《浅覆盖型岩溶区露天矿山科甲铝土矿涌水量预测方法》-理学论文，地理论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

浅覆盖型岩溶区露天矿山科甲铝土矿涌水量预测方法

范文

李景刚

摘要：科甲铝土矿矿床位于桂西南，分布于岩溶洼地、谷地中，属浅覆盖型岩溶区露天矿山[1] [2]。矿区内岩溶及地下河发育，地表表现为缺水景观。矿体产于第四系土层中，埋藏较浅、透水性差，底板为土层或灰岩，大部分矿体底板位于地下水位之上，小部分位于地下水位变动带，水位以下含孔隙潜水，孔隙潜水与岩溶水有一定水力联系。矿体底板高于枯水期岩溶水位12～30m，矿体均埋深在岩溶地下水位之上，故岩溶水对矿体开采无影响。预测涌水量计算采用矿体汇水范围内大气降雨充水量。大气降雨充水量：最大值采用各年日最大降雨量的平均值、雨季正常值采用多年雨季日平均降雨量值。在一般情况下，采坑充水可通过洼地低处的落水洞自然排泄或以分散下渗的方式自然排泄。

关键词：水文地质；矿山水文地质；堆积型铝土矿；浅覆盖型岩溶矿山；涌水量预测

前言：科甲铝土矿位于广西龙州县境内，矿床属岩溶堆积型一水铝土矿[1]，分布于峰丛-洼地、峰丛-谷地中，溶洞及地下河系统发育，地表较为缺水。矿体产于第四系土层中，埋藏较浅，矿体均高于枯水季岩溶水位12～30m，适于露采。在一般情况下，采坑充水可通过洼地低处的落水洞自然排泄或以分散下渗的方式自然排泄，水文地质条件属简单类型。

1 矿区自然地理

属亚热带季风气候，四季温暖、日照强烈。年降雨量841.8～1879.3mm；降雨最多年份为1953年，降雨量1879.3mm，最少年份为2007年，降雨量为841.8mm；5～9月为雨季、降雨量约占全年的80%；多年雨季日平均降雨量9.8mm/d，多年日最大降雨量平均值85.5mm/d（1966年最大216.5mm/d），大雨、暴雨及大暴雨是最主要的降雨形式，约占全年雨量的49.2～71.4%。

从1953～2010年的57年间，龙州县共下暴雨（日降雨量在50～99.9mm）216次，大暴雨（日降雨量在100～250mm）29次，日最大降雨量发生于1966年6月12日降雨量达216.5mm，特大暴雨（日降雨量大于250mm）0次。按57年计算，年平均暴雨3.85次，大暴雨0.47次，特大暴雨0次。

属西江水系左江流域，据龙州左江水文站观测资料、年均泾流量88.4亿m3、枯季年均泾流量45.8亿m3。

矿区位于分水岭两侧，属地下水于补给—径流区。地形北高南低，海拔最高667m，最低283m，最大高差384m，属低山丘陵区。峰丛耸立、植被稀疏、自然坡角>50°；谷地地形平缓、洼地略陡，一般都有第四系分布，自然坡角<25°。以岩溶地貌为主，峰丛-洼地、峰丛-谷地常见；地表常见溶斗、干沟，天窗、溶井，溶洞等，呈缺水景观。

区内有沉积型及堆积型两种成因铝土矿，沉积型铝土矿赋存于都安组（C1-2d）底部古岩溶风化面上的沉积岩层中，堆积型铝土矿主要赋存在离矿源层不远的以泥盆系、石炭系为基底的岩溶洼地、谷地中。本文主要分析堆积型铝土矿水文地质特征。

2 水文地質背景

区域地层：黄洞口组（ h）浅变质泥岩、砂岩；莲花山.那高岭组并层（D1l-n）砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、灰岩；郁江组（ D1y）粉砂质泥岩、细砂岩、泥质灰岩、生物灰岩；黄猄山组（ D1hj）白云岩、白云质灰岩；唐家湾组（ D2t）灰岩、白云岩、泥质灰岩，夹基性火山岩；融县组（ D3r）灰岩、白云质灰岩、白云岩，夹基性火山岩；都安组（C1-2d）灰岩、白云岩、铝土质泥岩；大埔.黄龙组并层（C2d-h）中厚层状灰岩。在洼地、谷地中分布有第四系土层，为堆积型铝土矿赋矿层位。矿区总面积36.67km2，横跨区域分水岭两侧，分水岭及东部是主赋矿区域。地表水及地下水，分水岭以西流入越南国、以东自北向南东径流。

划分3个含水岩组：①松散岩孔隙水含水岩组：主要分布于岩溶洼地、谷地中，地层为第四系。②碎屑岩裂隙水含水岩组：由泥盆系郁江组、莲花山.那高岭组并层、寒武系构成，厚度大于100m，呈条带状分布于矿区西南部。主要为裂隙水，泉水流量0.013～0.22 l /s，富水性弱，水化学类型为HCO3-Ca·Na型，PH值7.6，矿化度0.023g/l，硬度12.6mg/ l。③碳酸盐岩裂隙溶洞水含水岩组：由石炭系黄龙组、大埔组.黄龙组并层、都安组，泥盆系融县组、唐家湾组、黄猄山组构成，总厚度>2000m，分布面积广；岩溶较发育，落水洞、溶洞、溶井等岩溶形态都比较多见；含裂隙溶洞水，富水性中等～强；水化学类型为HCO3-Ca或HCO3-Ca·Mg型，PH值7.1～7.6，矿化度0.222～0.288g/ l，硬度230～301mg/ l。

碳酸盐岩出露面积占基岩总面积近90%，岩溶地下水主要接受大气降雨补给，雨水沿岩石的节理、裂隙、溶隙、溶孔、表土孔隙等渗入，一部分蒸发、蒸腾，一部分向地下渗流。当降雨强度较大或持续时间较长时，可形成地表短时径流，并向低处汇集，于溶洞、落水洞、天窗等注入地下。在该含水岩组内的2处天然溶井和1处机井进行简易抽水试验，计算出的渗透系数分别为197.22、125.36、4.31 m/d，前两个偏大、后者适中，结合收集到的区域水文地质资料，本文预测涌水量采用的渗透系数取5.0m/d。

洼地、谷地堆积第四系，由上往下为粘土或粉质粘土层—矿层—粘土层，基底为碳酸盐岩地层，属浅覆盖型岩溶类型。松散层厚0～21m，矿层大部分位于地下水位之上，小部分位于地下水位变动带，水位以下含孔隙潜水。地下水主要接受大气降雨补给，雨水及面流通过表土孔隙下渗，当降雨强度较大时，在地表以面流形式向低处汇集，于岩溶通道注入地下。局部地段雨季暴雨后地下水倒灌、水位可升至地表，形成季节性岩溶泉水，流量1～10 l /s。先后施工浅井674个，仅36个浅井井底出现渗水现象，渗水量极小，富水性极弱。做4个试坑渗水试验，渗透系数平均0.015 mm/s（1.296 m/d），属中等透水[3] [4]。

以主赋矿区域为例，枯水季节、地表径流几近干枯、地下水埋深一般为10～30m、地下水位和流量变化幅度较小而且变化缓慢、径流模数2.26～3.56 l /s.km2。雨季地下水位变幅较大且迅速、季节性泉流量变化亦如此。地下水汇集到北面的那忌、中部的白雪屯、南部的水陇地下河。那忌地下河出口位于矿区东部16km，枯季流量为197.0 l /s；白雪屯地下河出口位于矿区东南部35km，枯季流量为467.0 l /s；水陇地下河出口位于矿区东南部15km，枯季流量为250.0 l /s。

3 矿体与地下水的关系

矿体主要分布于岩溶谷地、洼地内。少部分矿层裸露地表，大部分埋藏于粘土顶板以下，矿体底板岩性为粘土和灰岩，矿体底板的分布标高301.54m～403.49m。顶板大部分位于地下水位之上，一般不含地下水，由于结构松散，孔隙发育，雨季时含少量孔隙水，是大气降雨的入渗通道。底板粘土层属相对隔水层。

矿区内主要地下水类型为碳酸盐岩裂隙溶洞水，水量中等～丰富。从矿区东北部穿过的那忌地下河，地下河露头点水埋深较大，如S35抽水溶洞（天窗）枯季水位埋深>30m、海拔标高<308m、雨季最大标高为330m，相距最近的25号矿体底板标高最低为331.34m。从矿区中部角穿过的白雪屯地下河，其S22抽水溶洞枯季水位埋深>15m，标高<316.79m，距离较近的18号矿体最低底板标高396.51m；17号矿体最低底板标高为325.05m。从矿区南部穿过的水陇地下河，其S14抽水民井（机井）枯季水位埋深>12m，标高<308.24m，距离最近的1号矿体最低底板标高为305.36m。据此推断矿体埋深在地下水位之上，岩溶地下水对矿体开采无影响。

4 矿坑涌水量预测方法

矿区内的矿体绝大部分均位于当地地下水位之上，因此矿坑充水水源主要为大气降雨充水量、岩溶地下水的充水量。地下水最大涌水量预测，考虑到了雨季最大降水时，水位升高10～20m及矿体所处地貌位置的特点，为了便于计算，S水位降深取值10～20m不等。计算矿坑涌水量采用的公式为：

式中：—矿坑涌水量（m3/d）

—大气降雨充水量（m3/d）

—岩溶地下水充水量（m3/d），当矿体位于最高地下水位之上时为0（m3/d）

A—降雨量（mm/d）

—基岩裸露区地表径流系数

—第四系覆盖区地表径流系数

—采坑地表汇水区内基岩裸露分区的水平面积（m2）

—采坑地表汇水区内第四系覆盖分区的水平面积（m2）

-碳酸盐岩溶洞裂隙含水岩组的渗透系数（m/d）

S-水位降深（m）

H-碳酸盐岩含水层厚度（m）

R0-引用影响半径（m）

r0-引用井半径（m）

-补充水流阻力值

R-抽水试验影响半径

各参数确定：A值：采用当地多年日最大降雨平均值的资料。预测大气降雨充水量最大值时采用各年日最大降雨量的平均值85.5 mm，预测大气降雨充水量正常值时采用多年雨季（5～9月）日平均降雨量9.8 mm。

值：根据矿区碳酸盐岩裸露区雨水绝大部分沿裂隙、溶洞等垂直渗流补给地下水，极少在地表流向洼地低处的特点，考虑到岩溶发育的不均一性，在预测大气降雨充水量正常值时取0.20值，预测最大值时取值0.40。

值：在预测大气降雨充水量正常值时取0.40值，预测最大值时取值0.60。

、是利用矿区地形地质图圈定范围并求得。

值：取经验数据值5.0m/d。

-补充水流阻力值，查《水文地质手册》图8-1-13确定[5]。

根据上述公式和参数确定方法预测各主要矿体的涌水量。矿区内各矿体分布于相对独立封闭的岩溶洼地、谷地中，未来露天采矿场的自然排水主要有两种方式：一种是通过洼地低处的落水洞排水，另一种是以分散渗透的形式垂直向下渗透。分散向下渗透的排水能力主要取决于采坑岩土的渗透性，据调查矿段内落水洞被覆盖的岩溶洼地暴雨后积水一般仅2～3天，反映洼地岩土的渗透性较好，表明在一般情况下矿坑充水可自然疏干，自然疏干所需的时间不太长。

5 结论

⑴ 矿区位于区域地下水分水岭旁侧的东南面，地下水补给来自大气降雨。地下河埋深大，一般>12m，有的>30m。

⑵ 碳酸盐岩广布，地下水以岩溶水为主，矿体分布于岩溶洼地、谷地内第四系土层中，均位于当地侵蚀基准面之上、绝大部分位于最高地下水位之上。

⑶ 未来矿山露采场充水水源为大气降雨，单矿体总汇水面积0.13～6.00 （ km2），采坑雨季正常充水量442.02～1127.04（ m3/d），雨季最大充水量5387.45～285261.57（m3/d）。在一般情况下，采坑充水可通过洼地低处的落水洞自然排泄或以分散下渗的方式自然排泄，暴雨季节采坑外的充水可采用明沟沿自然斜坡集排导入集水库或落水洞。

⑷ 矿床所处自然生态条件脆弱，未来采选首要是做好环境保护，矿床水文地质条件属简单类型[1] [3]。

参考文献

[1] 中國地质调查局.铝土矿、冶金菱镁矿地质勘查规范（DZ/T0202-2002）.[Z].中华人民共和国标准，2002..

[2] 国家技术监督局.矿区水文地质工程地质勘探规范（GB12719-91）. [Z]. 中华人民共和国标准，1991..

[3] 环境保护局.环境影响评价技术导则地下水环境（HJ 610-2011）. [Z]. 中华人民共和国标准，2011.张静宜，王爱珍，等.中国铀矿物志[M]. 北京：原子能出版社，1995.

[4] 地质矿产部.地下水质检验方法（DZ/T0064.1～0064.80-93）. [Z]. 中华人民共和国行业标准，1993.

[5] 中国地质调查局.水文地质手册.[M]. 北京：地质出版社，1978.4.

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。