进行更为准确的坑道涌水量计算，以保证矿山安全运行；井巷施工应依照规范，预留顶底板及侧帮厚度必须满足要求，以防井巷涌水。同时在可控范围内尽量减少对环境的破坏，废弃物、废水的排放应符合相关规范。矿山开采前应补充详查区环境地质保护和土地复垦方案的编制，矿山运行后应按照地质环境保护和土地复垦方案运行。