內(nèi)蒙古錫林浩特毛登鉬錫銅礦露天礦坑涌水量預(yù)測

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1、內(nèi)蒙古錫林浩特毛登鉬錫銅礦露天礦坑涌水量預(yù)測內(nèi)蒙古錫林浩特毛登鉬錫銅礦露天礦坑涌水量預(yù)測吳建軍吳建軍 (河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局 第六地質(zhì)大隊，河南第六地質(zhì)大隊，河南 洛陽洛陽 471002)摘摘 要：要：文章通過對內(nèi)蒙古錫林浩特毛登鉬錫礦區(qū)的自然地理、水文地質(zhì)特征和氣象要素進行了分析文章通過對內(nèi)蒙古錫林浩特毛登鉬錫礦區(qū)的自然地理、水文地質(zhì)特征和氣象要素進行了分析，闡述了礦床的充水因素，進而對未來礦坑的涌水量進行了估算、對比和評價。，闡述了礦床的充水因素，進而對未來礦坑的涌水量進行了估算、對比和評價。關(guān)鍵詞：鉬錫銅礦；露天礦坑；礦床水文地質(zhì)；礦坑涌水量預(yù)測關(guān)鍵詞：鉬錫銅

2、礦；露天礦坑；礦床水文地質(zhì)；礦坑涌水量預(yù)測毛登鉬錫銅礦位于內(nèi)蒙古錫林浩特市毛登牧場的東部，出露的巖石地層以侏羅系上統(tǒng)、二迭毛登鉬錫銅礦位于內(nèi)蒙古錫林浩特市毛登牧場的東部，出露的巖石地層以侏羅系上統(tǒng)、二迭 系下統(tǒng)火山熔結(jié)角礫凝灰?guī)r、凝灰?guī)r及燕山早期的花崗斑巖為主，近地表風(fēng)化作用強烈，一系下統(tǒng)火山熔結(jié)角礫凝灰?guī)r、凝灰?guī)r及燕山早期的花崗斑巖為主，近地表風(fēng)化作用強烈，一 般呈塊狀或碎塊狀；在地表下般呈塊狀或碎塊狀；在地表下 50m 后，裂隙發(fā)育弱，巖石完整而堅硬。后，裂隙發(fā)育弱，巖石完整而堅硬。1 自然地理與氣象特征自然地理與氣象特征本區(qū)位于大興安嶺南段西坡，地形切割較弱，山體多為饅頭狀，山脈總體呈北

3、東南西走向本區(qū)位于大興安嶺南段西坡，地形切割較弱，山體多為饅頭狀，山脈總體呈北東南西走向，海拔標高，海拔標高 1 120m1 397m，相對高差一般在，相對高差一般在 150m260m，屬北溫帶高原丘陵區(qū)。，屬北溫帶高原丘陵區(qū)。最近最近 30 年的氣象資料統(tǒng)計顯示：本區(qū)降水主要集中在年的氣象資料統(tǒng)計顯示：本區(qū)降水主要集中在 68 月，占全年降水量的月，占全年降水量的 59.8%74.3%，多年平均降水量為，多年平均降水量為 273.8mm，年最大降水量為，年最大降水量為 481mm，年最小降水量為，年最小降水量為 121.1mm，日最大降，日最大降 水量水量 89.6mm；年最大蒸發(fā)量為；年最

4、大蒸發(fā)量為 2 270.1mm，年最小蒸發(fā)量為，年最小蒸發(fā)量為 1 307mm；多年最高氣溫為；多年最高氣溫為 39.2，出現(xiàn)于，出現(xiàn)于 7 月，最低氣溫為月，最低氣溫為-38，出現(xiàn)在，出現(xiàn)在 1 月，無霜期短，一般從月，無霜期短，一般從 10 月開始上凍，到翌年月開始上凍，到翌年5 月解凍，最大凍深月解凍，最大凍深2 830mm。每年。每年 4 月上旬至月上旬至 6 月中旬和月中旬和 911 月各出現(xiàn)季風(fēng)月各出現(xiàn)季風(fēng) 1 次，最大風(fēng)次，最大風(fēng) 速速 25m/s，風(fēng)向以西及北西向為主，占，風(fēng)向以西及北西向為主，占 80%。本區(qū)冬季嚴寒而長，夏季炎熱而短，蒸發(fā)量遠遠大于降水量，多年統(tǒng)計資料顯示，

5、區(qū)域最小本區(qū)冬季嚴寒而長，夏季炎熱而短，蒸發(fā)量遠遠大于降水量，多年統(tǒng)計資料顯示，區(qū)域最小 蒸發(fā)量是最大降水量的蒸發(fā)量是最大降水量的 3 倍，屬于干旱半干旱大陸性高原氣候。倍，屬于干旱半干旱大陸性高原氣候。2 礦床水文地質(zhì)特征礦床水文地質(zhì)特征礦區(qū)地形由丘陵和山間溝谷洼地組成，地勢平緩，中間高，四周低，三面環(huán)山，西部開闊。礦區(qū)地形由丘陵和山間溝谷洼地組成，地勢平緩，中間高，四周低，三面環(huán)山，西部開闊。最高點在勘探區(qū)東北部，海拔標高最高點在勘探區(qū)東北部，海拔標高 1 285.5m。最低點在勘探區(qū)的西南丘陵洼地，海拔標高。最低點在勘探區(qū)的西南丘陵洼地，海拔標高 1 162m。相對切割深度。相對切割深度

6、 123.5m，地面坡角，地面坡角 20左右，植被發(fā)育差，地表風(fēng)化強烈。左右，植被發(fā)育差，地表風(fēng)化強烈。當?shù)厍治g基準面海拔當?shù)厍治g基準面海拔 1 153.0m，礦區(qū)屬剝蝕高原丘陵地貌單元。，礦區(qū)屬剝蝕高原丘陵地貌單元。地表水：地表水系不發(fā)育，僅在礦區(qū)西南部邊緣有一條季節(jié)性河流，由南東流向北西，特大地表水：地表水系不發(fā)育，僅在礦區(qū)西南部邊緣有一條季節(jié)性河流，由南東流向北西，特大 降雨形成的短暫洪流量一般為降雨形成的短暫洪流量一般為1.94m3/s 左右，經(jīng)左右，經(jīng) 2km3km 的徑流后形成地下潛流，匯入錫的徑流后形成地下潛流，匯入錫 林河，屬錫林河流域。林河，屬錫林河流域。2.1 第四系風(fēng)成砂

7、土和坡殘積碎石透水層第四系風(fēng)成砂土和坡殘積碎石透水層風(fēng)成砂土主要分布在礦區(qū)四周的邊緣低洼地帶，以粉細砂土為主，結(jié)構(gòu)疏松，分布面積較大風(fēng)成砂土主要分布在礦區(qū)四周的邊緣低洼地帶，以粉細砂土為主，結(jié)構(gòu)疏松，分布面積較大；碎石層由基巖風(fēng)化殘坡積物組成，棱角狀、松散堆積，主要分布在丘陵山地。；碎石層由基巖風(fēng)化殘坡積物組成，棱角狀、松散堆積，主要分布在丘陵山地。該透水層在礦區(qū)的分布厚度不盡一致，其分布厚度受地形和風(fēng)向控制，一般厚度約該透水層在礦區(qū)的分布厚度不盡一致，其分布厚度受地形和風(fēng)向控制，一般厚度約 3m，因礦，因礦 區(qū)地處干旱地區(qū)，該層近地表分布，不利于大氣降水的聚集，是良好的透水層。區(qū)地處干旱地區(qū)

8、，該層近地表分布，不利于大氣降水的聚集，是良好的透水層。2.2 基巖風(fēng)化帶透水層基巖風(fēng)化帶透水層該區(qū)風(fēng)化作用強烈，風(fēng)化帶厚度隨地形起伏，而礦區(qū)處于相對高地，最大風(fēng)化深度約該區(qū)風(fēng)化作用強烈，風(fēng)化帶厚度隨地形起伏，而礦區(qū)處于相對高地，最大風(fēng)化深度約 50m，接近低洼地面高程，鉆探過程中沒有發(fā)現(xiàn)地下水的存在，表明大氣降水的入滲在風(fēng)化帶中呈接近低洼地面高程，鉆探過程中沒有發(fā)現(xiàn)地下水的存在，表明大氣降水的入滲在風(fēng)化帶中呈 季節(jié)性變化特征，因此確定基巖風(fēng)化帶為透水層。季節(jié)性變化特征，因此確定基巖風(fēng)化帶為透水層。2.3 深部基巖裂隙含水層深部基巖裂隙含水層2.3.1 下二迭系角礫凝灰?guī)r裂隙含水層。分布在礦區(qū)

9、中西部，近地表處風(fēng)化裂隙較發(fā)育下二迭系角礫凝灰?guī)r裂隙含水層。分布在礦區(qū)中西部，近地表處風(fēng)化裂隙較發(fā)育，而深部裂隙呈微小型，富水性弱，水位埋深約，而深部裂隙呈微小型，富水性弱，水位埋深約 50m。2.3.2 燕山早期侵入巖裂隙含水層。主要巖性為花崗斑巖，出露礦區(qū)東部，裂隙發(fā)育，燕山早期侵入巖裂隙含水層。主要巖性為花崗斑巖，出露礦區(qū)東部，裂隙發(fā)育，地表徑流條件好，流程短。地表徑流條件好，流程短。2.3.3 構(gòu)造破碎帶孔隙含水層?；鶐r裂隙水的賦存量受構(gòu)造的直接控制，破碎帶中由于構(gòu)造破碎帶孔隙含水層?；鶐r裂隙水的賦存量受構(gòu)造的直接控制，破碎帶中由于 巖脈的侵入巖脈的侵入，使巖脈與構(gòu)造截接的部位充水，其

10、補給來源除大氣降水垂直補給外，還接受區(qū)域性地下水，使巖脈與構(gòu)造截接的部位充水，其補給來源除大氣降水垂直補給外，還接受區(qū)域性地下水 的補給。的補給。以往采礦坑道涌水量情況表明，礦床基巖裂隙水分布不均勻，鉬礦區(qū)西側(cè)的錫銅礦開采豎井以往采礦坑道涌水量情況表明，礦床基巖裂隙水分布不均勻，鉬礦區(qū)西側(cè)的錫銅礦開采豎井 和平巷，在和平巷，在 1 065m 高程的涌水量在高程的涌水量在100m3/d250m3/d，而礦區(qū)中部鉆孔抽水試驗涌水量，而礦區(qū)中部鉆孔抽水試驗涌水量 僅為僅為55.2m3/d，滲透系數(shù)為，滲透系數(shù)為 0.0148m/d，單位涌水量為，單位涌水量為 0.0076 l/sm，說明本區(qū)基巖裂隙

11、潛說明本區(qū)基巖裂隙潛 水分布具有不均勻性。水分布具有不均勻性。2.4 地下水間的水力聯(lián)系地下水間的水力聯(lián)系在天然條件下，第四系松散層中的孔隙潛水（或上層滯水）與基巖風(fēng)化帶裂隙水有緊密的水在天然條件下，第四系松散層中的孔隙潛水（或上層滯水）與基巖風(fēng)化帶裂隙水有緊密的水 力聯(lián)系，構(gòu)成統(tǒng)一的地下水面，而與深部基巖裂隙水間水力聯(lián)系較弱。力聯(lián)系，構(gòu)成統(tǒng)一的地下水面，而與深部基巖裂隙水間水力聯(lián)系較弱。綜上所述，本礦區(qū)水文地質(zhì)條件具有以下特點：礦區(qū)處于相對獨立的水文地質(zhì)單元之徑流區(qū)綜上所述，本礦區(qū)水文地質(zhì)條件具有以下特點：礦區(qū)處于相對獨立的水文地質(zhì)單元之徑流區(qū)，周邊地區(qū)沒有大的地表水體存在，大氣降水是地下水

12、的唯一補給來源。地下水是影響礦床，周邊地區(qū)沒有大的地表水體存在，大氣降水是地下水的唯一補給來源。地下水是影響礦床 充水的主要因素；地表分水嶺明確，地下水與地表水的運移方向一致，且受地形、地質(zhì)巖性和地質(zhì)構(gòu)造控制。充水的主要因素；地表分水嶺明確，地下水與地表水的運移方向一致，且受地形、地質(zhì)巖性和地質(zhì)構(gòu)造控制。地表水由礦區(qū)匯集到毛登溝谷洼地后，注入毛登溝谷的小溪中形成潛流匯入錫林河，地下水地表水由礦區(qū)匯集到毛登溝谷洼地后，注入毛登溝谷的小溪中形成潛流匯入錫林河，地下水 的賦存形式有第四系松散堆積物的孔隙水、基巖風(fēng)化裂隙水和深部基巖裂隙水，以基巖裂隙的賦存形式有第四系松散堆積物的孔隙水、基巖風(fēng)化裂隙水

13、和深部基巖裂隙水，以基巖裂隙 水為主，富水性弱且不均勻，礦體處在當?shù)厍治g基準面水為主，富水性弱且不均勻，礦體處在當?shù)厍治g基準面 1 153m 以下，礦床類型為堅硬巖石裂以下，礦床類型為堅硬巖石裂 隙直接充水型，水文地質(zhì)條件簡單。隙直接充水型，水文地質(zhì)條件簡單。3 露采礦坑涌水量的估算露采礦坑涌水量的估算3.1 計算參數(shù)的確定計算參數(shù)的確定3.1.1 露采礦坑邊界的確定露采礦坑邊界的確定。根據(jù)主礦體所在礦區(qū)的位置，以高程。根據(jù)主礦體所在礦區(qū)的位置，以高程 1 000m 為第一開拓水平底線，以采礦邊界線內(nèi)斂為第一開拓水平底線，以采礦邊界線內(nèi)斂 100m 作作 為采坑的安全邊界，再按為采坑的安全邊界

14、，再按 70邊坡角投影到地表，結(jié)合地形條件確定露天采場的范圍，其采邊坡角投影到地表，結(jié)合地形條件確定露天采場的范圍，其采 場地面形狀為橢圓形，長約場地面形狀為橢圓形，長約 800m，寬約，寬約 600m。露采礦坑水影響范圍及邊界，礦區(qū)降水補給面積約露采礦坑水影響范圍及邊界，礦區(qū)降水補給面積約 5.0km2，以地表分水線或溝谷為邊界，以地表分水線或溝谷為邊界，作為降水的影響范圍。作為降水的影響范圍。3.1.2 露采礦坑的充水條件。露采礦坑充水主要來自地下水和大氣降水。地下水是礦坑充、涌水的經(jīng)常性因素，大氣降水露采礦坑的充水條件。露采礦坑充水主要來自地下水和大氣降水。地下水是礦坑充、涌水的經(jīng)常性因

15、素，大氣降水 在采場匯水范圍內(nèi)所形成的降雨徑流，是礦坑充、涌水的季節(jié)性暫時性的因素。在采場匯水范圍內(nèi)所形成的降雨徑流，是礦坑充、涌水的季節(jié)性暫時性的因素。該區(qū)地處干旱區(qū)，蒸發(fā)量遠遠大于降水量，因此大氣降水是礦床充水的次要充水來源；礦坑該區(qū)地處干旱區(qū)，蒸發(fā)量遠遠大于降水量，因此大氣降水是礦床充水的次要充水來源；礦坑 揭露含水層后，地下水涌入礦坑形成礦床直接充水，是礦床的主要充水來源。揭露含水層后，地下水涌入礦坑形成礦床直接充水，是礦床的主要充水來源。3.1.3 估算公式的選擇。根據(jù)礦區(qū)鉆孔抽水試驗資料，利用公式：估算公式的選擇。根據(jù)礦區(qū)鉆孔抽水試驗資料，利用公式：式中符號：式中符號：H 為地下水

16、水位相對礦坑底板的高度（為地下水水位相對礦坑底板的高度（m），），h 為礦坑內(nèi)水位高度（為礦坑內(nèi)水位高度（m），），r1 和和 r2 分別為觀測孔與抽水孔的距離（分別為觀測孔與抽水孔的距離（m），），R 和和 R0 為影響半徑和引用影響半徑（為影響半徑和引用影響半徑（m），），rw 和和 r0 為鉆孔半徑和礦坑引用半徑（為鉆孔半徑和礦坑引用半徑（m），），F(xiàn)1 為露采礦坑面積（為露采礦坑面積（m2），），F(xiàn)2扣除露采坑后扣除露采坑后 的降水影響面積（的降水影響面積（m2），），X 為大氣降水量（為大氣降水量（m），），為大氣降水滲入系數(shù)。為大氣降水滲入系數(shù)。3.1.4 估算參數(shù)的確定。根據(jù)抽水

17、試驗資料確定，抽水孔水位高程估算參數(shù)的確定。根據(jù)抽水試驗資料確定，抽水孔水位高程 1 21551=1 164m，按此計算礦區(qū)地下水位降深為，按此計算礦區(qū)地下水位降深為：S=1 1641 000=164m。在地形圖上求積取得，首采區(qū)境界：在地形圖上求積取得，首采區(qū)境界：F1=480 000m2，F(xiàn)2=4 520 000m2。由露采礦坑面積求得：由露采礦坑面積求得：大氣降水多年平均值大氣降水多年平均值 X0.274m，最大值，最大值0.481m，最小值，最小值0.121m。根據(jù)西南部小孤山水庫的水文勘測資料，本區(qū)泉水年徑流量為根據(jù)西南部小孤山水庫的水文勘測資料，本區(qū)泉水年徑流量為47.3104m3

18、，補給面積，補給面積 為為 141104m3，由此求得，由此求得 0.0122。3.2 礦坑涌水量的估算礦坑涌水量的估算3.2.1 正常情況下的礦坑涌水量的估算。正常情況下的礦坑涌水量是按多年平均降水量計算的，大氣降水的影響量和地下水的涌水量正常情況下的礦坑涌水量的估算。正常情況下的礦坑涌水量是按多年平均降水量計算的，大氣降水的影響量和地下水的涌水量 共同控制礦坑的涌水量大小，按此估算礦坑涌水量結(jié)果見表共同控制礦坑的涌水量大小，按此估算礦坑涌水量結(jié)果見表 1。3.2.2 強降雨條件下礦坑涌水量的估算。在強降雨季節(jié)，大氣降水對礦坑涌水量起主導(dǎo)作用，而地下水涌水量為次要因素，因此，強強降雨條件下礦

19、坑涌水量的估算。在強降雨季節(jié)，大氣降水對礦坑涌水量起主導(dǎo)作用，而地下水涌水量為次要因素，因此，強 降雨季節(jié)礦坑涌水量的估算，可由日最大降雨量與礦坑面積之積求得。降雨季節(jié)礦坑涌水量的估算，可由日最大降雨量與礦坑面積之積求得。根據(jù)錫林浩特地區(qū)的氣象資料，日最大降雨量發(fā)生在根據(jù)錫林浩特地區(qū)的氣象資料，日最大降雨量發(fā)生在 2006 年年 8月月 11 日，降雨強度為日，降雨強度為 89.6mm，依此計算強降雨發(fā)生時，礦坑的涌水量為依此計算強降雨發(fā)生時，礦坑的涌水量為 43 902.8m3/d。3.2.3 礦坑涌水量估算評價與對比。本礦區(qū)在以往錫銅礦開采期間，礦床的開發(fā)形式以豎井和斜坡巷道開拓為主，井口

20、高程礦坑涌水量估算評價與對比。本礦區(qū)在以往錫銅礦開采期間，礦床的開發(fā)形式以豎井和斜坡巷道開拓為主，井口高程 1 19 6.04m，開采井巷長度，開采井巷長度 660m，礦段高程，礦段高程 1 065m，井巷排水量約為，井巷排水量約為 250m3/d，水位降深為，水位降深為 81m。把井巷換算成。把井巷換算成“大井大井”，其引用半徑為，其引用半徑為 r0=210m，按照抽水試驗的影響半徑，按照抽水試驗的影響半徑 80m 計算的引計算的引 用影響半徑用影響半徑 R0=290m，則井巷的涌水影響面積，則井巷的涌水影響面積 F0=3.14R02264 074m2。由此。由此 計算單位面積單位降深的涌水

21、強度計算單位面積單位降深的涌水強度 q0250/（26 40781）1.1710-5m3/dm 2m。預(yù)測礦坑底板高程預(yù)測礦坑底板高程 1 000m，水位降深，水位降深 S=1 164-1 000=164m，礦坑面積，礦坑面積 F4.8105m2，則礦坑涌水量則礦坑涌水量 Qq0FS=921m3/d，與預(yù)測的礦坑地下水涌水量，與預(yù)測的礦坑地下水涌水量 894.8 m3/d 相差相差 26.2 m3/d。由此可見，礦坑涌水量的計算結(jié)果與本礦區(qū)井巷歷史排水情況基本吻合，說明露采礦坑涌水由此可見，礦坑涌水量的計算結(jié)果與本礦區(qū)井巷歷史排水情況基本吻合，說明露采礦坑涌水 量的水文地質(zhì)模型概化合理、計算結(jié)

22、果可靠，能夠指導(dǎo)未來礦山建設(shè)中的排水工作，保障礦量的水文地質(zhì)模型概化合理、計算結(jié)果可靠，能夠指導(dǎo)未來礦山建設(shè)中的排水工作，保障礦 坑排水的安全?？优潘陌踩?。4 礦坑水的綜合利用礦坑水的綜合利用本區(qū)地表水和地下水受自然地理和地質(zhì)環(huán)境要素的限制，蒸發(fā)量遠遠大于降水量，可供利用本區(qū)地表水和地下水受自然地理和地質(zhì)環(huán)境要素的限制，蒸發(fā)量遠遠大于降水量，可供利用 的地下水資源也十分有限，因此，充分利用礦坑水是十分必要的，利用礦坑水既降低生產(chǎn)成的地下水資源也十分有限，因此，充分利用礦坑水是十分必要的，利用礦坑水既降低生產(chǎn)成 本，又能有效的防止水土流失，但僅礦坑水還遠遠不能解決未來礦山的用水需求，所以，必本，又能有效的防止水土流失，但僅礦坑水還遠遠不能解決未來礦山的用水需求，所以，必 須在充分論證礦區(qū)周邊水文地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，進行水源地開發(fā)和水資源調(diào)配。須在充分論證礦區(qū)周邊水文地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，進行水源地開發(fā)和水資源調(diào)配。