栾川南湖钼矿水文地质特征分析

 陈华涛，赵百顺  (1 河南省有色金属地质矿产局第二地质大队 2 河南省国土资源投资管理中心 )

 摘要：矿山水文地质是勘查的重要一环，也是矿山开采的安全因素之一。依据收集的资料,对矿区水文地质 特征及相关的水文地质参数进行分析,总结出矿区水文地质特征类型,指出矿区充水条件 ，讨论了矿区发生 突水的可能性,为矿山开采生产过程中安全生产提供了可靠的水文地质支撑。 关键词：水文地质 涌水量 充水因素 Analysis of hydrogeological characteristics of luanchuan nanhu molybdenum mine Abstract: mine hydrogeology is an important part of mine exploration and one of the safety factors of mine mining. Based on the collected data, the hydrogeological features and related hydrogeological parameters of the mining area are analyzed, the hydrogeological features of the mining area are summarized, the water filling conditions of the mining area are pointed out, the possibility of water inrush in the mining area is discussed, which provides reliable hydrogeological support for safe production in the mining and production process. Keywords: hydrogeologic inflow, water filling factor 南湖矿区位于号称“中国钼都”栾川县南湖斑岩钼矿田之中部，为一特大型 低品位钼矿床，分布面积 5.14km 2，矿床成因类型属斑岩—矽卡岩型钼矿床。区 内地质勘查工作程度较高，但水文地质方面还有许多不足，本文通过搜集相关资 料，分析矿区水文地质特征，研究地表水与地下水的水力联系，开采时充水的影 响因素，查明矿坑疏干排水对地表水和地下水的影响程度，全面地掌握矿区的水 文地质情况，对矿山的安全开采提供技术支撑 。 1 区域水文地质特征 1.1 地形气候条件 南湖矿区位于栾川县城北西 30km 处，属河南省栾川县冷水镇管辖矿区主矿 体位于分水岭以南，属中高山区，总体地势是东高西低，区内地形最低标高高程 为 1341.60m，最高标高高程 1603.93m，最大相对高差 262.33m，区内冲沟发育， 沟谷多呈近东西向，山坡上植被发育。区内黄河水系的伊河支流在矿田北部，至 栾川城关入伊河主流，在沟口实测雨季流量 1.053 m 3/s，枯季流量 0.0255 m 3/s 。 矿区属季风型半干旱大陆性气候，夏季凉爽、冬季严寒；年平均气温 12.2℃、 极端最高气温 42.1℃、极端最低气温-19.1℃，年平均降水量 809.6mm，年最大 降水量 1462.6mm，年最小降水量 468.7mm；多年平均蒸发量 1155.2mm，蒸发量 明显大于降雨量。七、八、九三个月为雨季，十月至来年四月为降霜期，十一月 至来年二月为冰冻期，最大冻结深度 0.27m。 1.2 岩层富水性特征 据区域含水层性质和矿区钻孔资料以及采矿平硐揭露情况，本区垂向上可分 为 4 个含水岩组其水文地质特征分述如下： 1）第四系松散堆积物孔隙含水层：分布在上东沟、南泥沟等主要沟谷内， 最大厚度 15.9m，水位埋深 0.4-4.4m，为孔隙潜水。 2 2）基岩风化带裂隙水：风化带深度随地形起伏，最大风化深度 40m，浅井 单位涌水量 0.008-0.167 l/s·m，水位、水量均呈季节性变化特征。 3）石英岩、长英角岩：出露于地表分水岭附近，局部岩石破碎。ZK1008 物 探测井资料表明含水岩层以石英岩、长英角岩为主，含水特征反映不明显，其他 岩石不含水。 4）黑云母长英角岩：包括其他角岩类岩石都是矿区的主要含矿岩石，广泛 出露于矿区，岩石裂隙不发育，ZK1012 水位高程 1359.44m，混合抽水试验单位 涌水量 0.0228 l/s·m，说明岩石含水量小。 5）隔水层辉长石和斑状二长花岗岩等岩浆岩类及裂隙不发育的变质岩类， 均可视为矿区的隔水岩组。 ２ 矿区水文地质特征 2.1 地下水补给、径流、排泄 大气降水渗入是地下水的唯一补给来源，深部基岩构造裂隙水接受降水的远 程补给。虽然区内构造比较发育，但因构造多呈压性或压扭性，其破碎带宽度有 限、透水性差，阻碍了降水的垂直和侧向渗入补给。另外，由于该区蒸发量大于 降水量，降水在入渗补给过程中，大部分通过蒸发和植物的蒸腾作用返回大气层， 也造成了补给量减少，所以该区岩石补给水源有限，其富水性弱。 地下水主要赋存于第四系松散层孔隙、基岩风化带及石英岩、长英角岩断裂 破碎带中。上部以孔隙-裂隙含水为主，分布于沟谷和斜坡地带，自然状态下沿 基岩风化裂隙带或基岩接触面向沟谷方向运移，以泉水形式排出地表；深部以微 裂隙、破碎带含水为主，沿断裂构造呈带状、网络状分布，自然状态下沿断裂构 造裂隙或破碎带由北向南运移，遇辉长岩带受阻后，则沿辉长岩北部接触带裂隙 转向西南运移，流出矿区。 辉长岩是隔水地质体，但其接触面的裂隙带又是地下水的运移通道。矿区地 处地表分水岭地带，无大的地表水体，由于破碎带补给路线长、补给来源有限、 补给水量不足，地下水以贮存形式为主。 位于构造断裂带内的抽水试验显示：钻孔最大单位涌水量区间为 0.1153-0.1214 l/s·m。 2.2 地下水的化学成分 据水质分析结果，上部孔隙-裂隙潜水按舒卡列夫化学分类法分类，其水质 类 型 为 SO4-HCO3-Cl-Mg-Ca 型 的 弱碱 性 极 硬冷 水 ， 库 尔洛 夫 表 示式 为 ： 18 48.36 45.55 21.54 3 21.55 4 51.26 0.31 T Mg Ca SO HCO Cl M ，总硬度为 15 德国度，含钼量为 0.1mg/ l。 深 部 构 造 破 碎 带 - 裂 隙 水 ， 按 舒 卡 列 夫 化 学 分 类 法 其 水 质 类 型 为 HCO3-Cl-SO4-Na- （ Ca ） 型 的 弱 碱 性 极 软 冷 水 ， 库 尔 洛 夫 表 示 式 为 ： 3    18 75.95 14.7 4 30.9 27.1 3 41.4 0.198 T Na Ca HCO Cl SO M ，总硬度为 1.4 德国度， 含钼量为 0.01mg/ l。 2.3 地下水的的水力联系 在天然条件下，第四系松散层中的孔隙潜水与基岩风化带裂隙水有紧密的水 力联系，构成统一的地下水面，而与深部基岩构造裂隙水间无水力联系。 矿区处于独立的水文地质单元之补给区和径流区；大气降水形成的地表径流 是影响矿山充水的主要因素，地表分水岭明确、补给区与径流区基本一致，地下 水与地表水的运移方向一致，且受地形和地质构造控制。地表水由冷水河注入叫 河、老灌河，最终的排泄场所为长江；矿区内地表没有大的天然水体和人工水体； 地下水赋存于第四系松散堆积物的孔隙及基岩风化裂隙或深部构造（裂隙）破碎 带之中，富水性弱且不均匀；区内未发现导水断裂。 矿床为坚硬岩层裂隙直接充水型，且矿体大部分处在矿田最低侵蚀基准面 1160m 以上，地下水对矿床开采无大的影响，水文地质条件简单。 3 矿坑的充水条件 3.1 充水水源 露采矿坑主要由大气降水和降水形成的地表径流直接流入而充水，是主要充 水来源，但因不同月份的降水量大小、降水强度不一，充水条件也会发生变化。 地下水因岩石含水不均匀，涌水量也小，只有在矿坑内揭露含水断裂构造带 时，地下水才从断裂构造带内涌入矿坑，形成直接充水；受矿区采坑道掘进和排 水的影响，本矿区 1250m 高程以上的地下水已基本被疏干，所以，地下水对矿坑 的影响不大，是矿床的次要充水水源。 3.2 充水通道 矿区的充水通道主要为岩石天然节理裂隙，矿区内地层接近地表附近，岩石 风化节理、裂隙发育，而深部则发育成岩或构造节理裂隙是地下水活动的良好通 道，并沟通上覆含水层与含矿地层的水力联系，因此大气降水通过裂隙进入矿 井 ，是矿床的直接充水水源。 3.3 充水方式 矿井充水通道主要以岩石节理裂隙和采矿裂隙为主，规模一般不大，少量为 断层裂隙或老窑巷道， 因此本矿井充水主要以渗水 、滴水、淋水为主，局部可 能发生突水。因矿区内地层富水性弱，渗透性差，且断裂构造规模小，矿井涌水 量一般不大，即便局部发生突水事件，其影响程度也会相对较低 ，但在采矿生 产活动中必须加以重视。 4 4 矿坑涌水量的估算 4.1 矿坑边界的确定 以首采区水平 1174m 为底线，利用勘探线储量剖面，以 50°边坡角推至地 面，将各交点连线，以此确定露采矿坑在地表的边界范围。结合地形条件，露采 矿坑水影响范围及边界利用 1/2 千地形图确定，当露采矿坑边界未达到地表分水 线时，将其扩展到地表分水线，当已达到或穿越地表分水线时，以地表分水线为 边界，作为降水的影响范围。 4.2 计算公式的选择及参数确定 根据详查钻孔抽水试验资料，地下水涌水量与水位降深呈对数关系，其关系 式为：Q1 1 = a +b lgS 钻孔涌水量换算成矿坑涌水量的计算式为： 0 0 1 1 2 1 lg lg r R r R Q Q  地下水涌水量：Q1= Q1 2 ................... （1 式） 大气降水影响计算式：Q2=F1·X+ F2·X·α........ .（2 式） 矿坑总涌水量（Q）计算公式：Q=Q1+Q2..............（3 式） 式中符号：Q1 为地下水涌水量， Q2为大气降水影响量， a、b 为涌水量回归系数， S 为水位降深（m）， R、R0 为影响半径和引用影响半径（m）， r、r0 为钻孔半径和矿坑相当半径（m）， F1 为露采矿坑面积（m2）， F2扣除露采坑后的汇水影响面积（m2）， X 为大气降水量（m）， α为大气降水渗入系数。 4.3 计算结果及其评述 4.3.1、计算结果 计算结果说明：因 1250 中段以上，地下水基本被疏干，对矿床开采无影响； 故 1330 中段以上矿坑涌水量只计算了大气降水量；1330-1174 中段矿坑涌水量 中计入了 669 m 3/d 的地下涌水量。矿坑涌水量计算见下表 4-1。 表 4-1 露采矿坑涌水量预测表 降水量（m） 矿段 涌水量（m 3/d） 1-6 月、10-12 月 7-9 月 全年 最大 正常 最大 正常 最大 正常 0.090 0.060 0.298 0.180 1.463 0.740 凹 陷 型 采 场 首采区 1330 中段 765 510 5064 3206 6213 3144 1174 中段 1434 1179 5733 3875 6882 3813 终了 1330 中段 913 609 6046 3652 7418 3753 1174 中段 1582 1278 6715 4321 8087 4422 1342 中段以上斜坡型采场 地下水对矿床无影响，降水自流排出。 5 4.3.2 矿坑涌水量对比 与本矿区历史排水量对比：本矿区在勘探前由栾川三强钼钨有限公司开采， 以竖井和斜坡巷道开拓为主，共有 1300、1330、1350、1365 及 1375 五个采矿中 段，其中 1300、1330 和 1350 三个矿段为集中排水，动水位高程约 1200m，水位 降深约 80m，总排水量约 650m 3/d。 由此可见，矿坑涌水量的计算结果与本矿区历史采矿过程中的地下水实际 排放情况基本一致，说明本矿区地下水涌水量计算结果是可靠的。 5 结论 该矿区位于中-高山区，水文地质条件简单，有接受大气降水补给并就地排 泄的特点 ，与单元外地下水无明显的水力联系。矿体位于当地侵蚀基准面之上 ， 第四系松散层和基岩风化层富水性弱。大气降水为矿区地下水的唯一补给源 ； 矿区地势高差大，地形切割强烈 ，地表水径流条件较好；地表无大的水体积 存 ； 大气降水主要排入尤溪河 ，小部分通过渗透性差的松散层 、基岩风化层、导水 性差的基岩构造裂隙向下渗流 ，通过坑道再排泄于溪流中 ；矿区生产生活用水 可取自沟谷溪水，饮用水可直接取自山涧纯净溪水；综上所述，该矿区为水文地 质条件简单的小水量矿区。 参 考 文 献 ［１］ 王补峰 ，王 亮 福建丁家山铅锌矿矿区水文地质特征分析 采矿技术 ，2010.10（６） ［２］ 房佩贤 ，卫 中鼎 ，廖资生 专门水文地质学．北 京 ：地质出版社 ，1996 ［３］ 余新明 肖晓牛 王保峰 王补峰 闽中谢坑矿区水文地质特征及充水因素分析 有色金属 2018.1 ［４］河南省有色金属地质勘查总院 河南省栾川县南湖矿区钼矿勘探报告