云南蒙自白牛厂银多金属矿区对门山矿段水文地质特征及涌水量预测

2022-10-18蔡家驭陈爱兵王玉祥董雪健

地下水 2022年5期

蔡家驭，陈爱兵，王玉祥，李育，董雪健

(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650093)

0 引言

白牛厂银多金属矿区产银历史悠久，是我国超大型银多金属矿床之一[1]，矿区位于云南省蒙自市区南偏东75°，直距40 km处，其中对门山矿段位于矿区中部，东西宽1.80 km，南北长2.90 km，面积5.22 km2[2]。随着矿区的不断开采，对水文地质问题的研究显得越发重要[3]，如不关注并严加防范，很可能会导致如矿坑涌水、地面沉降等地质灾害现象的发生。前人通过对白牛厂矿区水文地质条件的调查和分析，总结得出了矿床的充水因素[4]。本文在前人研究的基础上，用解析法和比拟法预测了对门山矿段旱季和雨季的矿坑涌水量，并将这两种方法做了对比分析，不仅为矿山的生产设计以及安全开采提供了指标，而且为地质灾害现象的防治提供了依据[5-8]。

1 矿区水文地质特征

白牛厂银多金属矿区位于红河与南盘江两大水系分水岭东侧的德厚河水文地质单元的补给区，属红河流域。地势南西高，北东低，最高点为白牛厂后山，海拔2 276.5 m，最低处为牛作底河流出矿界处，标高1 690.00 m，亦为矿区最低侵蚀基准面位置，属构造侵蚀溶蚀低中山、高原侵蚀河谷地貌类型，沟谷发育，并呈树枝状。

矿区主要出露中、下寒武统及下泥盆统碳酸盐岩地层。褶皱、断裂构造发育。地表以岩溶峰丛-漏斗、落水洞，峰丛-洼地、溶洞组合型地貌为主。矿体赋存于中寒武统碳酸盐岩裂隙、岩溶含水层中。矿区处于区域水文地质单元的补给区，区内地下水主要靠大气降水补给，区域多年年平均降水量1 229.70 mm。

2 矿段水文地质特征

2.1 水文地质单元

矿段总体地势南东高、北西低，最高点大尖坡西侧海拔2 276.5 m，最低点为矿界拐点5核桃冲沟床处，标高1 750 m，亦为矿段最低侵蚀基准面，属低中山高原侵蚀地貌。矿段位于红河与南盘江两大水系分水岭东侧，属红河水系。矿段内及周边附近主要河流、沟溪有有北部的响水沟河、核桃冲沟和南东部的新厂冲沟、老厂大箐沟、羊街子河。响水沟河由南向北贯穿白羊矿段，上游支流延入矿段内，核桃冲沟发育于矿段北东部，均汇入矿段北部外围的牛作底河。新厂冲沟、老厂大箐沟、羊街子河均发源于矿段南部大尖坡附近，向东、南流出矿段。

2.2 水文地质结构

2.3 地下水补给、迳流、排泄条件

矿段处于区域水文地质单元的上游补给区，矿区内河流主要有北部的牛作底河及次一级响水沟、白羊沟、核桃冲沟分水岭及斜坡地带的阿尾、对门山、穿心洞等矿段是接受大气降水的补给区，岩溶洼地、漏斗、落水洞是接受或转化大气降水的场所。地下水总体流向为南西向北东迳流，近河谷地段则向河谷迳流排泄。地下水主要以泉的形式排泄，平均排泄量为29.72 L/s，最枯季排泄量为15.78 L/s。

2.4 矿坑充水因素

2.4.1 大气降水

矿区处于区域水文地质单元的补给区，区内地下水主要靠大气降水补给，多年年平均降水量1 229.70 mm。降水通过渗透和岩溶裂隙通道补给地下水[9]，降雨时具有突增性，地下水流量变化系数4～414倍，水位变幅1.31～26.14 m。

2.4.2 地表水

矿段内对矿床开采有较大影响的河流主要是响水沟河，是以地下水排泄的岩溶大泉为源头，地下水由高向低流动逐步汇聚途经的泉水和降水等地表迳流而形成。河床标高1 860～1 880 m，河道深1～3 m，宽1.5～4.0 m。枯季水位0.2～0.5 m，洪峰时达3 m以上。河水多年平均流量423.32 L/s，最大洪峰流量可达24 495.3 L/s，最小仅24.46 L/s。

2.4.3 顶板冒落导水

由于矿区的主要矿体为I1和I3矿体，I1厚度0.34～22.96 m，平均3.27 m；I3厚度0.47～24.10 m，平均5.48 m。故计算这两个矿体的导水裂隙带和冒带高度以加强分析[10]。

导水裂隙带最大高度计算公式：

(1)

冒带最大高度计算公式：

(2)

式中：∑M为开采矿体厚度(m)。

计算结果见表1。

表1 蒙自白牛厂银多金属矿区对门山矿段I1、 I3矿体冒落带厚度，导水裂隙带厚度计算表

由表1可知，I1的导水裂隙带厚度为64.25 m，小于其距地表水的最小距离，所以与地表水联通充水的可能性不大。I3矿体开采后导水断裂带最大发育高度为80.23 m，而I3与I1间距为20～73 m。平均间距为46.5 m，小于I3矿体的导水裂隙带最大发育高度，故I3矿体导水裂隙带在部分地区可能导通I1矿体采空区积水。

3 矿坑涌水量预测

3.1 解析法

3.1.1 范围及标高

以本次生探资源储量估算范围为矿井涌水量的预测范围，资源储量估算面积0.65 km2即为预测矿井系统面积，主要矿体资源储量估算最低标高1 595.15 m的整数1 595 m为预测矿井最低排水标高。见图1。

3.1.2 边界条件

1.实测不整合地质界线 2.实测地质界线 3.水系及流向 4.向斜轴 5.实测正断层及编号 6.断层及编号 7.推测性质不明断层 8.涌水量预测范围 9.地下分水岭 10.地层代号

3.1.3 参数取值及计算

将矿井系统简化为一个圆形的大井，由已知矿井系统面积F0和预测矿井系统面积F可推影响半径R0和R。再由抽水试验的最大降升S1和抽水井半径r结合R0可算出旱季和雨季的渗透系数和。再根据渗透系数就可以求出预测涌水量[11]。

(3)

(4)

预测区充水含水层为潜水，故选用潜水井的Dupuit公式

(5)

(6)

式中：Q旱、Q雨为预测矿井旱、雨季涌水量(m3/d)；Q0旱、Q0雨为已知矿井及采空区涌水量(m3/d)；S为预测矿井系统水位降深(m)；S0为已知矿井疏干排水水位降深(m)；S1为抽水试验最大降升(m)；K旱、K雨为旱季和雨季渗透系数(m3/d)；r为抽水井半径(m)；R0(已知矿井系统影响半径)：由圆的面积公式可算得为92.73 m；R(预测矿井系统影响半径)：由圆的面积公式可算得为143.87 m。

参数确定：F(预测矿井系统面积):为本次资源储量估算面积0.65 km2；F0(已知矿井及采空区控制面积)：为矿山采空区控制面积0.27 km2；S(预测矿井系统水位降深)：对门山矿段地下水位平均标高1 965.37 m，预测矿井排水最低标高1 595 m，预测矿井系统水位降深370.37 m；S0(已知矿井疏干排水水位降深)：对门山矿段地下水位平均标高1 965.37 m，已知矿井疏干排水平均标高1 761.97 m，水位降深203.40 m；S1(抽水试验最大降升)：53.90 m；r(抽水井半径)：0.2 m。

由上述参数并结合公式(3)、(4)、(5)、(6)可得：预测矿井最低排水标高1 595 m旱季涌水量4 354.41 m3/d，雨季涌水量8 584.91 m3/d。