湖南省某矿区水文地质的问题与对策

所属栏目:矿业论文 发布日期:2010-08-31 14:11 热度:

  摘要:文章论述了某矿区水文地质条件,并且根据原有资料对矿山开采中暴露的地质环境问题进行综合分析,取得了对矿区水文地质条件较全面的认识。
  关键词:雨量为1157.2mm,雨量集中在3~7月份,日最大降雨量为92.7mm,最大小时暴雨量为51.1mm。
  矿区南侧低山发育SN向冲沟,流量变化较大,自南流向北,汇入北侧的良田溪。良田溪是矿区较大的地表水,溪水自西向东流入矿区北侧后折向北东,其平均流量是2027m3/d,雨季最大流量是5141m3/d。
  1.2地质构造
  矿区位于官余复式向斜南端,其东侧为界牌岭短轴倾伏背斜,矿体主要赋存于背斜核部的100~200m标高内。
  (1)近SN向断层主要有四条,包括F1、F3矿区水文地质;环境问题;综合分析;;湖南
  湖南省某矿区是大型含铍萤石-锡(铜)矿,位于某县距县城约42km,省道1806线自西向东横贯矿区中部。由于受当时工作程度的限制,对矿区水文地质条件认识不够,致使在采矿过程中,出现了严重的地质环境问题,造成了一定的经济损失。本文利用原有资料对矿山开采中暴露的地质环境问题进行综合分析,取得了对矿区水文地质条件较全面的认识,对今后类似矿山的勘探和开采具有一定的借鉴意义。
  1矿区水文地质条件
  1.1自然地理概况
  矿区属剥蚀、溶蚀低山丘陵地貌,地势南西高,北东低。矿区内南西侧是剥蚀低山,相对最高点是界牌岭,标高为584.1m;北东侧是溶蚀丘陵,最低点是良田村附近,标高为340.8m,为矿区相对侵蚀基准面。矿区相对高差为243.3m。
  该区属亚热带季风区,气候温和,潮湿多雨。据宜章县气象站资料,该区历年平均气温为17.6°C,最高气温为38°C,最低气温为0.5°C;年平均降、F4、F5,走向一般为15°,其中F1、F3、F4为走向正断层,产状为110°∠50~80°;F5产状为280°~290°∠60°。F4规模最大,长度约为3~4km,破碎带宽度为50~70m。背斜东西两翼分别受F1和F3两条走向断层所切割。
  (2)NW向断层主要有四条,包括F201、F202、F401、F402,产状为35°~50°∠40°~70°,均为张扭性横断层。该组断层常表现为错断SN向断层,一般规模较小,但破碎带较发育。
  1.3地层的含水性
  1.3.1石磴子组灰岩岩溶裂隙含水层
  石磴子组灰岩在矿区内下伏于测水组之下,在官余向斜两翼及SN两端均有出露,为矿体的直接赋矿层位,其厚度是430m。该地层中地表岩溶发育,溶沟、溶槽、漏斗常见;地下岩溶也较发育,钻孔见溶洞率为63.41%,岩溶率为0.48%。岩溶发育在F4上盘和倾伏背斜轴部,其发育标高一般在200~100m左右,局部受构造影响,发育标高最深达-205.55m。该层富水性主要受构造控制,在断层破碎带、接触带和风化带等地段,岩溶裂隙发育,含水性较强,且自上向下富水性减弱。总体上属中等富水,泉水流量为0.1~1.0L/s,钻孔单位涌水量为0.542L/s.m。

                                    t1.jpg
                                                                       图1矿区水文地质图
  Fig.1HydrogeologicalmapoftheminefieldC2+3、Cz-壶天群、梓门桥组含水层Cc-测水组隔水层Cs-石磴子组含水层1-水文地质界线2-断层及编号3-上升泉及流量(L/s)4-涌水钻孔及编号5-地面塌陷6-坑道编号7-地表水及流向
  1.3.2测水组砂页岩隔水层
  在矿区内出露较广,岩层厚度为60~100m。该岩层浅部风化破碎,风化深度为40m左右,含风化裂隙水,泉水出露少,流量很小,一般在0.1~0.5L/s。风化裂隙被粘土充填较好,为隔水层。
  1.3.3壶天群与梓门桥组白云质灰岩岩溶裂隙含水层
  该岩层呈NNE向分布于官余向斜核部。岩溶发育,岩溶受SN向、EW向断层和节理构造的控制,地表岩溶形态多为溶沟、石芽,地下以竖向发育的溶蚀裂隙
  和溶洞为主。该岩层富水性强,泉水出露较多,最大流量为5.55L/s,一般为0.1~1.0L/s。该岩层上覆5~10m厚的第四系粘土和粉砂质粘土,土为褐、黄褐色。不均匀含碎石、角砾,其量约为10%~20%,碎石、角砾成分多为砂岩,偶见灰岩,粒径一般为1~3cm。土呈可塑状态,土洞较发育。
  1.4断层的导水性
  1.4.1近SN向断层的导水性
  F1、F3、F5断层结构面紧密,胶结充填良好,导水性差。F1经注水试验,其单位吸水量为0.1534~0.20L/s.m;F3经注水试验,其单位吸水量为0.0388L/s.m。F4断层位于背斜轴部,破碎带宽度50~70m,断层两侧裂隙发育,岩溶较发育,导水性能强,单位吸水量为1.806~3.310L/s.m;PD375坑道揭露有较多的流水点,其流量为1.4L/s左右。
  1.4.2NW向断层的导水性
  主要有四条,F201、F202、F401、F402均为张扭性横断层。该组断层常表现为错断SN向断层,一般规模较小,但破碎带较发育,且有较好的导水性能,可形成地下水渗流通道。
  1.5地下水补给、径流、排泄条件
  矿区地下水主要在南端接受大气降水补给,赋存于岩石的裂隙和溶洞中,沿着岩石的裂隙和溶洞向NNE向径流,在北端良田村一带以泉的形式排出地表,泉水流量最大为2.6L/s。
  2矿坑水文地质特征
  2.1矿坑开采现状
  界牌岭多金属矿于2000年6月取得开采权以来,已开掘一条明斜井、三条肓斜井。其中明斜井(XJ500)延伸至240m中段;从240m中段分别向NE及NNE掘进1#、2#肓斜井,目前1#、2#肓斜井已分别掘进至标高67.0m和165.0m;3#肓斜井由240m中段向NW延伸与PD375平巷相连接。
  2.2矿坑突水、出水特征
  矿山从2000年9月26日掘进斜井和平巷等坑道设施以来,自2001年6月8日至2003年7月10日,有十多处遇裂隙和溶洞突水,突水标高是80~316m。其中有十多处遇裂隙突水,流量为40~180m3/h,一般是100m3/h;有二处遇溶洞突水,日期分别是2001年6月8日和2003年7月10日,流量分别是2000m3/h和5192m3/h。矿山于2003年11月3日停止掘进,矿坑水位控制稳定在240m标高,日排水量为1000m3。
  3地质环境问题
  矿山开采引发的地质环境问题主要有岩溶塌陷、地下水位下降和地表水倒灌。界牌岭矿抽排地下水引发矿山西部的里田乡塔下村余家、王家和何家等地的岩溶塌陷,塌陷区距离抽水点1000m左右,发生的地层层位是壶天群与梓门桥组。
  塌陷始发时间是2002年9月28日,2003年10月再次发生岩溶塌陷,总影响面积是35000m2,共产生塌坑200多个。塌陷导致地面变形、墙体倾斜开裂、农田无法耕作、1806线桥墩稳定性受到影响,岩溶塌陷严重破坏了居民住房和1806线的安全运行。在矿山开采期间,壶天群与梓门桥组含水层地下水位下降。其中2003年1月14日至2003年2月19日,最大降幅达6m,最大下降速率达1.35m/d,导致泉水逐渐干涸。受陷坑的影响,地表水如良田溪水由塌陷坑直接流入地下,致使溪水断流,而矿坑水量递增。
  4水文地质条件分析
  4.1原有观点
  过去认为,矿区为一倾伏背斜蓄水构造,区内东、西、北三面为隔水性能良好的测水组砂页岩形成了一个完整的隔水边界,它隔离了矿区外围的壶天群、梓门
  桥组含水层中的地表水、地下水与矿区地下水之间的水力联系,使背斜蓄水构造形成一个封闭型的独立水文地质单元。矿区中心部位浅部岩溶不发育,在对锡矿
  体开采时,不具备产生地面塌陷的基本条件。矿床水文地质类型属于以裂隙溶洞水为主的含矿层直接进水的水文地质条件中等的岩溶充水矿床。
  4.2现有观点
  4.2.1主要结论
  主要矿体位于当地侵蚀基准面以下,主要充水含水层是壶天群、梓门桥组,富水性强,补给条件好;近SN向和EW向构造破碎带发育,导水性强且沟通良田溪等地表水体;第四系厚度大、分布广,疏干排水产生大面积的塌陷,水文地质边界复杂,矿床水文地质类型属于以裂隙溶洞水为主的含矿层间接进水的水文地质条件复杂的岩溶充水矿床。
  4.2.2水文地质条件分析
  (1)在天然状态下,矿区地下水在南端接受补给,在北端良田一带以上升泉的形式排泄出地表,相邻南侧的石磴子组含水层中的ZK1/160钻孔也有涌水现象,石磴子组含水层与壶天群、梓门桥组含水层中的地下水水力性质相同,并且存在着水力联系。
  (2)在开采条件下,处在石磴子组灰岩中的矿坑掘进发生的较大的矿坑突水,其水源主要是矿区外围的壶天群、梓门桥组含水层中的地下水和地表水,突水通
  道是沿断层发育的溶洞;由于矿坑抽排水,导致西侧壶天群、梓门桥组含水层中地下水位下降,并发生岩溶塌陷和地表水倒灌。
  (3)矿区为一倾伏背斜构造,区内东、西、北三面为隔水性能良好的测水组砂页岩形成的隔水边界。引起矿区石磴子组含水层与壶天群、梓门桥组含水层地下
  水发生水力联系的通道是矿区内发育的近SN向断层和NW向断层,这两组断层破坏了测水组砂页岩隔水边界的完整性。
  5结论
  (1)矿床水文地质类型属于以裂隙溶洞水为主的含矿层间接进水的水文地质条件复杂的岩溶充水矿床。
  (2)矿区水文地质工作的范围不能太小,应该包含地下水的补给、迳流和排泄区域。
  (3)矿区水文地质工作应加强水文地质条件的分析,并应设计安排恰当的水文地质钻探和抽水试验工作量等,充分揭露矿区的水文地质问题。
  (4)矿山开采是验证矿区水文地质条件的最好手段,应充分利用矿山开采所暴露的地质环境问题进行分析,不断提高和完善对矿区水文地质条件的认识。
  参考文献:
  [1]GB12719-91.矿区水文地质工程地质勘探规范[S].中国标准出版社,1993.
  [2]贺文良,何松茂,周新发,等.湖南省宜章县界牌岭矿区含铍萤石、锡(铜)矿普查报告[R].中国有色金属工业总公司湖南有色地质勘查局二三八队,1998.
  [3]文世新,胡幼明,等.宜章县里田乡塔下村三组地面塌陷区工程地质调查报告[R].中国有色金属工业长沙勘察设计研究院,2003.
  

文章标题:湖南省某矿区水文地质的问题与对策

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