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            廣東省德慶縣礦山工程中水文地質條件研究論文

            發布時間:2022-05-06 14:15:55 文章來源:SCI論文網 我要評論














            SCI論文(www.0546wclm.com)

            提  要:礦區塊狀礦類裂隙水補給范圍條件較差, 水文地質邊界較簡單, 富水性弱, 礦坑充水以大氣降水為主, 預測礦坑涌水量, 分析礦床水文地質條件。

            關鍵詞 :礦山工程 ;水文地質 ;地下水 ;含水層 ;富水性

            廣東德慶縣某礦區屬于礦產資源豐富區域,其主要位于北 東緣粵西隆起區域,呈羅定斷裂變質帶并與吳川—四會斷裂帶 進行分割, 因此本文針對礦床充水的主要含水層進行分析, 確定 礦床充水的主要含水層及其水文地質參數, 預測礦坑涌水量, 對 礦床水文地質條件作出評價。

            1  地形地貌及氣象

            廣東省德慶縣礦床主要呈伏山地貌分布,山體高在 +250m~450m之間,地勢呈北高南低分布,切割較劇烈,整體呈 V型分布,處于一近南北走向的山嶺,地形上屬水文單元的補給 區,礦區地形地勢具體為貫穿礦區中部的山脊高,往東部、南部 和西部降低,山體標高一般為 120.0 ~ 396.0m。地形切割一般, 以發育“V”型溝谷為主,礦區及周圍無較大的河流及水庫等地 表水體分布,區內的地表水體以溪溝為主,溪溝稍發育,呈樹枝 狀分布, 流向嚴格受地形地勢控制。

            區內地表水體以發育于礦區北西部、北東和南部的溪溝為 主,其流向總體分為自北東往西南流與自西南往北東流, 為區內 的大氣降水及地下水的排泄主要通道。實測流經礦區溪溝的流 量為 0.018 ~ 4.126L/s, 合計流量約為 11.432L/s。區內地表水季 節性變化異常明顯, 其流量和降雨密切相關。

            礦區屬亞熱帶季風氣候,溫暖潮濕,雨量充沛。年平均氣溫 22.1℃,雨季多在 4 ~ 9 月,洪水期 5 ~ 9 月,旱季 10 月~次年 3 月, 多年平均降雨量 1512.8mm, 年最大降雨量2210.7mm, 年最 小降雨量 1080.3mm, 日最大降雨量 171.5mm。

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            2  礦區地質

            2.1  地層

            礦區出露第四系(Qedl)殘坡積層,遍布全礦區,巖性為礦區 礦體碎屑砂質粘土,礦物成分主要為粘土質、石英、含少量礦體 碎屑及植物根莖。一般山脊和山坡相對較厚, 而谷地與山腳相對較薄。礦區內部主要以元古界及下古生界為主, 利用類復理石碎 屑巖綜合堆砌而成, 整個礦區內遍布稀有金屬和稀土元素, 礦區 主要分布在震旦系變質巖中。部分礦區內部呈侵蝕丘陵狀地貌, 最高山體為200m 最低為 50m 整個礦區呈中間高四周低的地形, 最高海拔突破了202m,最低海拔約為 -25m,地形切割形態與山 坡的坡度相關,局部傾角較高,約為 30°,整個侵蝕體呈帶狀不 規則分布, 礦區內部含有特色化地質結構地貌。

            2.2  巖石

            分布礦區全區,為中~晚二疊世二長礦體,呈巖基面狀產 出。礦性具體主要為中細粒黑云母,呈灰白色~淺肉紅色,中細 粒礦體結構,塊狀構造。微(未)風化的礦體即構成本礦區的建 筑用礦體。礦區內部廣泛受于龍降村—春水斷裂影響, 結合加里 東期礦體結構發育與燕山礦體共同組成混合型地貌, 受石澗、巖 田的影響,礦區的礦體主要以混合礦體類結構和條痕條帶狀混 合巖結構為主。

            2.3  構造

            礦區內未見斷裂構造,礦區內的地質構造主要表現為局部 巖漿巖節理裂隙發育, 主要節理裂隙有二組 :①組走向北東, 傾 向北西 300 ~ 320°,傾角 55°,裂隙面較平直,延伸長>10m, 寬0.50 ~ 5.0cm, 1 ~ 2條 /m, 多見礦脈充填, 為礦發育主裂隙; ②組走向北西,傾向北東 30 ~ 40°,傾角 40 ~ 50°,3 ~ 5 條 /m,一般延伸較短,節理、裂隙緊閉,裂隙面平直。①組切割② 組,斷距較小, 約 5 ~ 10cm。

            2.4  氣象

            礦區受到地形影響,主要呈燕熱帶季風氣候,整個礦區處 在北回歸線的南側,因此該礦區的冬天溫度較高,能達到零上 28℃,夏季的溫度也在28℃至 35℃之間變化,全年降雨較多,無 霜期,該礦區的年平均氣溫約為26.5℃,礦區的降雨量較大,夏 季的降雨量能達到2550mm, 年平均降雨量約為 1634.52mm, 全 年的最高氣溫為 38.1℃,全年最低氣溫 0℃,年平均光照時長約 為 1763.5h, 年均蒸發量也達到了 1655.14mm, 因此該礦區的綜 合濕度較大,常年變動在百分之六十至百分之九十之間,3~9 月 是該礦區的主要降雨季節,其中 6~8 月為汛期,降雨量相對較 高,雨季的日降雨量約為 10.5mm,最大日降雨量為 244mm,廣 東省德慶縣某建筑用礦體材料礦區的主導風向為東南風,風速 較穩定,最大可達到 4.5m/s, 最小為 1.32 m/s, 年平均風速約為 2.63 m/s, 礦區內龍舟水、霜凍等災害時有發生。2.5  地表水

            該礦區的地表水發育狀態較差,無較大的地表水體,全礦區 進含幾個小型河流,呈東西向排布,整體流經分布形狀相似,均由 中間向四周擴散,最終匯入礦區外側江中。受礦區內部山體的影 響,來自大氣的降水經常會影響地下水的正常排泄,因此在雨季 時容易產生山洪災害,在礦區外圍,受地表水體發育的影響,設置 了基坑采水區,但外側的水體水量儲存也并不高,常規情況下在 10000立方米內, 水庫儲水量受大氣影響可達到 80000立方米。   2.5  地下水

            廣東省德慶縣某礦區的地下水根據地層的實際狀態共包括 兩種類型, 及塊狀巖類孔隙水和松散巖類孔隙水。松散巖類孔隙 水主要受粘土的影響分布在礦區的殘坡紀砂巖中,因此其含水 量較低,且含水狀態不固定,在雨季可能會出現含水飽和現象, 旱季可能出現枯竭現象, 受地形的影響, 低下補給區域的地形越 高,含水量越低, 對礦山的正常開采有一定的影響。

            塊狀礦體結構孔隙水主要儲存在三期礦體上部裂隙帶中, 受周邊溪流的影響可能存在裂隙帶風化問題,整個礦體結構發 育中,可以用水文鉆孔礦心進行觀測,整個裂隙面呈粉碎狀,且 有水蝕痕跡,可以對 ZK1、ZK2、ZK3、ZK0806、ZK0808 等區域 進行觀察,計算此時的礦脈裂隙侵蝕RQD,礦區的綜合透水率 在 0.03m/s~9.35 m/s, 屬于弱透水等級。

            3  礦床水文地質條件

            3.1  含水層

            根據礦區分布的巖石地層特征及地下水的賦存介質,將礦 區地下水可劃分為松散巖類孔隙水和塊狀巖類裂隙水二類。

            (1)松散巖類孔隙水

            賦存于坡殘積砂質粘性土和全風化礦體結構孔隙中,由于 地勢較高,多為上層滯水,沒有明顯含水層,雨季溝谷兩側低平 處局部形成季節性含水層,枯季無水,多屬透水而不含水巖層, 總體富水性弱。對礦床開采影響較小。

            (2)塊狀巖類裂隙水

            分布于全區,賦存于中~晚二疊世中細粒黑云母二長礦體 的中風化層或構造裂隙中,含水層主要為中風化礦體風化裂隙 和構造裂隙發育帶。據野外調查,泉水一般呈散流狀沿巖石風 化裂隙滲出,泉流量一般 0.014 ~ 0.080L/s。淺部巖石風化裂隙 較發育, 含裂隙水, 含水層厚度受巖石風化裂隙發育程度和地形 控制, 含水層底界與中風化礦體底界基本一致, 以風化裂隙水為 主,局部受構造影響,形成脈狀裂隙水。風化裂隙水一般具無壓 性質, 鉆孔單位涌水量為 0.011 ~ 0.0276L/(s•m),滲透系數為 0.0768 ~ 0.0945m/d(表 1),平均 0.0857m/d, 富水性弱。

            3.2  隔水層

            分布于淺部的坡殘積土層、全~強風化礦體,已呈土狀,透 水性差, 可視為相對隔水層 ;分布于微風化礦帶之下的新鮮、完 整礦體結構,裂隙不發育,而且多為充填閉合狀,同可視為相對 隔水層。


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            根據表 1 的計算結果可知,孔號為 SZK6-1 的含水層厚度在 20.0m~106.27m 之間,該孔號主要分布在溪流附近,局部物質 成分包含黏土、粉質沙土等、能起到隔水層作用,此時的降深 為 18.10m 為全部孔號中的最低數值,其綜合涌水量為 17.28 m3/ d, 與其單位涌水量排名呈反向相關,SZK3-2 的含水層厚度為 106.27m,證明該孔號分布于整個礦區,埋藏較淺,除淺部風化、 半風化層含有塊狀巖類裂隙水外, 深部均形成隔水巖體。其降深 數值為 36.82m 處于較高水平,因此其相對涌水量和單位涌水量 也偏低, 分別為2.333 m3/d、0.0007 L/(s•m), 研究 SZK3-2 的滲透 系數表,其含水層的厚度較一致,均為45.00m,該孔號附近的巖 石一般呈淺肉紅色,局部呈灰或淺灰色,礦物粒度較均勻,以中 粒、斑狀花崗結構為主, 局部細粒結構, 致密塊狀。

            3.3  地下水的補、逕、排條件

            (1)礦床處于區域水文地質單元的補給區與徑流區,地下水 主要接受大氣降水垂向直接補給。

            (2)分布于區內淺部的孔隙潛水主要接受大氣降水直接補 給和溪溝水側向補給, 該地下水與溪溝水的水力聯系較密切, 既 受溪溝水補給, 同時也向溪溝水排泄。

            (3)基巖裂隙潛水主要接受大氣降水的垂向補給,局部接受 溪溝水的滲入補給,沿風化裂隙下滲與運移,形成地下徑流,流 向與地形密切相關, 總體與溪溝水流向基本一致, 該類型的地下 水具較明顯的徑流路途短的特點,往往在地形低洼處以散流或 下降泉形式排泄。

            (4)對該區域的地表水及地下水進行觀測,它的平常流量在 8.8~12.5m3/d,2019 年 8 月 8 日,它的流量為 10.92m3/d, 當天礦 區及周邊下大雨,下雨之后第二天 , 測得其流量為 10.86m3/d,8 月 9 日流量為 10.23m3/d,8 月 13 日流量為 10.86m3/d,8 月 14 日 流量變小為9.67m3/d,之后逐漸變小, 到 8 月26 日變為7.86m3/d, 證明廣東省德慶縣某礦區的地下水受降雨的影響較大,隨著降 雨量的增加,低下水流量會逐漸增加,反之,低下水流量會逐漸減小。地下水與地表水之間的水力聯系總的趨向是, 雨季地表水 補給地下水, 旱季地下水以泉水形式補給地表水。

            3.4  礦坑涌水量預測

            (1)礦床水文地質特征及礦坑充水因素

            本礦床為建筑用礦體,呈塊狀大面積分布于全礦區,礦體被 坡殘積層和全~微風化巖覆蓋,控制礦體標高在 20m 以上。礦 體及其圍巖上部為基巖風化裂隙潛水含水層, 富水性弱, 下部新 鮮、完整的礦體結構較為致密,富水性總體極微弱,可視為相對 隔水層。根據礦區、礦體規模、埋藏條件及礦床水文地質特征, 未來礦山宜用露天開采。
            由上可知,未來礦坑充水因素主要為大氣降水直接充水,次 為基巖風化裂隙潛水的側向充水。

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            (2)礦坑涌水量預測

            礦床擬采用露天開采,本次預測礦坑涌水量范圍為全礦區 范圍。
            ①邊界條件
            礦床含水層為基巖風化裂隙含水層,呈層狀分布,可視為無 限補給邊界, 開采時地下水從四周以平面流形式對礦坑充水。

            ②預測深度

            根據礦體的控制深度及含水層特征,未來礦床擬設開采最 低標高為20m, 因此本礦床預測水平為20m標高。

            ③預測方法及計算公式的選擇

            根據礦床開采方法和充水特征,大氣降水充水量采用面積 法計算,地下涌水量采用地下水動力學法(“大井法”)計算。計 算公式為 :

            ①礦坑大氣降水充水量正常大氣降水充水量 (Q1) 采用公式(1)計算Q1=AFφ.........................................................................(1)
            最大大氣降水充水量 (Q2) 采用公式(2)計算
            Q2=A暴 Fφ......................................................................(2)

            ②地下水涌水量
            裂隙潛水含水層采用公式(3)計算 :
            ................................................(3)

            (3)參數的確定

            ①采礦場的面積(F)
            以礦區邊界所框定的面積為未來露天采場的面積,采用地 理信息系統從涌水量計算圖上量得結果為 1998000m2。

            ②降雨量(A)
            據德慶縣氣象局 1995 ~ 2014 年多年日平均降雨量(A1)為 0.0041m, 日最大降雨量(A2)為 0.1715m。

            ③正常降雨時的地表徑流系數(φ)
            根據礦床水文地質特征,采用《水文地質手冊》經驗值,φ為 0.7。

            ④滲透系數(K)
            裂隙含水層(K)采用 SZK3-2 和 SZK6-1 鉆孔抽水試驗滲透 系數平均值作為計算值, 結果為 0.0857m/d(表 1)。

            ⑤礦坑排水降深值(S)
            采用礦區潛水位平均標高(246.93m)降至含水層底界平均 標高(225.12m)之差值, 結果為21.81m。

            ⑥影響半徑(R)

            裂隙潛水含水層采用庫薩金經驗公式(4)計算 :R=2S   (4)計算結果為 58.89m ;  

            ⑦ ;礦坑引用半徑(r0)

            根據采坑形態, 采用不規則圓形公式(5)計算 :...........................................................................(5)式中F 為露天采場最大面積。礦坑引用半徑計算結果為 797.50m。

            ⑧引用影響半徑(R0)

            采用公式(6)計算 :                           R0=R+r0  (6)計算結果 :裂隙潛水含水層引用影響半徑為 856.39m。

            (4)涌水量計算結果

            ①礦坑大氣降水充水量預測結果

            礦坑大氣降水正常充水量 Q1 為 5734m3/d,最大日充水量 Q2 為239860m3/d

            礦區擬開采標高 396 ~ 20m 礦體,礦山開采大部分地表降 雨匯水可沿地表坡面自流排出礦區外,開采標高 120m 以下礦體 時,為凹陷開采,地表降雨匯水無法自然排出采場,需采用機械 排水,經估算,礦區范圍日正常礦坑涌水量 7445m3/d,日最大降 雨礦坑涌水量 241571m3/d。開采過程中,應在采場外圍根據實 際地形設置截水溝攔截坡面水流,避免暴雨期間礦區外圍坡面 流水涌入采場。

            綜合礦區水文地質特征,塊狀巖類裂隙水補給范圍條件較 差,水文地質邊界較簡單, 富水性弱, 礦坑充水以大氣降水為主, 開采標高 120m 以上礦床時,礦坑水可自然排泄,但開采標高 120m 以下礦床時,屬局部凹陷開采,礦坑水不能自然排泄,需 采用抽水設備進行排水。

            綜上所述,礦區水文地質勘探類型為第二類(裂隙充水礦 床),礦床水文地質條件簡單。

            參考文獻

            [1]  廣東省德慶縣某礦區建筑用花崗巖礦資源儲量核實報告 .

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