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​矿山水文地质调查的重要性——以汕尾市大湖镇虎窝山矿区为例

​黄骏宇

广东省有色地质勘查院,广东广州,510030

摘要: 随着矿产资源的大力开发,矿产资源勘查中的水文地质问题也逐渐受到人们的重视。水文地质问题主要为地下水位的变化对岩土工程稳定的不利影响和涌水等问题。本文以汕尾市海丰县大湖镇虎窝山矿区为例,阐述了矿区水文地质勘查的基本方法,初步查明了矿区水文地质、工程地质和环境地质条件,得出该矿床开采技术条件属工程地质、环境地质复合问题中等类型(Ⅱ-4),并针对工作中存在的问题提出相应的解决方法,希望给相关人员提供一些参考数据。
关键词: 水文地质;涌水量;开采技术条件
DOI:10.12721/ccn.2023.157037
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0 引言

近年来,随着社会经济的快速发展,相应的对矿产资源量的需求也越来越大。在矿产地质勘查工作中,由于环境的持续恶化以及极端天气的频发导致水文地质问题变得越来越突出,同时,为了推进绿色可持续发展战略,在发展中优先考虑对环境的保护[1],因此在矿山开采过程中应防止各类地质灾害的发生,避免出现人员伤亡等重大安全事故的出现,这就需要提前对矿山水文地质问题有所掌握,并针对地质问题制定有效的防治措施,从而提升工程建设的安全系数,发挥出水文地质应有的作用。

而在矿山水文地质勘查阶段中,矿坑涌水量的预测是主要的工作任务之一,同时也是开发利用方案设计中制定疏干措施、确定排水设备、型号以及确保矿山安全生产的主要依据[2-3]

1、矿区自然地理及概况

矿区位于汕尾市海丰县东南端,距海丰县城约36.5km,地处亚热带季风气候,气候温和,无严寒酷暑,雨量充沛,区内多年平均降雨量2588.6mm,年最大降雨量出现在2006年,为3859.3mm,雨季主要集中在5~9月,并有台风袭击。矿区属丘陵地貌,地形起伏较大,沟谷纵深切割较深,区内最大高差为154.0m,地势上总体呈南高北低的特点。区内水库位于矿区东南侧约500m处,水库集水面积约0.3 km2,多年平均水位标高214.3m,规模为小型。矿区内主要有两条自西南向北东向流动的溪流经过矿区,最后汇入北东部的东溪河。

拟设矿区面积为0.14364km2,开采标高为+198m~0m,本矿山资源量估算矿区范围内保有建筑用凝灰岩矿资源量(矿石量)479.5万m3,其中控制资源量153.0万m3,推断资源量为326.5万m3,开采方式为露天开采,计划生产规模30万立方米/a,矿山生产建设规模属大型。

2、矿床开采技术条件

矿山水文地质调查是矿山资源储量勘查工作中的重要组成部分,其调查方法显得尤为重要。本次野外调查路线采用穿越法,调查路线垂直于测区各岩层走向布置,穿越地形、地貌、地层、构造以及不良地质作用等,掌握矿区地质条件的复杂程度。

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照片1 现场测量节理产状(镜像135°)

2.1 水文地质条件

(1)区域水文地质条件。根据区域水文地质资料,区域地下水可划分为第四系松散岩类孔隙水、块状岩类裂隙水两大类含水岩组。其中第四系松散岩类孔隙水主要分布于山间盆(谷)地以及矿区外东溪河两岸的多级阶地中,地下水位变化幅度0.5~3.5m,单井涌水量100~800m3/d,水化学类型主要以Cl·HCO3-Na型为主,富水性中等,属于水量中等地段;块状岩类裂隙水主要分布于矿区内及矿区外约4.0km范围内,含水层岩性主要为二长花岗岩、石英砂岩及凝灰岩,常见泉流量多在0.1~2.5L/s,水化学类型为HCO3·Cl-Na为主,总体而言,本矿区位于丘陵区,富水性和透水性弱的裂隙含水层之中,其外围大多为富水性弱的含水层,局部富水性中等,无大型区域地下水源。

(2)矿区地下水类型。矿区处于地下水补给—径流区,属区域地下水贫乏区。地下水类型为第四系松散岩类孔隙水和块状岩类裂隙水,松散岩类孔隙水主要赋存于山坡和斜坡地带坡残积砂质粘土,拟设矿区东部局部分布有洪冲积砂质粘土和砂层含水层,厚度一般0.50~3.60m,水化学类型为HCO3-Ca型;块状岩类裂隙水赋存于侏罗系上统兜岭群凝灰岩风化裂隙和构造裂隙中,含水层主要为强风化—中风化凝灰岩风化和构造裂隙发育带,厚度一般6.45~30.95m。拟设矿区地下水的补给、径流、排泄基本保持自然状态。

(3)矿区涌水量预测。矿山未来开采为分台阶露天开采方式,开采标高为+198m~0m,矿区最低标高为+44m,矿山在未来开采中存在凹陷开采。未来矿山开采将形成一个大的开采平台,矿坑的主要充水水源为大气降水,涌水量主要为大气降水。矿区区域多年平均降雨量为2588.6mm,日最大降雨量为473.1mm,采用Q=F×P×a(式中Q为汇水量;F为汇水面积;P为常年降雨量或日最大降雨量;a为地表径流系数)公式计算标高+44m以上采坑涌水量和标高+44m以下采坑涌水量,结果见下表1:

表1  矿坑涌水量预测

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矿区水文地质模型及边界条件清晰,其含水层四周以分水岭为含水层边界,呈不规则圆形边界范围,垂向空间分布上,标高+44m以上开采时,地形上有利于大气降水的自然排泄;标高+44m以下凹陷开采,需通过抽排水设施将矿坑水抽出,在开采过程中应注意观察、收集地表水和地下水动态数据,更好指导矿山开采,确保矿山生产的安全。综合判定,矿区水文地质条件简单。

2.2 工程地质条件

据现场调查及钻探揭露,矿区内岩体分为松散岩组、软弱岩组、较坚硬组和坚硬岩组。其中松散岩组主要由第四系残坡积含砂(砾)粘土、粉质粘土和全风化凝灰岩组成,厚度一般在1.0~3.0m,最厚达9.0m,坡顶薄,坡底厚,质地松散,透水性较好,强度较低,遇水易软化崩解,工程地质稳定性差;软弱岩组主要为强风化凝灰岩,厚度为0.55m~6.83m,基本保有原岩结构,裂隙发育,半岩半土状,工程地质稳定性较差;较坚硬组为中风化凝灰岩,分布于强风化凝灰岩之下,两者呈渐变过渡关系,厚度9.82~25.7m,发育有多组节理(见图2-1);坚硬岩组主要由微风化凝灰岩组成,厚度>20m,该类岩组坚硬、致密,岩心完整,岩体完整性好,属于坚硬岩,强度高,边坡稳定性好。

矿区坡残积层和全—强风化凝灰岩稳定性较差,在降雨侵蚀作用下,容易失稳;中风化凝灰岩上部较破碎,裂隙发育,结构欠完整,下部岩石较完整,总体稳定性较好;微风化和新鲜凝灰岩(矿石)结构完整,致密、强度高,岩体稳定性好,边坡稳定;现状矿区范围基本保留原始地貌状态,工程地质条件良好。采场边坡最大高度约198m,综合判定工程地质条件中等。

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图2-1节理裂隙走向玫瑰花图

2.3 环境地质条件

未来采矿活动引起地形地貌的变化、土地资源、自然植被的损坏,残积土和全—强风化凝灰岩结构松软、裂隙发育,边坡稳定性较差,终了开采边坡高度较大,在雨水冲刷作用下可能引发局部崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,矿山排水造成下游水体浑浊、河床抬升等问题。判定矿区环境地质条件为中等。

综上所述,矿区水文地质条件简单,工程地质条件中等,环境地质条件中等,参照《固体矿产地质勘查规范总则(GB/T13908—2001)》中矿产开采技术条件勘查类型划分及工作要求表划分标准,矿床开采技术条件属工程地质、环境地质复合问题中等类型(Ⅱ-4)。

3 存在的问题

(1)在矿山水文地质调查工作中,我们需要确定矿区及周边区域地下水的水位埋深,其中区域地下水可通过调查走访周边区域的泉点、居民的民井等地下水出露点确定。而矿区地下水位则是通过勘探期间钻孔的稳定水位来确定,在实际工作中,往往以钻孔施工完成后的钻孔水位作为矿区地下水位,由于在钻探施工过程加入了泥粉或其他黏合物,使得钻孔水位短时间内未能达到稳定状态,因此,为了较准确的把握矿区地下水埋深,需要钻孔施工完成后静置数天,再连续三天侧钻孔中的稳定水位,以每天测量水位相差不超过0.03m视为钻孔中的稳定水位。

(2)矿产企业对水文地质调查工作重视程度不足。目前,大多数矿产企业只注重追求经济效益,而忽略了对矿山水文地质调查的投入,导致企业内部对矿山水文地质状况的掌握不够准确,在方案制定的过程中缺乏科学的数据作为依据,仅凭“经验值”进行数据处理和判断,最终给矿产作业过程中埋下了安全隐患,也给环境带来了不可估量的破坏。因此,在今后的矿山地质调查工作中,应加大对矿山水文地质调查工作的投入,以便更全面、更准确的掌握矿山内部地质结构、水文地质条件等,为方案的制定提供科学的数据。

4 结语

矿山水文地质勘查作为矿山资源储量核实工作中的重要组成部分,对未来矿山开采利用方案的制定具有重要的指导意义,因此,在未来矿产资源开发工作中应引起足够的重视,尤其是地质环境条件复杂的矿山更应该加大对矿山水文地质调查工作的投入,基本查明矿山开采技术条件,为矿山地质勘查工作的顺利实施奠定良好的基础,从而获得巨大的生态效益和经济效益。

5 参考文献

[1] 王立武. 水文地质在矿山地质勘查中的重要性思考[J]. 世界有色金属, 2021(000-024).

[2] 马洪超, 林立新. 大井法预测矿坑涌水量[J]. 采矿技术, 2009, 9(2):3.

[3] 徐红晶. 水文地质工作在矿山地质勘查中的重要作用[J]. 黑龙江科技信息, 2019.