江西省芳村金矿区水文地质特征及涌水量预测

孙西安

（江西省地质局第三地质大队，江西 九江 332100）

1 矿区地下水补给、径流、排泄条件

矿区四面环山，在地形上均构成地表分水岭。仅南侧地形偏低，山体坡度一般在30°以上，地表水向南侧排泄。最高点天字号、黄子号，海拔标高分别为512m和643.9m。最低点芳村一带附近标高约81.6m，相对高差约145m～200m。

矿区地下水主要为大气降水渗透补给，“补、径、排”条件受地层、岩性、地质构造、地形、地貌等因素控制明显。地下水位总体北高南低，运动方向自北向南，且降幅较大。地下水位又呈“U”形凹陷，同时又受制于北北东向断裂带影响，使地下水的渗透途径短，交替循环条件良好。表现为补给快、径流时间短、排泄迅速之特点，导致泉水稀少，也和此有关。枯季干涸，雨季较丰富，受季节性气候影响明显。这些特点除上述外，在钻孔静止水位观测，溪流动态水位观测中均可得到体现[1]。为了解矿区地下水的动态变化，我们分别建立了3个静止水位动态观测孔。这些钻孔，主要分布在矿区中部、东部、北部。所建立的动态观测孔，受大气降水影响都较明显，只不过这些钻孔随所处地形和含水岩层埋藏条件不同及岩石裂隙发育程度不均而有所差异。例如，ZK308钻孔静止水位观测中，2008年7月31日测得水位标高为194.73m，断续下了6天雨，降雨量为210.4mm，水位上升了0.53m，但由于矿区地势陡峻，冲沟比较发育，有利于地表水排泄，故水位动态变化不大，年变幅为1.57m～12.63m不等。矿区内岩层富水性偏弱，也是与这有关。暴雨时，水位上升，雨量持续时，动水位亦随之相对应持续上升。雨停后，动水位亦缓慢下降，大约一个星期后（7天），动水位逐渐接近原静止水位。再如，XL03主干溪流的水位观测更说明矿区地表水流量的变化严格手天气变化的影响“亦涨亦落”之特点，平水期流量0.72L/s～14.3L/s，洪峰流量217L/s。暴雨时流量随降雨量的变化而加大，有时会短暂淹没田地，而暴雨停止5～7天后水位又逐渐恢复到原水位。这些特点足以说明矿区地下水径流时间短，排泄通畅，地下水位变化严格受气候条件影响变化之特点。

2 矿区水文地质特征

芳村金矿区位于景德镇市北东45km处，总体为一单斜的水文地质单元。矿区东北侧最高，西南侧最低，呈凹凸不平缓倾斜山垄形地貌。大气降水为本矿区地下水主要补给来源。在天字号、黄子号一带，地势高，植被茂密，基岩部分裸露，有利于地下水入渗，形成区域地下水补给区。矿区主要含水岩层中元古界双桥山群横涌组(Pt2h)板岩、变砂岩，大面积裸露，直接接受大气降水补给，构成良好的地下水补给范围[2]。构造形成断裂带及其上下两侧受影响的岩石风化破碎、裂隙带均不同程度发育，形成地下水良好的通道，有利于对含水层补给。由于这一带地势高，地下水径流途径短，导致泉水稀少，也和此有关。

根据地下水在岩层中赋存特征与水力性质，矿区地下水可划分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和构造裂隙水三个主要含水层；现分述如下。

2.1 松散岩孔隙潜水含水层

赋存于第四系松散堆积层空隙中，以潜水为主。主要分布于矿区中部芳村一带，其它在山间谷地、地形低洼处、低矮山体均有一定分布。含水层富水性为弱～极弱，按含水来源性质又可分为两个亚类。

2.1.1 山间河谷冲积含水层

由第四系冲积层和残坡积碎石、砾砂混粘性土组成，分选性差，混杂较多粘性土，含水层厚度0.50m～2.0m，最大厚度一般不超过5m。通常上覆有1.5m～3.0m厚褐黄色粉质粘土，地下水位埋深0.5m～1.5m左右，水位标高103m～324m。呈条带状或不规则面状分布于斜坡及沟谷区，赋存残坡积或沟谷第四系砂砾卵石孔隙之中，水位埋藏浅，由于砂砾卵石孔隙中泥质成分含量高，渗透性、富水性较差，水量贫乏。单井涌水量在10m3/d～30m3/d之间，在干旱年份，大部分水井出现干枯无水现象。水质类型为HCO3·SO4—Ca·Na型低矿化度弱碱性淡水，矿化度92mg/L，PH值7.08～7.12，含水层富水性为弱～极弱。

2.1.2 山间谷地坡积含水层

主要分布于矿区低矮山间谷地和山间缓坡地带。由第四系坡积粘土、粉质粘土、碎石组成。厚度0.5～5.0m不等，碎石粒径大小不一，由上往下含量渐增，固结较好。据坑道揭露，仅有零星滴水现象，含水层富水性极弱。

2.2 基岩裂隙含水层

2.2.1 风化带网状裂隙含水层

地下水储存空间主要为风化裂隙，含水层富水性一般较差，主要分布于矿区西侧较高处。出露标高108.5m～337.7m，地下水位埋深7.2m～54.5m。由中元古界双桥山群横涌组(Pt2h)第二岩组上段、第三岩组下段中的板岩、变砂岩等组成。风化带平均深度5m～10m，最大风化厚度21m。岩石风化较强烈，多风化成松散状砂土和可塑状粉质粘土。据钻孔稳定流抽水试验表明，单位涌水量一般小于0.0014L/s·m～0.01L/s·m，富水性极弱。深部岩石较完整，裂隙不甚发育，客观上起到相对隔水层作用。因此，本层可视为相对隔水层。

2.2.2 基岩裂隙水

分布于整个矿区，由中元古界双桥山群横涌组(Pt2h)第二岩组上段、第三岩组下段中的板岩、变砂岩等组成。岩石较致密，节理裂隙发育为一般～中等，多呈闭合状，泥质含量高。岩层中发育的节理裂隙构造为基岩地下水的储存运移创造了空间，但受岩性裂隙率低及节理充填程度高等因素的影响。该类地下水水位埋藏变化较大，含水层厚度不均匀，富水性较差，深部则为脉状承压水[3]。

基岩多裸露地表，并构成构造剥蚀低山地形的山脊和坡地，出露标高108.5m～452.0m，层厚150m～1520m，地下水位埋深3.7m～62m。该层经钻孔稳定流抽水试验表明，单位涌水量0.0021L/s·m～0.01L/s·m，富水性弱～极弱，水质类型为HCO3·SO4—Ca·Na型，矿化度88mg/L，PH值7.08～7.12，总硬度73mg/L～81mg/L，属低矿化度弱碱性淡水，可视为相对隔水层。

由于该含水岩层中板岩板理较发育，地下水沿板理径流，易在与变砂岩接触部位富集，因此该层地下水富水性具有不均匀特征。

2.3 构造裂隙含水层

本区属宜丰～景德镇～屯溪深断裂带的中偏东段地区，断裂均呈北东至北东东向（40°～60°为主）展布。矿区范围内区域断裂不甚发育，断裂构造表现为平行密集成带的特征。

矿区范围内构造裂隙均不同程度发育，主要表现为岩层表面线状节理、裂隙较发育。根据坑道掘进观察，主要为2组不同期次的“X型”张性节理，多被后期石英岩脉充填，且裂隙内充填较多泥质。巷道中主要出水点，表现为渗水、滴水和小股线流，水量有限。巷道中地下水大多沿节理面出现少量渗水、滴水和小股线状水流，这些都说明地下水存储和水动力条件不显著。地面无水库、湖泊等地表水体，仅发育数条季节性溪流。据ZK802钻孔抽水试验表明，单位涌水量0.0071L/s·m～0.01L/s·m，富水性弱～极弱，水质类型为HCO3·SO4—Ca·Na型，矿化度88mg/L，PH值7.08～7.12，总硬度73mg/L～81mg/L，属低矿化度弱碱性淡水，含水层富水性为弱～中等。

依据矿区钻孔稳定流抽水试验及参照相邻矿区的资料为依据，综合判定本矿区含水层富水性为弱～中等，因此，构造裂隙是本矿区主要含水层。

3 矿床充水因素分析

3.1 构造破碎带、风化裂隙带对矿床充水的影响

矿区范围内构造简单，岩层向南陡倾，走向近东西，成单斜构造，未发现大的断裂，根据坑道掘进观察，主要为2组不同期次的“X型”张性节理，多被后期石英岩脉充填，且裂隙内充填较多泥质。2组节理控制着该区地层和矿体的完整程度，另外风化剥蚀作用使岩层多处裸露于地表，岩层表面线状节理、裂隙又比较发育，可以直接接受降水入渗补给。

因此构造节理破碎带、风化裂隙带是大气降水、相邻含水层中的地下水进入矿床的主要通道，也是矿坑涌水的主要因素，但由于节理裂隙紧闭性强、泥质充填程度较高，对矿坑充水条件影响有限。

3.2 地表水对矿床充水的影响

主要含矿带标高介于100m～350 m之间，预计矿井最低排泄面90m，因此，矿井开采地段最低排泄基准面海拔高程高于地表水水位标高，矿区内无较大的导水断层等规模性充水构造，地表水体仅有可能沿构造破碎带，风化裂隙带入渗，对矿床充水有微弱影响，因此，地表水不构成矿床充水的主要因素。

3.3 老窿水对矿床充水的影响

矿区现已发现老硐10余处，最大深度约100余米，深部采空区长度约500m。由于前人开采条件限制，多采用自然明排处理。因此，古采硐多分布位置较高，与矿床之间存在100m～200m左右的垂直距离，且含矿岩体裂隙不甚发育，富水性较差，老窿中也未积累过多的积水向下入渗，因此部分老窿水对矿床充水的影响有限。但在开采过程中要加强防范，不可轻视老窿积水。

4 矿坑涌水量预测

4.1 矿体埋藏条件及开采方案

本矿区的主要矿体面积约1.56Km2，矿体边界西到19线，东到20线，A3～A8矿体走向长小于1000m，倾斜延伸长小于1200m左右。最高标高413m，最低标高118m，主矿体全部位于自然排水基点标高81.6m以上。

根据矿体埋藏条件，给合矿区水文地质特点和开采时有利于自然排水的地形条件，按坑采160m左右中段开采为宜。在此中段开采可使整个矿坑地下水能自然排出。

4.2 计算原则及方法

矿区是区域地下水的补给区，矿坑周边没有明显隔水边界，矿体直接顶板中元古界双桥山群横涌组(Pt2h)第二岩组上段、第三岩组下段中的板岩、变砂岩等组成。厚度1250m～1520m，矿体底板间接顶板中元古界双桥山群横涌组(Pt2h)板岩、变砂岩，富水性均较弱。据钻孔抽水试验表明，单位涌水量0.007L/s.m～0.01L/s.m，富水性为弱含水层，可视为相对隔水层；构造裂隙含水层，单位涌水量0.101L/s.m,富水性为弱～中等含水层。含水层与矿体顶板、底板相互之间水力联系不明显，可视为一个含水系统。

由于矿区含水层富水性为弱～中等含水层，矿井开采过程中地下水有利于自然排水等特点，故矿坑涌水量采用渗入系数法、比拟法、大井法进行计算。

（1）渗入系数法：

根据补给水源分析，矿区与地表水体及区域地下水无明显水力联系，大气降水是区内唯一补给来源。第四系厚0～15m，地表岩石具强～中等风化状，局部全风化状。松杉茂密、植被发育，有利于降水入渗。其渗入系数采用坚硬岩石与半坚硬岩石、裂隙发育少与较少之间值0.15，按下式计算垂直平均渗入量：

式中：Q—地下水垂直渗入量m3/d；

F—汇水面积1.98km2；

α—渗入系数（经验值0.15），代入下式计算：

（2）比拟法：

根据XJ2坑道数据统计，坑口标高108.50m，据坑道相邻0线、7线、8线剖面分析，平均水位标高252.19m。因此在计算坑道水位降低时，采用水位标高平均值252.19m。

XJ2坑道口流量Q=1.76L/s，坑道长600m,宽30m,控制面积18000m2，水位降低25.20m，因此，单位面积流量为0.0001L/s.m2。用比拟法计算150m中段流量时，采用原坑道流量1.76L/s，面积18000m2，水位降低值25.20m，预测坑道长1200m,控制开采面积485000m2，水位降低43.20m，代入下式计算：

式中：q—原坑道流量152.06m3/d，F2—预测坑道控制面积485000m2；

F1—原坑道控制面积18000m2，S2—预测坑道水位降低值43.2m；

S1—原坑道水位降低值25.2m；

（3）大井法：

因各含水层相互水力联系不明显，开采150m标高中段时，矿体直接顶板与间接顶板中元古界双桥山群横涌组(Pt2h)第二岩组上段、第三岩组下段中的板岩、变砂岩等形成单一含水体，开采时降落漏斗从坑道四个方向进水。在计算时可视为“大井”。选用ZK802钻孔抽水试验成果资料，相应采用渗透系数0.16m/d，影响半径137m。含水层厚度46m，水位降低67m，大井影响半径137m，引用影响半径为2730+137m，代入下式进行计算：

式中：K—0.16m/d，S—水位降低值67m；

m—含水层厚度46m，r—影响半径137m；

R—大井引用影响半径2730+137m；

（4）雨季瞬时最大涌水量：

若采用最大季降雨量α＝0.6779m进行计算，则坑采丰水期雨季瞬时最大涌水量为：

上述计算结果见涌水量计算结果表，表1

表1 涌水量计算结果表

5 涌水量预算结果评述

以上采用三种不同计算方法，计算100m中段坑采总涌水量结果为1020.15m3/d～1121.28m3/d之间。不同计算方法和成果表明，以三种不同的计算方法结果比较接近，与矿区毗邻的大背钨金矿区矿井实际涌水量基本相符，因此矿坑正常涌水量为1019.73m3/d～1121.28m3/d，雨季瞬时最大涌水量为2212.49m3/d。我们认为矿坑涌水量的计算结果基本上符合实际条件，可满足矿山开采技术条件需要。

6 结论

矿区的水文地质条件为简单～中等的矿床。在开采时矿体与含水构造同属一体，又常与构造含水层交汇。近矿围岩亦受构造影响，在局部软弱夹层或透镜体分布，各类结构面较发育情况下，易产生局部滑移和变形破坏。矿山未来开采过程中，应继续加强水文地质研究工作，继续加强对矿区韧性剪切带、构造破碎（裂隙）带等主要导水构造的研究工作，以便能更好的指导今后矿山开采活动。