张 涛，李 鹏，叶兴超

(中陕核工业集团二二四大队有限公司，陕西 西安 710024)

华阳川铀多金属矿地处陕西省华阴市,是一个以铀铌铅为主并伴生有稀有稀土元素的可综合利用的超大型矿床。近年来,随着中陕核工业集团二二四大队在华阳川地区普查,详查工作的推进,该区铀矿找矿勘查工作取得重大突破；在矿化蚀变特征、矿石矿物学特征以及成矿年代学等方面取得了一些认识，但在矿床开采技术条件方面的研究程度较低。

根据矿体埋藏浅、规模大，适合露天开采的特点，进行露天开采境界的优化设计，推荐矿山露天开采时终了台阶坡面角取65°，最终边坡角≤45°。露天采场底标高为856 m，最高台阶标高1 578 m。矿坑涌水量作为露天开采矿山疏排水方案设计的主要依据,其预测结果的准确度直接影响矿山开采设计的合理性和安全性，对于矿山安全生产意义重大。本文通过矿区内水文地质测绘、水文地质钻探、抽水试验、地表水和地下水动态观测等工作，确定矿床水文地质条件，分析矿体充水类型和预测露天矿坑涌水量；提出了未来矿山疏排水工作建议。

1 矿区概况

1.1 地形地貌

华阳川铀铌铅多金属矿地处华山南坡，属秦岭山脉北坡低中山地貌区。矿区海拔高度1 256～1 719 m，最大高差363 m，属于低中山侵蚀地貌。地势总体上北高南低，东高西低，地形坡度一般20°～30°。

1.2 气象、水文

矿区位于秦岭山地气候区，其显著特征为夏季凉爽、冬季寒冷，且昼夜温差变化大。多年平均气温5.7℃～9.1℃，最高气温27.6℃，最低气温-20℃；月平均气温最高为17.3℃(七月份)，最低为-9℃(一月份)。多年平均降雨量777.40 mm，年最大降雨量为1 110.2 mm，年最小降雨量为465.3 mm，每年7、8、9三个月为雨季，降雨量约占全年降雨量的50%，历史上日最大降雨量为119.1 mm(出现于1982年)。每年11月份开始霜冻并降雪，11月中旬至次年3月中旬为积雪期。当地常年主导风向为SW，风向频率8.76%，其次为NW，风向频率3.51%，静风频率73.01%；年平均风速1.9 m/s，最大风速16.0 m/s。

矿区附近川河(下游称罗敷河)属渭河水系，发源于矿区以东约5km的林家沟，自东向西流经矿区南侧，上游汇水面积约42 km2，一般流量300～942 L/s，洪水期最大流量约2 000 L/s。其支流呈树枝状分布，矿区内川河的支流有:饮马店沟、门涧沟、柳沟、刘家沟，均发源于矿区北部分水岭，自北向南流经矿区，在下游汇入川河。其中较大的刘家沟，长度约3.4 km，一般流量107～288 L/s。矿区地表水主要接受大气降水的补给，河水流量与大气降水的关系较为密切；枯水期降水量少，河水流量一般较稳定；雨季降水增多，河水流量也相应增大。

1.3 水文地质条件

1.3.1 含水岩组及其富水性

矿区地下水类型按其赋存条件和含水层性质可分为第四系松散岩类孔隙含水岩组、岩浆岩类裂隙含水岩组、变质岩类风化裂隙含水岩组、变质岩类构造-溶蚀裂隙含水岩组。

第四系松散岩类孔隙含水岩组：分布于矿区内川河及其支流的河谷底部和沟谷两侧山体斜坡坡脚地段；岩性为粘性土、坡积碎石土和冲积、洪积砂、砾卵石。含水层厚度因地形而变，一般厚度0.5～3 m，在支沟沟口厚度可达3～15 m。地下水埋藏深度0.5～20 m，由于含水层出露部位高，补给源不足，雨季泉水沿基岩面产出，泉水涌水量<0.1 L/s，富水性弱。

岩浆岩类裂隙含水岩组：分布于矿区北部瓮峪岭一带及56-72线以西地段，岩性主要为细粒含斑黑云二长花岗岩，岩石呈块状-块体状，微风化，裂隙不发育，单泉水流量<1 L/s，富水性弱。

变质岩类风化裂隙含水岩组：主要分布于矿区大月坪、武家坪片麻岩的风化裂隙带内，发育在靠地表的浅部，岩石节理裂隙发育。从钻孔中观察并参照地表氧化矿测试结果，风化带深度在17.8～115.9 m，地层整体为北倾单斜构造，深部岩石的节理、裂隙发育程度降低，储水条件变差。泉水流量0.1～1.0 L/s，富水性弱。

变质岩类构造-溶蚀裂隙含水岩组：该层主要受华阳川断裂带控制，在本区表现为宽大的脆-韧性断裂带，次级断裂发育，形成了北西-南东向断裂、裂隙密集带，裂隙多被不同类型的脉岩、矿脉充填；断裂带总体呈东西向展布，东西两端延伸出矿区，在矿区内出露长度约6 km，宽约0.5～1 km，总体走向100°～110°，倾向北东，倾角30°～65°，局部地段可见断面南西陡倾。断裂具有多期活动性和力学性质多次转换特点：早期为压(扭)性，形成挤压韧性变形带；中期为张(扭)性，以微小角度斜切了早期挤压揉皱带，区内花岗斑岩沿此断裂贯入；后期表现出压扭性特征。其次矿区内还发育北东向断裂构造，有刘家沟断裂和杨峪沟断裂。在断裂带内形成了不同方向、不同规模裂隙相互交织的裂隙密集带，裂隙充填物为多期次的碳酸岩和混合伟晶岩脉体，脉体发育溶蚀裂隙和溶孔；据钻孔抽水试验资料，单位涌水量0.003 8～0.089 1 L/s·m，富水性弱。该层地下水的水力特性整体为的无压性质；构造裂隙带延展较深，致使含水层厚度较大，在深部亦存在地下水活动。

1.3.2 地下水补径排特征

第四系松散岩类孔隙含水岩组主要接受大气降水，与沟谷两侧基岩裂隙水互为转化，潜水多沿坡面径流，于地形低洼处以下降泉或溢流的形式排泄于地表水系。

地下水的主要补给源为大气降水，因埋藏条件不同，故补给方式有所不同，有直接入渗补给，也有地表水系流经基岩裂隙露头时沿裂隙带入渗。浅层地下水主要沿裂隙以水平运动为主，在沟谷边坡处以泉或渗流形式排泄于地表水，少量沿构造裂隙带补给深部地下水。川河是矿区地表水和浅部地下水最终排泄渠道。

2 露天矿坑充水因素分析

华阳川铀铌铅多金属矿区主要含水层为变质岩类构造-溶蚀裂隙含水岩组；矿体岩性为碳酸岩、混合伟晶岩脉体，产于华阳川断裂构造带中，与主要含水岩组直接接触，为矿体直接充水的矿床。矿山未来拟选用露天开采方式，设计露天开采境界范围1.63 km2，坑口长1 800 m，宽1 330 m，标高1 367～1 606 m；底部面积20 688 m2，标高856 m；露天境界最终边坡角45°；露天境界附近最低侵蚀基准标高为1 331 m。未来矿坑形成后，矿坑将是周围地表水与地下水新的汇聚点，地表汇水面积约为7.98 km2。矿坑涌水量Q将由三部分组成：露天采坑地下水涌水量(Q1)、地表水汇入采坑的水量(Q2)、降入采坑的水量(Q3)。故矿坑涌水量需分三部分来预测。

3 矿坑涌水量预测

3.1 露天采坑地下水涌水量(Q1)

矿床含水层水文地质单元概化：北部以华山岩体为零补给边界，南部以川河为直线形补给边界，边界内含水层可视为各向同性的均质无压含水层。跟据矿山开采方式和矿床充水特征选用“大井法”预测未来矿坑涌水量。

参照《水文地质手册》选用井位于两个平行的供水与隔水边界之间时管井完整井涌水量计算公式：

Q1=2π·K·S(2H-S)/Rc

Rc=2·ln(1.27·L·cot(πd/2L))-2·lnr0

式中：Q1为地下涌水量，m3/d；K为含水层平均渗透系数，m/d，取矿区11个钻孔抽水试验计算结果的算术平均值；S为未来矿坑排水降深，m，采用地形侵蚀基准标高与露天境界底部标高之间差值1 331-856=475 m；H为含水层厚度，m；L为两平行水力边界之间距离，m；d为“大井”距隔水边界的距离，m；r0为“大井”引用半径，m。

式中：F1为矿坑底部面积，m2；根据设计露天境界底部开采面积为20 688 m2。其余各计算参数取值及计算结果见表1。

表1 地下水涌水量计算表

3.2 地表水汇入采坑的水量(Q2)

依据《矿坑涌水量预测计算规程》，地表水汇入采坑的水量按正常降水量和设计频率暴雨量分别计算。华阳川铀铌铅多金属矿属于超大型矿山，暴雨设计频率宜采用P=2%(50 a一遇)计算。

公式分别为Q2=F2Hφ，Q2=F2Hpφp，式中，F2为露天境界汇水面积，m2；φ为正常降雨地表径流系数；φp为暴雨地表径流系数；H为历年雨季日平均降雨量，mm；Hp为暴雨设计频率(P=2%)时的日暴雨量，mm。

根据华阳川铀铌铅多金属矿岩土类型，查《水文地质手册》中地表径流系数表可得：正常降雨地表径流系数φ为0.6，暴雨地表径流系数φp为0.7。设计露天境界汇水面积F2为7.98 km2。H、Hp由华山气象站1981-2017年逐月降雨量资料进行统计计算所得，其余各计算参数取值及计算结果见表2。

表2 地表水汇入采坑的水量计算表

3.3 降入采坑的水量(Q3)

降入采坑的水量按正常降水量和设计频率(P=2%)暴雨量分别计算。

公式分别为Q3=F3H，Q3=F3Hp，式中，F3为露天境界面积，m2；设计露天境界面积为1.63 km2，其余各计算参数及取值参照Q2计算过程；计算结果见表3。

表3 降入采坑的水量计算表

3.4 矿坑涌水量预测结果

华阳川铀铌铅多金属矿露天开采后，矿坑涌水量由上述露天采坑地下水涌水量、地表水汇入采坑的水量及降入采坑的水量组成，即：矿坑涌水量Q=Q1+Q2+Q3。

预测结果：正常期矿坑涌水量为33 758 m3/d，50 a一遇暴雨期为971 822 m3/d。

4 结语

华阳川铀铌铅多金属矿区设计露天境界北部汇水范围较大，地形地貌利于地表水汇集，对露天开采不利。从矿坑涌水量预测结果看，地下水含水岩组受华阳川断裂带控制，富水性弱，采坑地下涌水量Q1只有6 610 m3/d，仅占矿坑总涌水量的19.58%，而相比地表水汇入采坑的水量Q2较大，约占60%。故未来矿山疏排水方案应按三部分组成的矿坑总涌水量进行整体设计，重点应针对地表水汇入采坑的水量Q2设计地表截排水渠工程，进行有效地拦截，防止这部分水量汇入矿坑；同时针对采坑地下涌水量Q1和降入采坑的水量Q3设计矿坑抽排水工程；最大程度降低矿坑涌水对矿山生产的影响。