翟篤軍

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局322地質(zhì)隊(duì)）

小王家鐵礦位于安徽省蕪湖市無為市湯溝鎮(zhèn)雍南小王家村，是近年來勘查新發(fā)現(xiàn)的小型鐵礦床。本次勘探主要任務(wù)是查明礦區(qū)水文地質(zhì)條件、含水性巖組特征、隔水層、地下水的補(bǔ)徑排條件以及含水層之間的水力聯(lián)系，預(yù)測(cè)礦坑涌水量。根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)勘查規(guī)范要求，進(jìn)行了穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，求取滲透系數(shù)，掌握礦區(qū)水文地質(zhì)條件，進(jìn)行綜合性水文地質(zhì)的評(píng)價(jià)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)礦坑涌水量，為轉(zhuǎn)地下開采提供科學(xué)依據(jù)［1-5］。

1 區(qū)域水文地質(zhì)特征

礦區(qū)地處長(zhǎng)江沖積平原河流漫灘，區(qū)內(nèi)地形平坦，地勢(shì)由西北向東南緩傾，地面高程為6.2～7.8 m。礦區(qū)所在區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛。區(qū)域河流眾多，塘壩、水庫(kù)星羅棋布。過境河流主要有長(zhǎng)江，境內(nèi)河流主要有西河、裕溪河。礦區(qū)水塘密布，且氣候條件復(fù)雜，水旱災(zāi)害頻繁，基本上每年都有不同程度的洪澇旱災(zāi)發(fā)生。

小王家礦區(qū)位于裕溪口—龍?zhí)裂亍虏痕住獪珳弦痪€的1 個(gè)復(fù)式背斜，稱裕湯復(fù)背斜［1］，并由其構(gòu)成具有背斜構(gòu)造特征的水文地質(zhì)單元。因該水文地質(zhì)單元地處長(zhǎng)江沖平原，亦可稱之為沿江平原水文地質(zhì)單元。礦區(qū)地下水類型以孔隙水、裂隙水2類為主，水力性質(zhì)分別具有孔隙潛水-承壓水、孔隙承壓水和基巖裂隙承壓水特征，該水文地質(zhì)單元的含水層有第四系（Q4al）松散狀態(tài)黏土、砂、砂礫，新近系（N）未固結(jié)成巖的粉砂巖、含黏土砂礫石巖，三疊系徐家山組（T2X）碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖3 層結(jié)構(gòu)，沿江充沛的降水是地下水補(bǔ)給的主要來源。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1 含水性巖組特征

（1）強(qiáng)富水的第四系（Q4al）孔隙含水巖組。區(qū)內(nèi)主要為長(zhǎng)江第四紀(jì)全新世（Q4al）沉積層廣泛分布，主要巖性為灰黃色亞黏土、灰黑色淤泥質(zhì)黏土、青灰色粉細(xì)砂和亞黏土互層、青灰色砂礫石層，鉆孔揭露厚度5～55 m，鉆孔單位涌水量QCP=0.17～1.95 L/（s·m），滲透系數(shù)KCP=0.67～5.19 m/d，水質(zhì)類型為HCO3-Ca·Mg型中性淡水。地下水位標(biāo)高5 m左右。

（2）弱富水性的新近系（N）松散孔隙含水巖組。主要巖性為黏土巖、黏土夾砂礫石、泥砂礫石巖構(gòu)成，未固結(jié)成巖，結(jié)構(gòu)松散。因此富水與透水性明顯弱于上部第四孔隙水。但該層因黏粒成分分布不均，存在富水性和滲透性有較大的差異性。如以往小王家詳查抽水資料顯示，該層單位涌水量q=0.058～0.072 L/（s·m），滲透系數(shù)K=0.031～0.093 m/d，水質(zhì)類型為SO4·HCO3-Ca·Na 型中性微咸水。地下水位標(biāo)高4～6 m。該含水巖組地下水主要接受上部強(qiáng)富水性的第四系孔隙含水巖組的補(bǔ)給，補(bǔ)給源豐富。

（3）中等—較強(qiáng)富水的碳酸巖裂隙巖溶含水巖組。主要由三疊系中統(tǒng)徐家山組（T2x）組成，巖性為灰、深灰、灰白色白云巖，灰質(zhì)白云巖，白云質(zhì)灰?guī)r。含水巖組厚度數(shù)十米至300 余米。該巖組在侵入接觸帶和礦體附近，或在侵入巖脈順層侵入穿插形成局部侵入巖捕虜體等地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的地段，構(gòu)造裂隙和具有良好聯(lián)通性的孔洞（晶洞）較發(fā)育，含水巖組富水性和滲透性中等至較強(qiáng)。大尚家鐵礦床本次勘探抽水試驗(yàn)，鉆孔單位涌水量q=0.024～1.350 L/（s·m），滲透系數(shù)K=0.002 2～0.681 0 m/d，富水性弱—強(qiáng)。但相鄰的施墩鐵礦Q1 孔抽水試驗(yàn)資料［2］顯示，q=0.834～1.25 L/（s·m），滲透系數(shù)K=1.3～2.17 m/d［2］；金龍鐵礦W2 孔抽水試驗(yàn)資料［3］顯示，鉆孔單位涌水量q=1.05 L/（s·m），滲透系數(shù)K=1.54 m/d。綜合考慮雍鎮(zhèn)鐵礦田有關(guān)水文地質(zhì)資料，可以確定三疊系中統(tǒng)徐家山組以碳酸巖為主的含水巖組，是礦床主要的和直接充水的含水巖組，其富水性為中等至較強(qiáng)，非均質(zhì)性明顯。含水巖組地下水位標(biāo)高0.39～5.65 m，水化學(xué)類型為SO4·HCO3—Na·Ca 型或SO4—Ca·Na·Mg型中性微咸水。

（4）弱—中等富水的裂隙巖溶含水巖組。主要由三疊系中統(tǒng)黃馬青組（T2h2）地層組成，巖性為泥巖、角巖化泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及粉砂巖。含水層呈緩傾斜層狀，厚度18～216 m。巖心呈堅(jiān)硬或半堅(jiān)硬，完整，多呈柱狀，裂隙不發(fā)育。富水性和滲透性均較弱。據(jù)金龍鐵礦區(qū)W2 抽水試驗(yàn)資料，鉆孔單位涌水量q=0.13～0.20 L/（s·m），滲透系數(shù)K=0.11～0.13 m/d，水質(zhì)為SO4·HCO3—Ca·Na 型。地下水位標(biāo)高4～6 m。

2.2 隔水層

（1）三疊系中統(tǒng)黃馬青（T2h1）組隔水層。主要巖性為鈉長(zhǎng)石角巖、角巖化粉砂巖、角礫巖和方解石巖，巖石硬而脆，張裂隙不發(fā)育，厚4～134 m，鉆孔揭露孔內(nèi)很少出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，視為隔水層，分布于礦區(qū)南部，構(gòu)成局部隔水邊界。

（2）石英閃長(zhǎng)巖（隔水巖體）。巖性為石英閃長(zhǎng)巖，鉆孔揭露巖石完整呈柱狀，裂隙極不發(fā)育，構(gòu)成礦床的隔水底板。該層呈帶狀分布于礦區(qū)的西部，頂部與弱富水性的新近系（N）松散層接觸。據(jù)以往抽水資料，滲透系數(shù)K=0.009 6 m/d，為相對(duì)隔水層巖體。

（3）地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件。沿江充沛的降水是地下水補(bǔ)給的主要來源。第四系孔隙水除接受大氣降水補(bǔ)給外，主要接受長(zhǎng)江、運(yùn)漕河地表水體的補(bǔ)給。長(zhǎng)江河床深切第四系全新統(tǒng)砂礫石強(qiáng)富水性的含水層，兩者水力聯(lián)系密切，由于砂礫層位于長(zhǎng)江河床底部，而長(zhǎng)江水位即使是枯水季節(jié)也不會(huì)見底，砂礫層補(bǔ)給源豐富，受長(zhǎng)江地表水的補(bǔ)給關(guān)系是永恒。但淺部孔隙含水層在長(zhǎng)江水位季節(jié)性變化范圍，則存在季節(jié)性互補(bǔ)關(guān)系。淺部地下水季節(jié)性轉(zhuǎn)變往往比較緩慢，滯后于地表。地下水與地表水位互補(bǔ)關(guān)系隨遠(yuǎn)離江岸逐漸消失。第四系淺層孔隙水除以蒸發(fā)形式排泄外，主要向當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面——長(zhǎng)江匯集排泄。

2.3 礦床充水因素分析

小王家鐵礦賦存于鈉質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖與三疊系中統(tǒng)徐家山組（T2x）［4］接觸帶的巖體凹陷部位。富水性中等至較強(qiáng)的［5］裂隙巖溶含水巖組（徐家山組T2x）是礦床主要充水層，巖溶較發(fā)育，以小型溶孔為主，直接充水并具有典型承壓水特征的一個(gè)含水層。徐家山組（T2x）裂隙含水層構(gòu)成礦體的充水頂板，鈉質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖構(gòu)成了礦體的隔水底板。徐家山組（T2x）裂隙含水層是礦區(qū)直接充水含水層，在礦坑疏干排水狀態(tài)下，不僅接受側(cè)向補(bǔ)給，還接受上覆新近系與第四系孔隙水的補(bǔ)給。礦區(qū)疏干排水期間，松散層孔隙水主要通過徐家山組（T2x）直接向礦坑充水，為該礦坑直接充水層。

雍鎮(zhèn)鐵礦田各礦床地質(zhì)、水文地質(zhì)編錄資料中，未發(fā)現(xiàn)有明確的含水?dāng)嗔褬?gòu)造。施墩鐵礦坑道開拓過程中迄今也未發(fā)現(xiàn)有此類構(gòu)造存在，大尚家鐵礦本次勘探也未發(fā)現(xiàn)構(gòu)造。雖然如此，但由于勘探程度有限，已開采的礦床尚處于開采初期階段，因此還不能否定礦區(qū)范圍內(nèi)充水?dāng)嗔哑扑閹Т嬖诘目赡苄?。而侵入巖體接觸帶可以認(rèn)為是有重要意義的含水構(gòu)造帶。侵入接觸帶附近巖石構(gòu)造裂隙較發(fā)育，巖石也較破碎，地下水相對(duì)活躍，是控制和影響礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件的基本因素，也是引發(fā)坑道不穩(wěn)定，發(fā)生變形、破壞以及坑道出現(xiàn)突水的重要因素。此外，因鉆孔封孔質(zhì)量存在問題而使第四系孔隙水通過鉆孔而涌入坑道，造成礦坑突水并可能發(fā)生淹井的這種人為因素引起的礦床充水，也不可忽視。

2.4 含水層之間的水力聯(lián)系

為查明強(qiáng)富水的第四系（Q4al）及新近系（N）松散層孔隙水與下部統(tǒng)徐家山組裂隙巖溶水之間水力聯(lián)系問題，除設(shè)立12個(gè)基巖裂隙水觀測(cè)孔之外，還專設(shè)KZK004、KZK202、觀14（N 層）、觀11（Q 層）孔作為多孔及群孔抽水試驗(yàn)的觀測(cè)孔（圖1）。礦區(qū)各含水層之間的補(bǔ)給關(guān)系：強(qiáng)富水性的第四紀(jì)全新世（Q4al）孔隙含水層（上層）補(bǔ)給→弱富水性的新近系（N）松散層含水巖組（中層）補(bǔ)給→徐家山組（T2x）裂隙巖溶含水巖組（下層）補(bǔ)給→閃長(zhǎng)斑巖（底層、隔水層）。如多孔抽水水位下降幅度與出水量呈正比關(guān)系，群孔抽水時(shí)各觀測(cè)孔水位下降幅度是多孔的1～3倍，此異?，F(xiàn)象可以說明二者之間水力聯(lián)系較弱。

3 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

3.1 預(yù)測(cè)方法及結(jié)果

小王家鐵礦礦體賦存于背斜南東翼石英閃長(zhǎng)巖與徐家山組外接觸帶破碎的白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖中，礦體連續(xù)性好，含水巖組富水性和滲透性中等至較強(qiáng)?？梢源_定三疊系中統(tǒng)徐家山組以碳酸巖為主的含水巖組，是礦床主要的和直接充水的含水巖組，依據(jù)礦床含水層結(jié)構(gòu)及分布特征，主要含水巖組分布范圍延伸至區(qū)外，水文地質(zhì)單元可視為無限邊界，為此，礦坑涌水量采用大井法計(jì)算［4］。對(duì)于潛水完整井，計(jì)算公式為

式中，Q為礦井疏干預(yù)測(cè)涌水量，m3/d；K為礦井疏干含水層滲透系數(shù)，m/d；M為礦坑疏干含水層厚度，m；H為潛水含水層的厚度或承壓含水層初始水位，m；h0為疏干時(shí)的水柱高度，m；R為引用影響半徑，m；r0為引用半徑，m。

滲透系數(shù)K的取值主要依據(jù)抽水試驗(yàn)所得出的實(shí)驗(yàn)值，為0.78 m/d；含水層厚度依據(jù)鉆孔剖面資料，取含水層平均厚度112 m；含水層的初始水位H取3個(gè)不同的工況，即洪水期12.87 m，平水期4.30 m，枯水期2.10 m；礦區(qū)面積概化為圓形，計(jì)算得礦坑涌水量Q=61 345 m3/d。

3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性說明

（1）礦坑涌水量將隨著開采深度和開采范圍的增加而增大，上述計(jì)算結(jié)果是預(yù)測(cè)的礦坑最大可能涌水量，也就是礦床開采范圍和開采深度基本達(dá)到最大限度時(shí)的涌水量。

（2）這里預(yù)計(jì)的礦坑涌水量不包括因開采不當(dāng)，斷層帶充水、礦坑頂板破壞而發(fā)生的第四系孔隙水直接潰入坑道中的地下水量，也不包括鉆孔因封孔質(zhì)量存在問題，使第四系地下水通過鉆孔而涌入坑道的水量。

（3）礦區(qū)均存在定水頭、常量補(bǔ)給邊界，采取強(qiáng)行疏干排水，雖能在一定時(shí)間范圍內(nèi)形成局部的疏干空間，但實(shí)際上不太可能出現(xiàn)地下水位被疏干至礦層底板的現(xiàn)象，不存在嚴(yán)格意義上的疏干時(shí)間，礦坑疏干排水是個(gè)長(zhǎng)期的過程。

（4）礦區(qū)主要為中等—較強(qiáng)富水的碳酸巖裂隙巖溶含水巖組，礦區(qū)主要含水層巖性為灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，是礦床主要的和直接充水的含水巖組，其富水性為中等至較強(qiáng)，這一特性與涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果相符。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）礦床內(nèi)地下水儲(chǔ)存量較豐富，礦體頂板巖性為三疊系中統(tǒng)徐家山組（T2x），其溶洞、溶蝕裂隙局部較發(fā)育，含水層局部連通性透水性較好，是礦區(qū)主要充水層，雖然多數(shù)巖心較完整，但巖石多為半堅(jiān)硬，其強(qiáng)度不高，局部巖體較破碎，在破碎帶、礦巖接觸帶、圍巖接觸帶兩側(cè)、巖體松軟破碎地帶等出現(xiàn)涌水點(diǎn)的頻率較高，極易發(fā)生突發(fā)性涌水、冒頂、片幫事故，礦山開采過程中應(yīng)采取防范措施，可采用先探后采方法掘進(jìn)。

（2）通過抽水試驗(yàn)與涌水試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，求得礦區(qū)滲透系數(shù)K=0.78 m/d，計(jì)算涌水量Q=61 345 m3/d，預(yù)測(cè)結(jié)果具有一定參考性，可為礦山未來開采設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

（3）礦區(qū)存在定水頭、常量補(bǔ)給邊界，采取強(qiáng)行疏干排水，雖能在一定時(shí)間范圍內(nèi)形成局部的疏干空間，但實(shí)際上不太可能出現(xiàn)地下水位被疏干至礦層底板的現(xiàn)象。在生產(chǎn)過程中，若井巷出現(xiàn)突水現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)采取措施堵治水；若是有透水預(yù)兆或其他異?，F(xiàn)象，建議立即停工探明原因。建議礦山結(jié)合已有觀測(cè)孔，建立長(zhǎng)期地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，進(jìn)一步查明各含水層之間的水力聯(lián)系問題以及地下水位動(dòng)態(tài)變化規(guī)律等。