三山岛金矿深部开采水方地质浅析(1).pdf

2 0 0 1年 5月 第 3 0卷第 3期 有色矿山 No n f e F I O U S M i n e s M ay ，20 01 goI 30 No 3 三 山岛金 矿深 部开 采水文 地 质 浅析 王 善 飞 三 山岛金矿 ， 山东 莱 州 2 6 1 4 4 2 [ 关 键 词 】水 文地 质 ；断 裂 ；水力 学 ；水化 学 [ 摘要 】介 绍 了三 山岛 金矿 区 的水 文 地质 概 况 ， 重 新进 行 了深 部 水 文地 质 条 件 的分 区， 并 对 各 区进 行 了较 为详 细 的 水力 学 及 水 化学特 征剖 析 ， 以便 更好 的 指 导深 部地 下 水 防治工 作 。 [ 中囝 分粪 号 】i 6 4 1 ． 4[ 文献 标 识码 】A[ 文 章编 号 】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 1 0 3 0 0 0 9 0 4 Ana l ys i s o f hyd r o g e o l o g y f o r de e p m i n i ng i n Sa ns ha nda o Go l d M i n e W ANG Sb a n f e i Sa n s h an d a o Go l d Mi n e， i z h o u 2 6 1 4 4 2，C i n a Ke y wo r ds h y d r o g e o l o g y ；f a u l t ；h y d r a u l i c s ；h y d mc h e mi s t r y Ab s t r a c t Th e p a p e r i n t r o d u c e d t h e g e n e r a l s i t u a t i o n o f h y d r o g e o l o g y i n S a n s h a n d a o Go l d mi n e ． Ne w z o r mt i o n o f h y d r o g e o l o g y c o n d i t i on s a r e g i v e n O U t ， a n d mo F e d e t a i l e d a n a l y s i s f o r t he p rop e r t i e s of t h e n e w a r e a S h y d r a u l i c s a n d h y d r o c h e mi s t r y a r e ma d e t o d i r e c t t h e p r e v e n t i o n a n d o D n t r o l of u n d e r g r o u n d wa t e r ． 三 山 岛 金 矿 是 我 国规 模 较 大 的黄 金 矿 山， 现 日处理 能 力为 l 7 0 0余 t 。矿 山三 面 环 海 ， 水 文地质条 件较为 复 杂， 特别是 目前在 采 矿作 业逐渐 向深 部 目前 矿 山二 期工 程 已开 拓 至 一4 3 5 m 标 高 ， 三 期 工 程 的建 设 正 在计 划设 计 转移 的情 况下 ， 水文 地质 的研究关 系 矿 山安全 及正常接续 。 l 矿 区水文地质概 况 矿 区出露 地 层主 要 为 第 四 系海 砂 ， 最 厚 5 0 m， 虽 为 强 含 水 层，但 由 于 其 下 覆 3～ 1 9 ． 6 m 的砂质 粘土和 粘土 层， 该 层稳定性 好 、 粘性 大 ， 从而 阻 断 了第 四系孔 隙水 对 矿坑 水 的入渗 补给 。 三 山岛金矿是 以构造裂 隙充水 为主的矿 床 ， 地 下水 的分 布及 运移 主要受构 造的控制 。 [ 收 稿 日期 ]2 0 0 0 0 5 2 5 【 修 订 日期 ]2 0 0 0 0 7 1 1 [ 作 者 简 介 ]王 善 飞 1 9 6 6一 】 ， 男 。 山 东章 丘 市 人 ， 三 山岛金 矿 水 文 地质 工程 师 即发育有 各 种方 向的导 水节 理 ， 又发 育 较 大 的断裂构 造 Fl 、 F2 和 F3 断 裂 见 图 1 。 囝 1 三 山岛 金矿 区水 文地 质 略 囝 1 花 岗岩 ； 2 一 花 岗岩 蚀 变 带 ； 3 一 第 四 系海 砂 ； 4 一 矿 体 ； 5 一 进 术 方 向 } 6 一 断层 及 编号 } 7导 水 节 理 ； 8 期工 程开 拓平 巷 } 一 勘探 线 及编 号 维普资讯 有色矿山 2 0 0 1 正 F． 断裂是 一条 压扭 性断裂 ， 矿体 赋存 在 F1的下盘。 由于 Fl 的主断 面 有一 层厚 约 3 ～ 2 0 c m 的稳 定黑色断 层泥 ， 从而 阻断 了上 盘 裂 隙水对 矿坑 水 的补给 ， 在 以下的探讨 中， 主 要针对 F 下盘裂 隙水进行 分析 。 F 断裂 是 矿 区 内最 大 的 一 条导 水 断 裂 带 ， 它 错 断 了 F 。 断 层 走 向 NW3 1 0 。 左 右 ， 倾角近 于直立 ， 至 一4 2 0 m 标高 断裂带规 模并 没有变 小 的趋势 ， 断 裂带宽度 一般 1 0 ～3 0 m， 最宽 3 6 m。断 裂性 质 属 张扭 性， 带 内岩 石 极 碎， 且 未胶结 ， 因此储 存有大 量地 下水。 F 断裂也 是 矿 区内较 为重 要 的 一条 断 裂 ， 推 测 N E端 人 海， 断 裂具导 水性 。 矿 区内的导水节 理主要 为 NW 及 近 E W 走 向的节 理 ， 两组 节理 倾 角均 大于 7 5 。 。NW 向节理 走 向 3 0 0 。 ～3 3 0 。 ， 是 矿 区 内最 发 育 的 一 组 导 水 节 理 ； 近 E W向 节 理 走 向 8 0 ～ t O O 。 。这些节理 无论纵 向上还 是 横 向上 都 时 而张开时 而 闭合 ， 这 就 给地 下水 的存 储 和运 移提 供 了很好 的条 件 。导 水 节 理发 育 部 位， 即是地下 水富集部 位。在矿坑 深部 裂隙的 发 育具 有 明显 的分 带 性 ， 主要 发 育 区有 2 8线 ～ F F ～3 8线 ， 3 8 ～4 8线 。 2 F。 下 盘 基岩 水 文地 质分 区及水 力 联 系 矿 区基 岩地 下水的渗流 特征 受地 质构造 的控 制 ， 地 质构 造 决 定 了矿 区的水 文地 质结 构 。在构造分 析 的基础 上， 结合水 化学 、 水动 力学的综 合 分 析 ， 将 F。下 盘基 岩 区 分 为 四 个水文地 质结构 区。 2 ． 1 水文地质 条件复 杂区 本区包括 F，断裂带 及 F ～4 8线 区域 ， 此段是 工程揭 露 的主要涌 水地段 。本 区又以 3 8线为界 ， 其 两侧呈 现 出不 同 的水 文地 质 特 征 。 2． 1 ． 1 3 8 -4 8线裂 隙 网络型 富水 区 NW 及近 E W 走 向的节理构 成 了本 区 的 导储水 网络。 从发 育 规 模上 看 ， 从 浅 部 向深 部逐渐变 小，一7 0 m 平 巷 裂 隙最 大张 开 宽 度 l m， 而 一2 8 5 m水平 以下很 少 见大 于 2 0 c m 的 张 开度。 1 水 力 学特 征 由于 本 区裂 隙 的连 通 性及 开启性好 ， 故 该 区内水力联 系密切 ， 具有 相对 统一 的 含 水体 系 。下部 分 段 涌 水． 上 部 巷 道 涌 水 很 快 大 幅 减 少 ，甚 至 干 枯 。 在 一 2 5 0 m水平 以上， 本 区为 矿坑 最 大 的涌水 地 段 ， 但随着开拓 深度 的加大 ， 裂 隙张 开度 的减 少 ， 涌 水程度逐 渐小于 F 断裂带部 位。 2 水 化 学 特 征 该 区在 天 然 状 态 下 为 高 矿化的盐 卤水， 矿化度 一般 5 0 ～6 0 L l 随 着疏 于排 水 的 进 行 ， 本 区地 下 水 中 cl 含量 及矿化度 迅速 减 少 ， 特 别是 由坑 道 直接 揭 露 的涌 水 点， 如 一2 8 5 0 ． 1 、一2 8 5 0 ． 3等 见 表 1 ， 在揭 露 后两 年 的 时 间 内 已与 一 期工 程 地 段各 涌水 点 中 的 c l 一含量 及 矿 化度 持 平 ， 并 接近 了海 水， 说 明本 区在释 放 完封 存 盐 卤水 后 ， 主要接 受海水 的补 给。 表 1 地 下 水水 化 学 资料 一 览 表 维普资讯 第 3期 王 善 飞 三 山岛 金矿 探 部 开采 水文 地 质 浅析 从表 1中 可 以看 出距 F。 越 近 ， 离 子 含 量也越 高， 这 反应 了地 下水径 流条 件的强 弱。 由于巷道 部 位 的导 水 裂 隙被 大面 积 揭 露， 地 下水交 替作用 强烈， 加上其距 海 又较近， 原封 存水 迅速 被近 海部位 地下水 现基 本为海 水 置换 ， 而 靠近 F。的 部 位 仅 有 几 个 探 矿 出 水 孔 放水 。 地下 水交 替作 用相对 较弱 ， 其离子 含 量也就 较高 。 2 ． 1 ． 2 F 断裂 带脉络型 富水 区 本 区位于矿 区的 3 4～3 8线 之 间 ， 由 F 断裂带及 其影 响带 构成 。 1 水力 学特 征 F1断裂 是矿 区内晟大 的导水及 储水断 裂， 在矿 山开 拓过程 中， 每遇 F 断 裂 都会 发 生 较大 涌 水， 其 中 一1 9 5 m 分 段 曾发生坑道 泥 石流 一次 ， 给 矿 山造 成重 大 损 失 。随着 开 拓深 度 的加 大 ． 水 文地 质情 况 也 日趋复杂 ， 在 F ～3 8线 间还 出现 了 F 的 次级节理 ． 同时涌 水 量 也 呈现 出大幅 增 加 的 趋势。 一3 7 5 m 及4 2 0 m 分 段 在 探 水 注 浆 过程 中，单 孔 涌 水 量 都 在 5 0 m。 ／ h以 上 一 4 2 o L 涌 水点 涌水量竞 达 8 5 m3 ／ h左右 。 1 9 9 8年 4月 1日，3 3 0 m F 发生 2 5 0 m3 ／ h 的涌 水 ， 在 5天 之 内．一2 8 5 m 分 段 F ～3 8 线之 间的涌水 点 大部 分 干枯 ； 而 F 及 F ～ 3 8线 的突水对 3 8线北 部 的裂 隙网络 型富 水 区影响 则不 大 ，一2 5 8 m 观 1 位 于 4 O线 的 水头压 力 从 1 9 9 8年 3月 1 0 日的 0． 1 8 MP a 降 至 1 9 9 8年 l 1月 1 6日的 0． 1 5 MP a ， 地下 水 位仅下 降 3 m， 说 明两 区间的水力 联 系较 弱。 该 区 地 下 水 以 消 耗 静 储 量 为 主。 一 3 3 0 m F3 从 突 水 时 的 2 5 0 m3 ／ h降 至 1 9 9 9 年 4月的 8 8 ． 5 m。 ／ h ． 至 2 0 0 0年 4月 则完 全 干枯 ， 而 此 时深 部 整 个 F 断 裂 带 及 其 影 响 带 的总水 量 在 8 0 m ／ h左右 ， 大幅减少 。 2 水 化 学特 征 F 3断 层 的 复 杂 性 ， 也 决 定 了其 水化 学特 性 的复杂性 。带 内即 有高 矿 化度 、 高 水 温地 下水 矿 化 度 大 于 5 0 L． 水 温 大 于 2 4 ℃ ， 目前 深 部 达 3 1 ． 5 “ C 又有 cr含量与 海水相近地 下水 1 9 5 m 分段 F 的 c l 一 含 量一 直 维持 在 1 7 0 0 0 mg ／ L左右 ， 总 水量 在 1 O ， h上下 ， 还 有 一 部 分 地 下 水 ， 其 c l含 量 则大 大 低 于 海 水 一2 8 5 m F3残 留涌水 2 0 0 0年 4月， a一 含 量仅 为 8 8 1 0- w L 涌水 量为 3 m ／ h 。在 这 些 组 份 中， 高矿 化、 高水温地 下 水占 绝对 主 导地 位 ， 其 它两 种 涌 水量都很 小 且 水 温 较 低 ， 低 于 2 3 ℃ 。这 说 明该 区地 下水 可 得到 多方 面 的 补 给， 即有 深 部 顶托 补给 ， 又 有 沿 F 纵 向上 的海 水 及 上 盘基岩水 的补 给 ． 还 有 第 四 系孔 隙潜 水 的 入 渗 补给。 从水化 学动 态上 看 。 本 区 呈慢 慢 下 降的 相对稳 定状 态 。从 1 9 9 5年 5月 至 1 9 9 7年 6 月． 一2 8 5～1 7 6 0 、2 8 5～1 8 2 0两 涌 水 L 的 c 1 含 量 分 别 从 3 1 5 7 6 mg ／ L 与 3 1 5 2 3 mg ／ L 降 至 2 7 6 2 6 mg ／ L与 2 9 6 5 4 r a g ／ L ， 降幅 大大小 于其北 部裂 泼 区。结 合 水力 学 特 征 ． 完 全 可 以肯定 本 区所 接 受 的海 水及 孔 隙潜 水的 补 给有限 ， 从而 证 明 并未 直 接 沟通 海 水． 或 者说在近 海部位 F 并不 发育 。 2 ． 2 水文地质条件中等复杂医 矿 区 的 2 8线 以北 ， F 以 南 的 地 区． 在 一 2 5 8 m水平 以上为水 文地质 条 件 简单 区． 基 本无涌水 现象发 生， 但 在深部开拓 地段 ． 本 区 水 文地质条 件则呈 中等复杂状 态。 1 水力学特 征 本 区 自深部 开 拓 以来． 发生 了多次 涌水 ， 涌水 量 超 过 1 0 m ／ h的有 近 2 0次 之 多 。最 大 一 次 为 1 9 9 9年 7月 1 5 日发 生在 一4 3 5 m 分段 3 0线 北部 的涌水 ． 涌 水量达 7 0 m ／ h 。受 此 次 涌 水 影 响．一3 7 5 1 5 8 0测 压 孔 水 头 压 力 从7 月1 4 日 的 0． 1 6 MP a ． 降 至 1 7日的 0 ． 0 9 5 MP a ， 1 9 日叉 降至 0 ． 0 8 MP a ； 一3 7 5 m F 的水 头 压 力 也 由 1 4 日的 0 ． 0 8 MP a降至 1 9日的 0 ． 0 7 5 MP a 。 在 涌水 被封 堵后 水 压则 迅速 回升至原水 平 。 由此可 见本 区地 下水 的 上 下联通 性 极 好 ， 且 与 F 富水带之 间也有一 定的水力联 系。 2 水化学特征 本区地下水天然状态 下 为 高 矿 化 盐 卤 水 ，C l 含 量 最 高 达 维普资讯 有色矿山 2 0 0 1正 3 9 2 1 8 mg ／ I 。其动 态变化与 F 高矿化 、 高 水 温地 下水相近 从水 温 上看 ， 本 区在 2 7 ． 5 ～ 3 0 ． 5 ℃ 之 间 ， 比 F 略 低， 但 也大 大 高 于 3 8 线北部 的 网络裂 隙 富 水 区， 崮 此说 本 区地 下 水与 F 地 下水之 间应有 一定 的联 系。 2 ． 3水文 地质条 件 中等偏 简单 区 在矿 区北 部 的 5号 与 6号矿 体 部位 5 4 线左右 ， 距 海较 近 ， 无论 深 部 还是 浅 部涌 水 量都较 小 ， 坑道揭 露后 ， 总 涌水量最 高不超过 6 0 m ／ h ； 且衰 减 迅 速 ， 这 说 明地 下 水 补 给 有 限 。水化学特 征 同 3 8 ～4 8线 裂隙水。 2 ． 4水文 地质条 件简单 区 矿 山椿部 的 其它 区域 ， 节 理 大 都 闭 合无 水， 最大涌 水不超过 5 m ／ h ， 为水 文地质 条 件 简单 区。 3地 下 水 防治 方 法 探 讨 综 上所述 ， F 是 矿区最大导 水 及储 水断 裂， 矿 区盐 卤水的 补给 主要来 自此 区， 本 区 消耗静储 量 为主 ， 它与 北 部 的 网络 型裂 隙 含 水区联 系较弱 ， 与 南部 裂 隙 区有 一 定水 力联 系。矿 区海水 的补 给 主要 通 过 3 8～4 8线 的 阿络型 裂 隙含水 区， 海 水补给 量的 多少 ， 控 制 着 矿 山后期 的涌水 量 因此在矿 坑地下 水防 治方面 应据不 同的富水 区域采 用不 同的 防治 方法 从 目前情况 看， 由于 电费的上 涨， 排 水 扬 程的 加大 ， 采用疏干 排水是 不合理 的。 3 ． 1 F3 断裂 带 富水 区的 防治 由于 F 断 裂带静 储 量大 ， 突 水来 势 猛， 且 随 深 度 的 增 加 ，涌 水 量 也 大 大 增 加． 一 3 7 5 m单 孔 涌 水 量 一 般在 5 0 m ／ h ．一4 2 0 n 1 最 高则达 8 5 m ／ h 。为避 免给 矿 山造 成灾 害， 对 F 的 防 治 应 综 台 等虑 首 先 应 采 取 以 “ 避” 为主 的方 针 ， 工 程 尽 量避 开 F ， 减少 [ 程通过 F 的次 数 ； 其 次 不 能 避 开 的 工 程 应 预注浆通过 ， 穿过 后 在 最 短 的时 间内进 行 支 护 3 ． 2 F3 南 部 富水 区地 下水 的 防治 本 区随 深度的增 加， 矿体 有变窄 的趋势， 且地 下水上 下连 通性 好 ， 出水 点主 要 位于 矿 体 的下 盘 或矿体 较窄 的部 位， 因此 对此部 分 地 下水 的 防治 应采 取 “ 以 关为 主” ， 就 是不 进 行 事先 专 门的疏 干放 水， 使地 下水 头 低于 采 场 底板 高 ， 而是 在采矿 作业 中 ， 对影 响施工 的 地段 ， 施 以少 量的 疏干 工 程 即 可达 到 迅速 疏 干 的 目的 ， 同时 叉减 少 了坑 内涌 水量 ， 增 加 了 矿 山经 济效 益 。 一3 7 5 m 分段 的两 个 采场 就 采 用了此种方法 ， 取 得 了很 好 的效果 。 3． 3 3 8 44 8线裂隙 富水 区地 下水的 防治 矿坑 地下 水的 主要 来源是 海水和封 存 卤 水 。随时 间推 移． 卤水逐渐 被释放 ， 海水 的补 给 主要 通过 此 区控制着 矿 山后期 的涌水 量 。 目前本区涌 水 量 在 2 0 0 m ／ h左 右 ， 其 中 5 O ％ ～6 0 ％在 主竖井部 位 主竖 井部位 处在 海 水 补 给 通 道 的 上 游，且 其 最 低 标 高 为 一 3 3 5 m， 比距 海 较 远 的 一3 3 0 m 分段 的底 板 标 高还低 ， 因此 在 主竖 井 部位 形 成 了 一降 落 慵 斗 | ， 受 其 影 响，一2 8 5 m 及 一3 3 0 m 分段 本 区 的涌水 量相 比较 小。 但随着 开拓 深度 的加 大 ， 开拓巷道距 主 井部 位距离 的增 加 ， 主井部 位降落漏 斗对深部 巷道涌水 的影 响也逐渐 减 少 ， 预 计本 区涌 水量 在深 部 必 将 有一 个较 大 的增加。现 已被 一3 7 5 m 北 巷的 开拓 所证 明． 2 0 0 0年 7月， 一3 7 5 m 分段 3 8线北部 2 0 m 的 范 围 内 ， 连 续 发 生 三 次 NW 向 节 理 涌 水 ， 涌 水 量都 在 4 0 m ／ h以 上， 其 中一 次 炮 孔 涌 水 喷出距离竞达 6 m， 涌水 比 一2 8 5 m 及 一3 3 0 m 分段 持续长 。 由此 可 见， 对 本 区地 下 水 的 防 治 如仍采 用疏 干法 ， 排水 费用必将 成倍上 升。 本 医导水 节理 集 中， 海 水 的 补给 叉来 自于 下 盘 ， 如利 用现 有 开拓 巷道 采用注浆 的方法 ． 将 导水 节理 封 闭， 把 海水拦截 在 开采 区之外 ， 即 “ 注浆 截流” 防水， 效果 会更 好。 此外搞 好 坑 内地下 水 的 综 和 利 用， 也 是 防治地下 水的好方 法 。如 利用 高水头 部位 地 下 水的天 然压 力进 行 坑 内作 业 ， 避 免 利 用 地 表 水作业的 重 复排 出及 管路 渗 漏 ， 降 低排 水 费用， 减少 采矿成本， 达 到 r疏干排水的 目的 维普资讯