黔東地區(qū)某礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析

黔東地區(qū)某礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析

1地質(zhì)和水文條件1.1現(xiàn)代地貌作用研究區(qū)域的地形特征為北高南低，即從低山丘陵區(qū)到高山之間的盆地，海拔高度從988m逐漸減少到60m。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育,北部山區(qū)現(xiàn)代地貌作用以流水侵蝕為主,地形切割強(qiáng)烈,溝谷縱橫,盆地邊緣發(fā)育一連串沖、洪積堆。區(qū)內(nèi)分布的變質(zhì)巖類、巖漿巖類和碎屑巖類普遍含有各種類型的裂隙水,均都屬于弱含水層,補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水。松散的第四紀(jì)地層含有孔隙潛水,基于所處位置不同,巖性厚度不一,富水性相差較大,單位涌水量最大可達(dá)63.1L/s·m,滲透系數(shù)最大162m/d。1.2礦區(qū)的水文條件礦區(qū)范圍內(nèi)水系不發(fā)育,東、西兩側(cè)各有一條季節(jié)性小河,流量隨季節(jié)變化很大。地下水類型為第四紀(jì)松散巖類孔隙潛水和變質(zhì)巖類裂隙水。1.2.1水位滲透系數(shù)及涌水量分布于現(xiàn)代河床漫灘及階地內(nèi),含水層為砂、礫石,分選性差,磨圓度中等,孔隙度大,透水性良好,水位埋深3m±,水位年變幅3~5m,滲透系數(shù)53.32m/d,單位涌水量3.83L/s·m。其補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水,水質(zhì)類型HCO3-Ca·Mg型。1.2.2水質(zhì)類型sm風(fēng)化裂隙水為大氣降水補(bǔ)給,一般循環(huán)深度50~80m,單位涌水量0.04L/s·m,滲透系數(shù)0.042~0.069m/d,動(dòng)態(tài)季節(jié)變化明顯,水質(zhì)類型HCO3-Ca·Mg型。構(gòu)造裂隙水賦存于構(gòu)造破碎帶及其裂隙中,富水性較差,單位涌水量為0.014~0.06L/s·m,水質(zhì)類型HCO3-Ca·Mg(Na)型。1.3地下水流變學(xué)和構(gòu)造破碎帶礦山已開(kāi)采30多年,水文地質(zhì)條件發(fā)生了很大的變化。已經(jīng)形成長(zhǎng)2560m,平均寬281.40m,最深達(dá)100多m的采坑,北區(qū)采坑最深標(biāo)高-2.20m,南區(qū)采坑最深標(biāo)高16.60m,露采早己閉坑。從2003年開(kāi)始施工-60m的豎井,通風(fēng)井和水平坑道。在施工豎井時(shí)每天排水量400多m3,使得野瓠山村北溝一帶地下水干枯;施工南風(fēng)井-60m水平坑道時(shí),坑道振進(jìn)至260多m時(shí),突遇構(gòu)造破碎帶,地表水和孔隙潛水貫入坑道,使得胡家青村居民飲用水井干枯,每天的排水量達(dá)1萬(wàn)多m3。因此,使得野瓠山村北溝一帶和胡家青村周圍孔隙潛水被疏干。另外,野瓠山村礦巷道水均注入-60m水平坑道。通過(guò)對(duì)-60m坑道開(kāi)采調(diào)查,礦區(qū)地下水主要為風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水兩種類型。根據(jù)前人勘探和本次調(diào)查-60m坑道資料,風(fēng)化裂隙發(fā)育深度超過(guò)-300m,而構(gòu)造破碎帶發(fā)育的深度還要深。1973年勘探報(bào)告4個(gè)孔抽水試驗(yàn)資料,滲透系數(shù)0.042~0.069m/d。根據(jù)本次-60m抽水試驗(yàn)資料,其滲透系數(shù)除BSK21-1孔外為0.0087~0.026m/d,往深部有變小趨勢(shì)(表1)。另外,地下水水質(zhì)發(fā)生很大變化,水質(zhì)類型由HCO3-Ca·Mg(Ca·Na)型變?yōu)镠CO3·SO4-Ca·Mg型和SO4·HCO3-Ca·Mg·Na型,Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-離子增加很多,而HCO3-離子變化不大,使得礦化度、總硬度增高很多,尤其是永久硬度增加更為突出(表2),根據(jù)礦區(qū)地下水piper圖,其水樣分區(qū)發(fā)生變化,由原來(lái)的碳酸鹽硬度超過(guò)50%變?yōu)閰^(qū)內(nèi)任一對(duì)陰陽(yáng)離子含量均不超過(guò)50%毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)(圖2中A變化為B)。主要原因?yàn)榈V山開(kāi)采過(guò)程中人為污染造成,其次為礦山污水再次滲入地下形成小循環(huán)。2地下水與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系2.1含礦層結(jié)構(gòu)的薄土礦層裂隙發(fā)育特征巖石裂隙在-60m的巷道之中有兩種情況。(1)不含水閉合型:各種方向均有,裂隙面平滑。(2)含水張開(kāi)型:分兩種形式存在,主要在M1、M2、M4礦體之中和兩側(cè)黃褐色裂隙帶中,面寬2~3mm,大者5~10mm不等。其發(fā)育深度大于-300m,裂隙面走向與礦層走向基本一致一組,傾角在72°~85°,切穿SE向的閉合裂隙,還有走向NW和近EW向兩組;再一個(gè)張性裂隙分布于較大斷裂帶兩側(cè)和碎裂巖中,它們溝通了地下水和孔隙潛水,地表水的水力聯(lián)系。2.2f、fps0斷裂斷裂與礦床地下水賦存條件礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,對(duì)裂隙水的賦存條件影響較大,幾條較大的斷裂控制了地下水的流向和賦存條件,F5、F10斷裂隔斷南北地下水與礦床地下水的水力聯(lián)系(表3)。2.3閃長(zhǎng)巖和型敦煌巖礦區(qū)內(nèi)巖漿巖活動(dòng)表現(xiàn)為巖脈的形式,早期為各類閃長(zhǎng)巖和煌斑巖沿裂隙貫入,中間為輝綠巖,后期為偉晶巖與細(xì)晶巖。這些巖脈均控制著地下水的分布、運(yùn)移和賦存條件(表4)。2.4淺肉巖石結(jié)構(gòu)混合巖受構(gòu)造控制,屬原地選擇性重熔,進(jìn)行強(qiáng)烈的鈉質(zhì)交代,改變了巖石性質(zhì),由基性巖轉(zhuǎn)變?yōu)橹?、酸性巖,形成混合花崗質(zhì)巖石,巖石呈淺肉紅色,花崗結(jié)構(gòu),似片麻狀構(gòu)造。長(zhǎng)石呈不規(guī)則狀,石英為定向排列,使巖石變得硬、脆。在后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下,巖石破碎產(chǎn)生大量裂隙,為地下水的賦存、運(yùn)移提供空間和通道。在-60m巷道與BK22-1、BK23-1鉆孔中均能見(jiàn)到混合巖。厚度一般2~5m,最厚>6m。在介于混合巖與角閃斜長(zhǎng)片麻巖之間的混合巖化角閃斜長(zhǎng)片麻巖地段,其產(chǎn)狀形態(tài),基本與原巖一致,存在有黃褐色裂隙,亦含有裂隙水。3預(yù)測(cè)開(kāi)采井的溢流量3.1礦體邊界條件礦床充水因素主要為風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水,礦坑涌水量的大小,完全由大氣降水控制。礦體邊界條件清楚,北部由F10斷裂將其與花椒園礦段分開(kāi),南部由F5斷裂將礦體切斷,形成南北長(zhǎng),東西窄的矩形礦床。礦體產(chǎn)狀,走向近SN,傾向W,北區(qū)傾角60°~65°,南區(qū)傾角55°~60°,個(gè)別礦體傾角局部較陡,厚度變化較大。3.2地下水涌水量計(jì)算公式及參數(shù)確定1)滲透系數(shù)“K”值的確定。根據(jù)-60m三個(gè)鉆孔抽水及觀測(cè)資料求得K值平均值。K=0.0275m/d。2)水位標(biāo)高的確定。因鉆孔施工時(shí)間較長(zhǎng),采用3個(gè)鉆孔的靜止水位平均值計(jì)算平均靜止水位標(biāo)高。H=-56.97m,原始平均水位標(biāo)高104m。3)含水層底板標(biāo)高的確定。礦區(qū)批準(zhǔn)開(kāi)采深度238~210m,因此,確定含水層底板標(biāo)高為-210m。水位降深153.03m。4)引用“大井”半徑r0的確定。根據(jù)礦體賦存條件和批復(fù)開(kāi)采深度,確定礦坑底邊界為矩形,礦體底界長(zhǎng)a=2620m,寬b=62.86m(包括礦體之間的圍巖在內(nèi))。依照長(zhǎng)寬之比例關(guān)系a/b>10,故引用“大井”半徑用下面公式0=0.25a求得:0=655m。5)含水層厚度確定。根據(jù)BK22-1、BK23-1、BK23-2、BSK19-2、BSK21-1、BSK28-16個(gè)鉆孔水文地質(zhì)編錄資料,用算數(shù)平均求得H=109.20m6)影響半徑R的確定。根據(jù)抽水試驗(yàn)資料,用公式求得R=530.38m?！按缶庇绊懓霃絉0=r0+R,R0=1185.38m。7)礦坑涌水量計(jì)算公式的選擇。目前礦山開(kāi)采已30多年,-60m的坑道將其標(biāo)高以上的風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水以及大氣降水由4個(gè)泵站排至地表,排水系統(tǒng)和設(shè)備齊全。-60m坑道旱季排水量4600~5400m3/d,雨季最大排水量28800m3/d。只計(jì)算-60~-210m之間地下水的涌水量,按下面方法進(jìn)行礦坑涌水量計(jì)算。按“大井”法選擇非完整井E.A扎馬林公式:按從兩側(cè)流向非完整水平坑道A.H科期加科夫公式:式中:Q大為“大井”法涌水量(m3/d);Q坑為水平坑道涌水量(m3/d);K為平均滲透系數(shù)(m/d);L0為平均靜止水位到井底(坑道底)距離(m);L為長(zhǎng)期排水將動(dòng)水位降至井底,故L=0;R0為“大井”影響半徑(m)R為影響半徑(m)r0為“大井”引用半徑(m);r為水平坑道半徑(m);H為平均靜止水位到水平坑道底板距離(m)X為公式系數(shù),X=2π+RH;B為水平坑道長(zhǎng)度(m)用水文地質(zhì)比擬法確定礦坑涌水量公式:式中:Q為預(yù)測(cè)礦坑涌水量(m3/d);Q1為實(shí)測(cè)礦坑涌水量(m3/d);S為-210m礦坑水位降深(m);S1:-60m礦坑水位降深(m);r:-210m礦坑引用半徑(m);r1:-60m礦坑引用半徑(m)3.3旱季涌水量根據(jù)“大井”法,水平坑道兩個(gè)公式計(jì)算出-60~-210m涌水量與-60m坑道實(shí)際排水量之和,分別計(jì)算出礦坑的總涌水量,旱季涌水量8000~8800m3/d,雨季最大涌水量32200m3/d。水平坑道預(yù)測(cè)涌水量旱季11894~12694m3/d,雨季最大涌水量36094m3/d。用水文地質(zhì)比擬法確定礦坑涌水量旱季6640~7560m3/d,最大涌水量40320m3/d。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,認(rèn)為采用“大井法”和水文地質(zhì)比擬法所求的礦坑涌水量做為礦山開(kāi)采排水量比較合適。4cana型(1)研究區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育,北部山區(qū)現(xiàn)代地貌作用以流水侵蝕為主,地形切割強(qiáng)烈,溝谷縱橫,盆地邊緣發(fā)育一連串沖、洪積堆。礦區(qū)范圍內(nèi)水系不發(fā)育,地下水類型為第四紀(jì)松散巖類孔隙潛水和變質(zhì)巖類裂隙水。綜合分析認(rèn)為,礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬中等。(2)通過(guò)多年開(kāi)采,礦山水文地質(zhì)條件發(fā)生了很大的變化。巖層滲透系數(shù)往深部有變小趨勢(shì),地下水化學(xué)類型由HCO3-Ca·Mg(Ca·Na)型變?yōu)镠CO3·SO4-Ca·Mg型和SO4·HCO3-Ca·Mg·Na型,Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-離子增加很多,礦化度、總硬度增高很多,尤其是永久硬度增加更為突出,主要原因?yàn)榈V山開(kāi)采過(guò)程中人為污染造成,其次為礦山污水再次滲入地下形成小循環(huán)。(3)通過(guò)巷道調(diào)查,查明了裂隙水地下存在的形式及與巖石裂隙、斷裂構(gòu)造、巖脈等的相互關(guān)系。(4)根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析,認(rèn)為采用“大井法”和水文地質(zhì)比擬法所求的礦坑涌水量做為礦山開(kāi)采排水量比較合適。礦坑的旱季總涌水量8000~8800m3/d,雨季最大涌水量32200m3/d。水平坑道預(yù)測(cè)旱季總涌水量11894~12694m3/d,雨季最大