安庆铜矿水文地质特征及矿坑水害防治.pdf

第 3 o 卷 第 1 期 2 0 0 3 有色金属设计 N0】 E lUS ME TAL S DE SI GN V 0 1 ．3 o N o．1 2 0 0 3 安庆铜矿水文地质特征及矿坑水害防治 袁 小明 铜陵有色金属公司，安徽铜陵2 4 4 O O O 摘要介绍了安庆铜矿的水文地质特征 ，指 出随着向深部开采，造成地面塌陷和地表水 下灌，致使矿坑最大涌水量出现不断增大的趋 势。针对这一情况，对井下出水点进行封堵及地 表综合治理，使最大涌水量的增势得以控制，从而得出上堵下排、避免矿井带压开采的防治措施。 关键词 水文地质 ；矿坑 ；最 大涌水量 ；防 治措施 中圈分类号P 6 4 文献标识码B 文章编号 1 0 0 4 2 6 6 0 2 0 0 3 O l 一0 0 1 3一 o 4 Hy d r o g e o l o g i c a l F e a t u r e s a n d Co n t r o l o f P i t F l o o d i n Anq i n g Co p p e r Mi n e YUAN Xi a o - mi n g T o n j I l g N o n f e r r o u s M e t a l s C o m p a n y ，T o n g l i n g 2 4 4 O O O ，C h i n Ab s t r a c t Th e Pa p e r i n t r o d u c e s t h e h y d r o g e o l o g i c a l f e a t u r e s o f An q mg Co p p e r Mine a n d p o int s o u t l a n d s u b s i d e n c e an d s u r f a c e wa t e r po u r i n g d o wn wa r d s c a u s e d b y the d cepo n i n g mi I l i l l g ma y r e s u l t i n the i n c r e a s i n g t r e n d o f the ma x i i n u i n o u t o w r a t e wi t h i n the p i t ． Af t e r p l u g g i n g the d o wn h o l e o u t o w po i n ts an d c o mp r e h e n s i v e t r e a l me n t o f the s u r f ac e， the i n c r e a s i ng t r e n d o f the ma x i i n u i n o u t o w r a t e wa s c o n t r o l l e d ．The m e a s o f p l u g g i n the u p p e r and d i s c klr g i I l g d o wn w a r d s ，a v o i d i ng mi n i n g w i th p r e s s u r e a r e o b t a i n e d f o r the c o n t r o l o f p i t flo o d． Ke y wo r d s H y d r o g e o l o g y ；p i t ；the ma x i mu m o u t o w r a t e；c o n t r o l me a s u _r 安庆铜矿为一矽卡岩型铁铜矿床 ，位于 长江 中下游铁 铜成矿 带 中部 的安 庆市 月 山 镇 ，埋藏深度在 ⋯1 8 5 7 8 0 I n 之 间，已探 明铜金属 量 4 1 ． 1万 t ，铁矿 石量 3 0 6 0 万 t 。 安庆铜矿 1 9 9 1 年投 产 ，采 用大直径 深孔充 填采矿 法 ，实行 强化 开采 ， 日采 选能 力 为 3 5 0 0 t ／ d ，是铜陵有 色金属公 司主 力矿 山， 也是铜陵公 司 6座矿山中，水文地质条件最 为复杂的矿山。随着地下水的不断疏排，降 落漏斗不断扩大，雨季井下最大涌水量不断 增大 ，矿区岩溶覆盖 区产生 了大面积的地表 塌陷。为 了防止矿坑水害 ，控制矿 区地面塌 ★ 收稿 日期 2 O O 2一l 1 1 5 作者简 介 袁小明 1 9 6 3 一 ，女 ，安徽人 ，工程 师，主要从事矿 山地质工作 ． 维普资讯 1 4 有色金属设计 第 3 o卷 陷及河 水倒灌 ，开展 了一 系列综 合治 理工 作 ，取得 了显著效果 。 1 矿区水文地质条件 1 ． 1 概 述 矿区地处中纬度 ，气候温暖潮湿 ，年平 均降水 量 1 3 6 3 m i l l ，年 最 大降 水量 1 7 1 6 ． 6 m i l l 。区内主要地表水体为月 山河及石门湖 ， 属皖河水系。前者在矿区南部黑寺岭进入石 门湖盆地 ，后者为季节性 湖泊 ，集水面积约 6 ． 4 k m 2 ，距矿区中心约 2 ． 5 k m。 矿区四周环山 ，中间低平 ，汇水面积约 1 0 k m 2 。东 、西 、北为丘陵高地 ，由弱 至极 弱透水的碎屑岩和岩浆岩组成 ，构成相对的 隔水边界 ；南为河谷盆地 ，主要 由松散岩类 和碳酸盐组成 。月 山河 自西 向东流经其上 ， 地表水及地下水都 比较丰富 ，是矿 区地下水 的主要分布和补给区，地表迳流通过矿区南 部的东西马鞍 山两侧的山 口排出矿 区，进入 月 山河及石门湖 。 1 ． 2 含水岩组 1 ． 2 ． 1松 散 岩 类 孔 隙 含 水 岩 组 由第四系冲洪积砂砾石及粉土组成，主 要分布于月山河和马鞍山河的沿河地段 ，厚 1 1 5 m，局部达 1 8 m，多为潜 水。该层覆 盖于矿区主要含水层之上 ，二者水力联系密 切。 1 ． 2． 2碎 屑 岩 类 裂 隙 含 水 岩 组 由中三叠 统铜头 尖组 T 2 t 粉 砂岩组 成 ，厚 ≥1 7 0 0 m，主要 分布 于矿 区及东北 部大片地 区，为矿体间接顶板 。该层裂隙发 育，多闭合 ，一般不含水，局部张性裂隙密 集带含裂隙水。该层组成矿床北部相对隔水 边界。 1 ． 2． 3碎 屑 岩 夹 碳 酸盐 岩 类 裂隙 岩 溶 含 水 岩 组 由中三叠统月山组上段 T 2 y 3 钙质粉 砂岩夹不纯 大理 岩组成 ，厚 3 0 9 0 m，呈 东西向 ，分布于矿区东部和北部或沿倾 向隐 伏于矿床内部 ，组成矿体间接顶板 ，局部为 直接顶板 ，裂 隙及岩溶发育。钻孔抽水试验 为单位 涌水量 0 ． 0 1 50 ． 3 1 5 L ／ s m ，渗 透系数为 0 ． 0 3 4 0 ． 5 2 0 m ／ d ，该层富水性极 不均匀 ，弱至中等 。 1 ． 2． 4碳 酸 盐 岩 类 裂 隙 岩 溶 含 水 岩 组 由中三叠统月山组中段 T 2 y 2 角砾状 大理岩 、中三叠统月 山组下段 T 2 y 白云 质大理岩 及下三叠统南 陵湖组 T l n 中厚 层大理岩组成 ，是矿区主要含水岩组 。 月 山组中段角砾状大理岩 ，呈东西向分 布于矿 区东北部及东 、西马鞍山一带 ，或沿 倾向隐伏于矿床内部，组成矿体间接顶板， 局部组成 矿体 直接顶 板 ，厚 1 3 2 0 m。该 层岩溶发育较均匀 ，主要呈溶孔 、溶隙及溶 洞 ，钻孔揭 露溶洞 最大 高度达 2 0 I n ，岩溶 主要顺层位 发育 ，形成地下 水的 良好通道 。 岩溶发育深度一般在 一1 0 0 m 以上 ，最深达 一 3 4 0 m。抽 水 试 验 单 位 涌 水 量 0 ． 1 5 4 1 ． 2 2 6 L ／ s m ，渗透系数 0 ． 2 1 4 1 ． 2 0 4m ／ d ，富水程度 中等至强 。 月山组下段 白云质大理岩 ，呈东西 向分 布于东 、西马鞍山一带或沿倾向隐伏于矿床 内部 ，组成矿 体 间接或 直接顶 板 ，厚 5 0 6 0 m。该层裂隙一般不发育，岩溶仅局部发 育 ，岩溶形态主要为小溶孔 、溶隙，井下揭 露该层 ，富水性相对较弱。 下三叠统南陵湖组 中厚层大理岩 ，分布 于矿区南部大片地区或沿倾 向隐伏于矿床内 部 ，组成矿体直接顶板 ，厚 4 2 0 m。该 层 岩溶发育 ，分布不均匀 ，在地表形成岩溶型 地貌景观 。不同岩溶形态 ，均系沿裂隙 、层 面或构造破碎带发育而成，矿床南部外围浅 部岩溶发育。一般在 一1 0 0 m以上，矿床内 部深达 一3 4 0 m以下。地表浅部溶洞多被泥 沙充填 ，深部一般无充填 。钻孔抽水试验单 位涌水 量 0 ． 0 0 60 ． 0 5 8 I M s m ，渗透 系 数0 ． 0 0 2 31 ． 3 2 1 m ／ d 。该层 因受 岩溶 、构 造及接触带控制 ，各向异性 明显 ，涌水点分 维普资讯 第 l 期 袁小 明 安庆铜矿水文地质特 征及矿坑水害 防治 l 5 布主要与各种含水结构 面的空 间分布有关 ， 该含水岩组为矿体直接顶板 ，厚度大 、分布 广 ，补给水条件好 ，富水性强 ，是矿区最大 的一个主要直接充水岩层 。 1 ． 2 ． 5 岩浆岩类裂隙含水岩组 由燕 山期闪长岩和闪长玢岩组成 ，其中 闪长岩分布于矿 区及以西的大片地区 ，组成 矿区西部相对隔水边界 ，在矿区内组成矿体 直接底板 ，闪长玢岩远离矿体 ，分布于矿 区 东部外 围，组成矿区东部相对隔水边界。 1 ． 3 含水带 1 ． 3． 1接 触 含 水 带 1 矿体 与 大理 岩接 触带 ，一般 不 含 水 ，但局部 与裂隙复合部位含水 ，水量一般 3 0～2 0 0方／ d ，大者可达 6 O 0 m 3 ／ d以上 ，但 以储存量为主，补给量有 限，揭露后迅速减 少并干枯 。 2 闪长岩与大理岩接触带 ，一般干燥 不含水 ，但局部与构造复合部位含水 ，且水 量较大 ，达2 0 0 0 m 3 ／ d以上 ，此类接触带 在 2号矿体 附近 以储存量 为主 ，补给量 有限 ， 揭露后水量迅速减少并干涸。但如构造勾通 了导水性强 、有稳定补给来源的含水层 ，则 水量 较稳 定 ，如东部 探矿 巷道 出水 点 ，有 2 0 0 0 m 3 ／ d以上的清水涌出。 1 ． 3． 2构 j 乞含 水 带 1 断层 含 水 带。矿 区 断层 主要 有 6 条 ，规模最大 、与矿床关 系又甚为密切者为 F ． 断层 ，分布于矿区 中部 ，纵贯矿 区南北 ， 该断层既具有压纽性特 征 ，又有 张性 表现 ， 断裂带内大小破碎岩块 已胶结为完整的构造 岩 ，其基本特征是局部 充水 ，导 水性 不好 ， 充水与否主要决定 于断层通过部 位的岩性。 另外 ，由于 F l 断层后 期被近东 西向的 张性 断裂错断 ，已不能起有效的阻水作用 。 2 裂隙含水带。分布于坑道东南面的 2号沿附近 ，在 一2 8 0 m、 一3 4 0 m、 一4 0 0 m 中段均已揭露 ，其走 向北东 ，倾向北 ，倾角 8 0 ～9 0 。该 裂隙含水带 ，为矿井 主要 的浑 水涌水点 ，如 一2 8 0 m中段揭露时 ，涌水量 由小渐大 ，最大达 1 0 0 0 0 m 3 ／ d ，并导致马山 口地表塌陷加剧 ，后用隔水墙封堵住 。 2 井下 主要涌水 点及地 下水补 给来源与通道 目前 井 下 涌 水 量 ，旱 季 平 均 1 0 0 0 0 m 3 ／ d ，雨季 1 3 0 0 0～1 4 0 0 0 m 3 ／ d 。水点分布， 空间位置上 ，常年性涌水点分布在矿床东南 侧 ，季节性涌水点分 布在 一3 4 0 m 中段 4号 房及 一2 8 0 m中段 0 B硐室 。在层位上 ，铜头 尖组砂岩 中有 1 0 0 0 m 3 ／ d ；月 山组 上段 粉砂 岩中有 1 0 0 0 m 3 ／ d ；月 山组 中段 角砾 状大理 岩在 一2 8 0 m 中段 O B洞室有一 季节性 涌水 点 ，水量 0～4 0 0 0 m 3 ／ d ；南 陵湖组 大理 岩 有多处涌水点 ，水量5 0 0 0～8 0 0 0 m 3 ／ d ；东 部闪长岩风化裂隙带有3 0 0 0 m 3 ／ d 。 铜头尖组砂岩裂隙水，以接受在表裸露 部位的降雨渗补为主，经构造裂隙带缓慢渗 透 ，最后 以较集 中的水 点形 式排泻 于 矿井 内 ，斜坡道 一1 0 m等处 ，张性 裂隙 密集 带 有一稳定涌水 点 ，水量 1 0 0 0 m 3 ／ d ，水 质清澈 ，动态稳定。 月山组上段粉砂岩夹大理岩中岩溶裂 隙 水 ，以接受东南方 向的区域地下水侧 向迳流 补给为主 ，因迳流途径较长 ，流速慢 ，其井 下涌水特征水质清流通澈 ，动态稳定 ，其中 ⋯ 2 8 0 3 4 0 m斜坡道 间 一3 1 0 m有 一 片状涌水点，水量约为1 0 0 0 m 3 ／ d 。 月山组中段角砾状大理岩中的常年性涌 水点 ，原分布 于 一2 8 0 m 中段、 一3 4 0 m 中 段的 T 2 层 位 中，后 由于 东部 探矿巷 道在 一 3 4 0 m 中段 ， 一4 0 0 m 中段 分别揭露 闪长 岩风化 裂隙带 ，涌水量达3 0 0 0 m 3 ／ d以上 。 导致前述常年性涌水点干涸。经分析认为， 闪长岩裂隙含水带处于进水方 向的前方 ，且 又在更低 处 一4 0 0 m中段 被巷道 揭露 ， 地下水主要来源于东南方向的区域地下水侧 向径 流 补 给 ，迳 流 通 道 主要 沿 透 水 强 的 维普资讯 l 6 有色金属设计 第 3 o卷 T Y 2 含水层位 。季 节性 涌水 主要来 源 于马 山口地表水的回灌 ，尤其是 马山口地表塌陷 剧烈时 ，水量 明显增大 ，且浑浊含泥沙 ，其 补给通道为管道式的浅部岩溶进水通道 ，顺 岩层倾 向由马山口进入矿井 内，地下水沿通 道在 一2 8 0 m0 B硐室及 一3 4 0 m4号房涌出 ， 水量达4 0 0 0 m 3 ／ d 。该 通道位于大理 岩与闪 长岩的外接触带 ，塌洞发育 。 南陵组大理岩中的涌水点 ，分常年性涌 水点 一3 4 0 m 2号沿及 一4 0 0 m中段东沿 和季节 性 涌水 点 一3 4 0 m 中段 4号 房 。 常年性涌水点主要源于马山口塌陷区地表水 回灌 、南部地表水的渗漏 以及地下水的侧向 迳流 补 给 ，水 量 旱 季 3 0 0 0 m 3 ／ d ，雨 季 达 5 0 0 0 m 3 ／ d 。季节性 涌水主要来 源于马 山口 塌陷 区地 表 水 的 回灌 ，水 量 最 大 达 3 0 0 0 m 3 ／ d ，且含大量泥沙 。 3 矿坑水 害及 防治 3 ． 1 矿坑水害 3 ． 1 ． 1井 下 生 产 安 全 井下涌水点多分布在构造裂隙或外接触 带附近 ，涌水点最多的是南陵湖组碳 酸盐岩 层 ，其动态特征是 初始水量不大 ，一般少 于1 0 0 0 m 3 ／ d ，但部分 涌水点 的流量 随时间 而增大 ，如 一3 4 0 m中段 1 号沿涌水点 ，初 始水量 1 0 0 0 m 3 ／ d ，后增至8 0 0 0 m 3 ／ d ，险些 造成淹井事故 ，其原 因是含水裂隙中充填 的 泥沙被水流潜蚀带走而疏通 ，这是井下生产 安全的一个隐患。 矿坑水害给井下安全生产带来另一个隐 患是 ，井下涌水有明显的季节性变化 ，雨季 或暴雨后 ，马山口地表水沿河床内塌洞大量 灌入 ，地下水位大幅度 回升 ，地下水沿浅部 强岩溶过水 通道 向北迳 流 ，在井下 一3 4 0 m 4号房 及 0 B硐 室涌 出 ，使井 下 水量 突增 ， 且雨季 最大 日涌水 量 一年 比一年 增大 ，如 1 9 9 3 年 的1 3 5 0 0 m3 增至 1 9 9 7年 的1 9 O 0 0 m3 。 由于是地表水灌入 ，使得井下涌水含沙量大 增。据水样 分析 ，泥沙 量一般 在 6 ％0 左 右 ， 造成水仓淤积，水泵磨损严重，使井下的排 水设备和排水受到影响 ，这是本矿床井下生 产最大的不安全因素。 3． 1． 2地 面 塌 陷 为 了防止矿 坑水 害 ，加强 矿坑 水 的疏 排，使地下水位不断降低 ，采场水头大为降 低 ，以避免矿 山带压开采。随着矿井的疏干 排水 ，矿 区地下水位大幅度下降 ，改变了天 然 的水动力条件 ，加强 了地表水与地下水的 联系与交替。在地表水渗流 、地下水侧向迳 流潜蚀作用下 ，溶洞中充填物和第 四系底部 的土体被侵蚀 搬运而走 ，产生塌陷 ，或者由 于溶洞被疏干 ，水位下降产生真空 ，在负压 作用下发生真空的吸蚀作用而致塌陷。矿区 南部降落漏斗范 围内，频频 发生地面塌 陷 ， 尤其是河 床 塌陷 ，导致 地表 水大 量灌 入地 下 ，经浅部岩溶通道涌入坑下 ，使雨季和雨 后矿坑涌水量猛增 ，且携带大量泥沙。随着 向深部开采 ，降落漏斗的扩大 ，地表塌陷的 范 围增 大 ，雨季 矿坑 最大 涌水量 也越 来越 大 ，从而形成恶性循环 ，给矿 山生产带来更 大 的安全隐患。 3 ． 2 矿坑水害防治 从矿床 水文 地质条 件 和井下 涌水 点分 布 、地下水补给来源 、通道及动态特征分析 可以看出 ，安庆铜矿井下涌水可大致分为 2 个部分 ，即常年性涌水和季节性涌水 。常年 性出水点水质清澈 ，动态稳定 ，补给来源主 要是矿 区东南方向的区域地下水侧向迳流补 给。季节性 出水点的涌水 ，水质浑浊 ，含泥 沙，动态不稳定，与降雨有关 ，补给来源是 矿区南部马山 口地表塌陷地表水 回灌所致 。 根据其特点不 同，防治措施是 先对井下出 水点进行封堵 ，如 一2 8 0 m中段 2号沿 出水 点 ，最大出水量达 1 0 0 0 0 m 3 ／ d ，已被隔水墙 封堵 ；由于 一3 4 0 m 中段 也开 拓 到相 应 位 置 ，在 一3 4 0 m中段 2号沿涌出 ，现经封堵 下转第 2 5 页 维普资讯 第 1 期 袁利伟等 生物 技术浸出难浸金矿 的探讨 在许多国家和地 区已经得到了广泛的研究和 应用 ，相对 于其 它预 处理 工艺 ，如 加压 氧 化 、焙烧氧化等来说 ，细菌氧化具有成本相 对较低 、资源利用充分 、基本无污染 、金 的 回收率高 、流程灵活、操作简单等优点。近 年来它已成为矿物工程学科中发展最快 、研 究最为活跃的领域之一。 参考文献 [ 1 ]聂树 人 ．难 选 冶金矿 石 浸金 [ M] ．北 京 t地 质 出版 社 ，t 9 9 7．9 61 1 9 ． 2 王喜 良。童雄．强化含金矿石的理论与应用 M ] ． 云南 科技出版社 ，1 9 9 9 ． 上接第 8页 过 8 M P a 。由于管道磨损 随料浆流速呈指数 增加 ，因此 ，保持流速大于最低流速 试验 确定约 1 ． 5 m ／ s 而小 于 4 ． 0 m ／ s 是 比较理 想的。 2 当料浆流量 一定时 ，料浆 的流 速 与输送管道 内径 D 的平方成反 比，即 V 4 q ／ T r D 。因此 ，充填料浆在进减压 站 前利用大管径减速 ，其效果较为显著。 3 充填系统的最高压力是在竖管段的 底部 ，由水平管段 的摩擦损失来确定 ，因为 这是一个在竖管段落处 ，具有 自由降落条件 的开 口管系统 。 4 凡 口铅锌矿深部减压系统试验研究 成果可供类似矿山借鉴。 参考文献 [ 1 ]刘 同有 ，等 ．充填 采矿 技术 与应 用 [ M] ．北 京 冶 金工业 出版 社 ，2 0 0 1 ． [ 2 ]罗伯特 库克 ．深 井水 力充填 系统 [ J ] ．世界 采矿快 ．报 。1 9 9 9 ． 1 t 3 0 3 5 ． 上接第 1 6页 后 ，仍有4 0 0 0～5 0 0 0 m 3 ／ d 。其次是对 马山 口地表进行治理 ，治理方法 ①塌洞埋管回 填注浆 ，防止地表水入渗和塌洞 扩大复活 ； ②对马山 口河床中的溶洞塌陷，采取人工河 渠与塌陷区注浆 ，地表水将主要沿人工河渠 流出塌陷区 ，有效控制 了马山 口河床内的塌 陷及地表水的回灌，减少了井下泥沙量及排 水量。再次就是对浅部过水 通道进 行探查 ， 查清后用帷幕注浆进行封堵，消除了井下季 节性涌水点及减少 区域地下水的侧 向迳流补 给量，同时使得雨季坑下涌水中含泥沙量大 为降低 。 目前 ，井下封堵工作基本完成，地表及浅 部过水通道的探查及封堵工作正在进行之中。 4 防治效果及存在 问题与建议 4 ． 1 防治效果 井下出水点的封堵工程完工后 ，基本达 到了预期效果，使井下最大涌水量不断增大 的趋 势 得 到 遏 制 ， 目前 旱 季 平 均 1 0 0 0 0 m 3 ／ d ，雨季 最 大 涌水 量 由 1 9 9 7年 的 1 9 0 0 0 m 3 ／ d ，减少到 1 9 9 3年前的1 3 5 0 0 m 3 ／ d 。 4 ． 2 存在 问题与建议 1 对井下出水点进行封堵后 ，井下涌 水量大为减少，但由于其补给来源与通道依 然存在 ，随着往深部开采 ，矿井高压含水带 的水压越来越 大 ，如南 陵湖组 一2 8 0 m中段 2号沿 出水点 封堵后 ，在下 一 中段 一3 4 0 m中段 涌出。因此 ，潜在的突水威胁越来 越大 。 2 建议加速地表综合治理及浅部过水 通道 的封堵工作 ，防止地面塌 陷及地表水直 接灌入地下；对井下的防水墙加埋探头和放 水孔 ，水压过大及时放水 ，最终防治措施是 上堵 、下排 ，避免矿井带压开采 。 参考文献 [ 1 ]编委会 ．中国有色金属矿 山地质 [ M] ．北 京 地质 出版社 ，1 9 9 1 ．3 1 43 3 4 ． [ 1 ]李 正 根 ．水 文 地 质 学[ M] ．北 京 地 质 出 版 社 ， 1 10． 1 21 1 3 8． 维普资讯