闽西地区某金铜矿区深部水文地质特征研究

廖 磊

（核工业河源工程勘察院，广东 河源 517000）

本文研究矿床属于次火山高硫中低温热液铜多金属矿床，为一隐伏矿床，铜多金属矿体位于潜水面以下的原生矿化带中。根据深部铜多金属矿体开采设计方案，坑采范围标高为+100m～-100m，将+148m～+100m之间的矿体作为采坑的顶柱。矿带各矿体总体走向为NW285°，走向上各矿体水平投影叠加长度为450m～600m，宽为50m～150m，矿体倾向NE，倾角30°，矿体垂直赋存标高为+208m～－200m以下。根据矿山的采矿方法以及矿体的赋存特征，确定中段高度为50m，因此可将矿区分为四个采矿中段，即-100m、-50m、0m和+50m中段。矿山采矿现状为245胶带斜坡道已施工至-150m平巷。下一步将继续进行开拓，之后进行采准切割，开采深部铜矿体。为确保深部资源开发利用顺利推进，对深部的水文地质特征进行了研究。

1 深部铜矿床地下水系统及含水介质特征

深部铜矿体主要指的是开采标高+100m以下铜矿体。根据矿体赋存特征、矿区构造、岩性特征等，认为矿区内深部地下水水类型为火山岩类裂隙含水岩组[1]。火山岩类裂隙含水岩组是在火山岩成岩之后由于地质构造运动而形成的裂隙以及断层构造，一般来说火山岩的裂隙率较低，且在横向上分布也不均匀，导致火山岩的含水性较差，一般无法形成统一的水力联系，但由于裂隙分布不均匀，故容易形成带状或者脉状含水系统，各个含水系统之间的水力联系不强，其补径排条件差异较大。

此外，矿区内火山岩发育一系列次级构造，虽然构造规模较小，但使得深部铜矿床地下水系统中的含水介质存在一系列弱导水构造。根据调查发现，虽然存在弱导水构造，但是在深部并未形成统一的含水体，故整体上矿区内的构造导水能力有限。但是深部的弱导水构造沟通地表水体时，则极易形成导水通道或者集水廊道，当开采掘进过程中开挖至某个部位时，地下水水位迅速下降，形成延展较长的水位低槽，导致深部较大区域围岩裂隙中的地下水逐渐汇集，进而可能与地表水体沟通。总体上，矿区内火山岩地层含水性较差，地下水对深部矿体的开采影响不大，但是仍然需加强导水断裂构造对深部矿体开采的影响研究。

2 深部裂隙发育规律研究

深部裂隙发育规律研究以原有水文地质认识为基础，结合本次深部矿产勘查成果，着重对+100m标高以下矿体范围内的水文地质进行调查，为进一步深化和细化深部水文地质特征研究和采矿设计提供基础依据。根据矿山开拓现状，本文以330平巷正在施工的钻探工程为基础，在水文地质编录及试验工作的基础上对深部裂隙的发育规律进行研究，为进一步安全展开矿体开采提供依据[2]。

2.1 深部巷道揭露裂隙及涌水点调查

深部矿体开采中段主要与245斜坡道相连通，由于深部巷道以及245斜坡道的大部分区域已经完成喷浆支护，故深部水文地质调查以巷道内揭露的涌水点为主，调查结果见表1。由表1可知：矿区内深部裂隙不发育，矿区深部北西向断层和北北西向断层是主要的出水裂隙，其深部一般位于+100m以下；深部含水裂隙的倾角较大，一般大于50°，根据调查结果显示，该组断裂带与区域北西向F2-10断裂有关，可能为该断裂的次级张性裂隙；245斜坡道在掘进过程中已经揭露出该组断裂，揭露的破碎带风化蚀变较明显，具有蚀变强度低、宽度大的特征，且破碎带内地下水的连通性较好，对矿体的开采增加了困难。此外，北西向断裂破碎带中地下水虽然具有较好的连通性，但是局部区域富水性较强，因此在深部开采过程中应密切关注。

表1 245m斜坡道及深部巷道裂隙调查一览表

另外，F2-10断裂构造在空间上远离深部铜矿体，故该断裂破碎带中的地下水与矿体附近的地下水之间的水力联系较差。矿区内北东向断裂以F1-4和F4-1为主，经过本次调查认为：F4-1断裂破碎带为不导水断裂构造，故对深部矿体的开采影响不大。F1-4断裂具有多期次活动的特征，表现为先压后张扭的性质，且英安玢岩脉等沿着破碎带贯入，并形成了规模不等的隐爆角砾岩，钻孔揭露该断层，岩芯较破碎，为弱导水构造。但是，F1-4断裂位于矿区的南东侧，今后的开采工程一般不能揭露该断层，故对深部矿体的开采影响不大。

2.2 深部探矿孔揭露的含（隔）水层情况及水位分析

根据330平硐及8个探矿孔的研究资料，结合深部探矿工程揭露的岩石水利性质等，深部地下水类型分为隔水带、相对隔水带、风化裂隙潜水含水带和基岩裂隙承压水含水带。根据表1调查结果显示，矿区深部地下水以火山岩裂隙水为主，该类地下水的水位一般位于248m～334m之间，且在330平巷施工的钻孔中所揭露的地下水均为承压水，可能与开采过程中的长期排水有关。由于开采过程中长期排水，导致矿区内地下水的水位显著降低，进而星恒降落漏斗，根据调查显示，矿区内降落漏斗中心位置的标高约为100m。此外，深部岩层地下水位差别大，各钻孔之间的水力坡度大，说明深部裂隙含水介质连通性和渗透性相对较差。根据各孔水位及相互位置可以大致看出，深部矿坑地下水流场总体受目前坑道系统揭露的张性裂隙排水影响，但由于各钻孔揭露的裂隙连通性差，钻孔与钻孔之间水力联系不畅，水位差异较大。

2.3 深部地下开采基建时期矿坑涌水量的动态变化

矿山深部开采巷道基本完成，初步形成了-150m中段、-100m中段和-50m中段的开拓。-50m中段以上斜坡道及巷道涌水经过5#水仓和6#水仓排出地表；-100m中段和-150m中段涌水直接排到-150水仓，而后排出地表，估算平均排水水量约60m3/h。根据2013年1月至11月连续11个月的观测资料显示，矿坑内涌水量介于2000～4500m3/d之间，波动较大，但大多数矿坑的涌水量约为3500m3/d；矿坑总涌水量受季节性降雨影响不大，由于深部资源开采较缓慢，导致巷道掘进速度较慢，使得矿坑内的涌水量没有明显的增加趋势，其原因主要包括：①地表观测孔动态变化与矿坑涌水动态变化基本一致，可能与火山岩的渗透系数小有关，即矿区内地下水响应大气降水缓慢；②矿坑内揭露的涌水构造主要为张性裂隙，属于浅层风化裂隙水，而矿区浅层风化裂隙水主要由520m和330m水平坑道系统排出，因此矿坑涌水量不大且比较稳定。

2.4 深部铜矿开采地下水流场分析

在自然状态下研究区地下水的径流明显受控于含水层埋深、含水层裂隙率以及地形等。研究区地下水接收地表的大气降水补给后，多沿着地形陡峭区域向四周山麓区域径流，同时以泉水、潜流等形式在山麓区域的沟谷排泄，进而汇入至主干河道中；少部分地下水则向深部运动，参与到区域水文地质单元的循环中。中、深层地下水径流不畅，运动滞缓[3]。深部铜矿床地下开采后，区内地下水位降低，地下水流场主要受矿坑排水影响，以深部矿坑为中心形成了一个地下水降落漏斗。上文已提及，矿坑内形成的地下水降落漏斗中心的标高约为+100m，按照降落漏斗的半径以800m计算，则可以在矿区内最低侵蚀基准面之间形成一个分水岭。在以降落漏斗半径范围内形成的分水岭内侧，地下水向矿坑内部汇集，且排泄方式主要通过矿坑排泄；在分水岭以外的区域，地下水则以散状渗流或者下降泉的方式在陡壁或者沟谷处排泄。深部铜矿大规模开采后，含水裂隙进一步充分揭露，矿坑排水量进一步加大，排水引起的地下水位下降幅度更大，地下水降落漏斗将进一步外扩，理论计算降落漏斗半径将达1.6km。

3 结束语

综上所述，矿区深部地下水类型可划分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和断裂构造水三大类，标高100m以下深部铜矿床大部分为隔水带，仅含少量基岩裂隙承压水。矿区断裂构造发育，主要有北东向、北西向及东西向断裂构造，富水性弱，导水性较差，以不导水和局部导水为主。深部铜矿床地下开采后，区内地下水位降低，地下水流场主要受矿坑排水影响，以深部矿坑为中心形成了一个地下水降落漏斗，估算降落漏斗半径最大1.6km。