朝山金矿矿井水文地质条件研究

朱成林，樊 浦

(1.安徽省地质矿产勘查局321地质队，安徽 铜陵 244033；2.江苏省水文水资源勘测局宿迁分局，江苏 宿迁 223800)

安徽朝山新材料股份有限公司朝山金矿始建于1992年1月。2016年7月由于连续强降雨引起矿山+3 m中段及-65 m中段涌水量急增，井下涌水超过矿山总排水量，导致-470 m中段被淹，直接影响矿山开采安全[1]。目的是通过系统总结矿区历年来所取得的地质、水文地质成果资料，并结合矿山开采所揭露的水文地质实际情况，对矿山水文地质条件作进一步深入研究和评价，为有效指导矿山采取防治水措施及今后开采提供技术依据和安全保障[2-4]。

1 地质环境背景概述

1.1 自然地理

本区属中亚热带湿润季风气候，其特点是气候温暖湿润，春夏多雨，盛夏炎热，秋季干旱，冬季温和，四季分明。多年平均气温16.2℃，降水多集中于每年4-8月份，年均降水量为1 375.9 mm，年均蒸发量为1 359.8 mm。矿区无大的地表水体及水系，大冲小溪为季节性溪流，向北东方向流入羊河。羊河为长江二级水系，离矿山最近点约1 km，向北在顺安镇以下汇合新桥河后，在钟仓以下流入长江。另外，矿山南部羊山冲尾砂库残存有小的水体，西侧有兰花冲水库，最大库容量6.96×104m3。

1.2 地质构造

矿区位于大通～顺安复向斜次级构造青山背斜北东段南东翼，为一单斜构造[5]。地层走向25°～45°，倾向南东，倾角25°～37°，局部达70°。小褶曲较发育，在朝山金矿炸药库北东及簸箕山顶部发育北东向、近南北向小褶曲，单个褶曲轴向长度30～80 m。矿区断裂构造较为发育，主要为近南北向、东西向、北西向及北东向四组。其中白芒山近南北向断裂位于矿区西部，自白芒山延伸至鸡冠山，长约1 800 m，宽30～250 m，走向近南北，中、南段向东偏移呈南东向，倾向东、倾角65°～85°，为一组追踪剪切断层，延深很大，属成矿前断裂。控制辉石闪长岩侵位，其接触带构造及旁侧围岩派生的裂隙构造为金矿体的主要控矿构造之一。近岩体接触带附近(小于50 m)的围岩裂隙和变质带的陡裂隙是控制金、硫矿化体的主要构造。裂隙构造产状与围岩产状基本一致，变质带中陡裂隙构造产状与接触带产状近一致，单个裂隙很窄，都被含金磁黄铁矿脉充填，裂隙带厚度大于10 m，也可被含金硫铁矿充填交代形成工业矿体。层间裂隙自北而南沿接触带构造呈“斜列式”排列。

2 矿区水文地质条件

2.1 含水岩组及富水程度

根据岩层含水特征划分为四个含水岩组，依据钻孔单位涌水量评价富水程度(q>1 L/s·m为强的，1≥q>0.1为中等，0.1≥q>0.01为弱的，0.01≥q>0.001为极弱，q≤0.001为相对隔水。现分述如下：

2.1.1 松散岩类孔隙含水岩组

坡洪积(Q4dl-pl)粉质粘土夹碎石含水层：分布于矿区中部大冲一带，厚度2～15 m，岩性为褐黄色、灰黑色粉质粘土夹碎石，块径一般0.2～0.3 cm，结构松散～较紧密。据白芒山东公路旁民井抽水试验，单位涌水量0.044 L/s·m，富水程度极弱。水化学类型为HCO3-Ca型，pH值6.9，总硬度144.03 mg/L，矿化度0.185 g/L。

2.1.2 碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组

(1)分水岭组(T2f)大理岩含水层：出露于矿区南部簸箕山一带，岩性为薄～中厚层状大理岩，地表溶沟、溶芽、小溶洞及溶蚀裂隙较发育，在簸箕山标高75 m处见一沿层面发育的溶洞，洞径约4 m，洞深达10 m。据相邻的大团山铜矿床ZK722抽水试验，单位涌水量0.339 L/s·m，富水程度中等，渗透系数0.2257 m/d。水化学类型为HCO3-Ca型，pH值7.5，总硬度240.95 mg/l，矿化度0.295 g/L。为矿区主要含水层之一，是矿区南部进水主要补给来源，为间接充水含水层。

(2)南陵湖组(T2n)大理岩含水层：出露于矿区北部，岩性为薄～中厚层状大理岩，岩溶较发育，溶洞高度一般小于2 m，多为粘土、岩石碎块充填，以溶隙为主，钻孔岩心见溶蚀段，向深部岩溶减弱，以构造裂隙为主。钻孔水文电测井(表1)显示弱含水层存在，并由北向南厚度逐渐变大，补给方向在浅部向下补给并见漏失层，深部则为横向补给且缓慢向上。85线以北+2 m坑道上部钻孔稳定水位均大于2 m，存在悬挂水头，表明北部岩溶裂隙连通性差。南部靠近接触带附近岩溶裂隙、溶洞发育增强，钻孔冲洗液漏失，矿区SHK2抽水试验时观测孔SHK1同步升降，连通性好。据SHK2抽水试验，单位涌水量为0.113 L/s·m，富水性中等，渗透系数0.889 m/d，水化学类型为HCO3―Ca型，pH值7.1，总硬度210.95 mg/L，矿化度0.240 g/L。为矿区主要含水层之一，是矿区北部主要进水来源，为直接充水含水层。

表1 钻孔水文电测井成果一览表

2.1.3 碳酸盐岩夹碎屑岩类岩溶裂隙含水岩组

塔山组(T1t)角岩、大理岩含水层：矿区地表未出露，埋藏于南陵湖组之下。岩性上段为角岩与大理岩互层，中段为角岩、矽卡岩、大理岩互层，溶蚀现象不发育，局部裂隙发育，多呈闭合状或被方解石脉充填，钻进中未见漏水及水位突变现象，深部含水贫乏。据相邻的大团山ZK233、CK349单位涌水量0～0.000 9 L/s·m，渗透系数0～0.001 m/d，富水程度极弱。水化学类型为HCO3-Ca型，pH值7.5，总硬度194.9 mg/L，矿化度0.209 g/L。为直接充水含水层。

2.1.4 岩浆岩类裂隙含水岩组

辉石闪长岩(νδ)含水层：呈岩墙状产出，走向为北北西向，宽30～250 m，产状陡立，以闭合裂隙为主。岩墙西侧ZK3923与东侧SHK1相距325 m，水位差值94.81～176.18 m，说明辉石闪长岩具有明显隔水性。浅部风化强烈，岩石破碎，SHK3单位涌水量0.012 L/s·m，富水程度弱，渗透系数0.014 1 m/d，水化学类型为HCO3-Ca型，pH值8.5。总硬度247.89 mg/L，矿化度0.339 g/L。

2.2 断裂构造导水性

区域构造含水特征为背斜贫水，向斜富水。大通～顺安复向斜为一完整的水文地质单元，复向斜内部由三叠系碳酸盐岩(T2l～T1x)组成，总厚度大于1 000 m；中部的青山背斜组成溶蚀丘陵区，岩石裸露，岩溶发育，发育深度可达200 m；青山背斜两侧为朱村向斜和陶家山向斜，地表为第四系覆盖，是良好的蓄水构造，蕴藏丰富的裂隙岩溶水，钻孔单位涌水量0.5～1 L/s·m，单井开采量1 000～2 000 m3/d，为区内地下水主要分布区。

区内主要含水层龙头山组灰岩、分水岭组灰岩分布于青山背斜两翼，富水程度中等～强的；次要含水层南陵湖组灰岩地表广泛出露，富水程度弱～中等；塔山组灰岩分布于青山背斜轴部，富水程度弱，在纵张裂隙发育区和导水断裂附近富水性增强，深部一般无水；岩浆岩体为相对隔水层。

矿区位于青山背斜的南东翼，处于青山背斜与朱村向斜中间，远离青山背斜轴部。本矿山处在狮子山铜矿区东侧边缘部，与靠近青山背斜轴部的狮子山铜矿虽然同处背斜的一翼，但辉石闪长岩隔水岩墙将两者分隔在两个相对独立的次一级水文地质单元中。

2.3 岩溶发育特征

受西部辉石闪长岩侵入影响，分布于白芒山东坡的南陵湖组灰岩和簸箕山的分水岭组灰岩均变质为大理岩，地表见溶沟、溶芽和溶洞，一般规模不大，其中最大的溶洞分布于簸箕山，洞径约4 m，洞深达10 m。钻孔揭露有溶蚀裂隙和溶洞，以溶蚀裂隙为主。钻孔溶洞能见率23%，平均岩溶率0.496%，最大洞高7.30 m(SHK2)，一般小于3 m，单孔岩溶率小于28.8%(ZK1001)。溶洞(溶蚀裂隙)充填率达47.37%，充填物有粘土、大理岩和辉石闪长岩碎块等，含水性较差。

2.4 地下水动态、含水层之间及其与地表水之间的水力联系

2.4.1 地表水与地下水的水力联系

矿区无大的地表水体，大冲小溪为季节性溪流，位于第四系粘性土之上，其与下伏基岩地下水之间的水力联系较弱。

2.4.2 含水层之间的水力联系

第四系粘性土含水性差，其与下伏基岩有一定的水力联系。浅层基岩地下水之间水力联系相对较好，其中分水岭组大理岩含水层与南陵湖组大理岩含水层之间无隔水层存在，辉石闪长岩风化裂隙水与南陵湖组、分水岭组大理岩含水层也存在一定的水力裂隙；深部因辉石闪长岩隔水和塔山组角岩、大理岩含水贫乏，基岩地下水之间水力联系也相对较差。

大气降水是矿区地下水的主要补给来源，碳酸盐岩出露的低丘(白芒山、刺山和簸箕山等)为地下水补给区，地表及浅部发育的溶沟、溶槽和溶洞为大气降水入渗补给的通道。在天然状态下，白芒山、刺山和簸箕山等低丘区地下水在接受降水补给之后主要顺地形向大冲谷地径流，最终汇入朱村向斜谷地；但在矿山排水影响下，由于低丘区地下水主要流向矿井，因此，大气降水在低丘区入渗后亦向矿井汇聚。

矿区浅部地下水动态变化明显受大气降水和矿井排水双重控制，一方面，浅部坑道涌水点流量和矿山排水量的变化与大气降水密切相关，且受降水强度影响，最大水量出现在丰水期，最小水量出现在枯水期；另一方面，矿区地下水位受矿井排水的影响，总体上呈下降趋势。深部地下水动态变化受大气降水的影响相对减弱，受矿井排水影响相对增强。

3 矿井水文地质分析

3.1 矿山开采现状

矿山于1992年初，自地表至0 m标高采用上盘斜井开拓，开拓系统由一条长110 m的斜井，坡角25°，1994年施工盲井至标高-43 m。

1997年10月完成由铜陵有色设计研究院设计的技改扩建工程，在85线建一主竖井至标高-200 m，开采85～94线-188 m以上矿体；在矿床两端分别建有北风井和南风井。

2004年初在91线-188 m中段设计盲竖井至-480 m，-188 m盲井投入生产后，矿山从而进入深部矿体的开拓、生产阶段，现已开拓-310 m、-350 m、-390 m三个中段，目前-310～-350 m两个中段开始采矿，-470 m中段为地下水仓。

开拓方案为原有系统主竖井提升，分中段开拓，以间距15 m施工穿脉切割巷道，辅以必要的坑下钻探控制备采矿块。基于工业矿体的形态特征变化较大，规模大小不一，采矿方法经多年实践，采用无底柱浅孔崩落法。

3.2 井巷水文地质特征

根据矿山巷道实地调查，巷道充水有如下特征：(1)巷道壁绝大部分干燥无水，局部沿裂隙有潮湿和滴水现象，少数裂隙出现较大的涌水；(2)巷道中辉石闪长岩段坑壁干燥，仅在接触带附近见潮湿区和滴水，而南陵湖组大理岩中岩溶裂隙局部发育，时有涌水和滴水现象；(3)巷道自北向南埋深逐渐增大，巷道中的涌水点位置也由北向南、由浅入深变化，-120 m～-188 m中段涌水点集中分布在勘探线3～7线，-310 m～-350 m中段涌水点在勘探线7～11线分布比较明显；(4)随着巷道埋深的增加，巷道中涌水点的水头压力也逐渐增大，涌水点的水量变化与大气降水的联系却逐渐减弱。

3.2.1 巷道裂隙发育特征

通过巷道裂隙调查统计，+2 m、-22 m中段主要发育三组裂隙(图1)，第①组裂隙走向278°～310°，倾向南西，倾角60°～83°，部分向北东倾，倾角大于85°，张性或张扭性；第②组裂隙走向20°～50°，倾向南东，倾角27°～60°，部分向北西倾，倾角大于65°；第③组裂隙走向近东西，倾向南，倾角陡，具压扭性质。其中以第②组裂隙最为发育，①、②两组以共轭剪切节理出现，少数①、②、③组交切。三组裂隙均有不同程度地充水，涌水量随其靠近接触带而增大。

图1 +2 m、-22 m巷道节理倾向玫瑰花图

-120 m中段主要涌水裂隙有328°∠54°、205°∠61°、185°∠78°；-310 m、-350 m、-470 m中段南陵湖组大理岩岩溶裂隙局部发育，呈未张开状，倾角一般65°～80°。

3.2.2 巷道涌水点的特征

据以往对-65 m、-158 m、-188 m、-268 m、-310 m、-350 m、-470 m等中段巷道涌水点及井下钻孔涌水情况的调查资料，-158 m中段掌子面有两个炮眼涌水，均为沿南陵湖组大理岩层间裂隙涌出，有一定的水压，一个水量约360 m3/d，另一个水量不大；-188 m中段也见沿南陵湖组大理岩裂隙出水，但水量较小；-228 m中段有两处裂隙出水，呈淋水状，总出水量约20 m3/d；-310 m中段有两处涌水，一处位于断层下盘，沿大理岩层间裂隙与构造裂隙交汇处涌出，另一处位于采场矿体间的夹石大理岩中，沿断层与层面交汇处涌出，水量较小；-470 m中段有一处涌水，沿大理岩层间裂隙与构造裂隙交汇处涌出，涌水量约120 m3/d。

井下探矿孔出水的主要有：-268 m中段一探矿孔涌水量达122 m3/d；-310 m中段有三个探矿孔出现了涌水，其中ZK31099在向下35°、孔深45.40 m出现涌水，ZK310914在向下13°、孔深47.00 m出现涌水，水平孔ZK31001孔深24.90、74.90、80.40 m均出现涌水；-350 m中段ZK3501123水平孔在孔深64.70 m出现涌水。从各孔揭露的岩芯看，其涌水位置多为南陵湖组大理岩裂隙。

3.2.3 -65m和-350m巷道两次大的涌水特征

2009年6月30日至7月1日连降暴雨，降水量总计327.7 mm。受此次降水影响，-65 m中段出现两处集中涌水，一处位于巷道顶板南陵湖组大理岩断裂带，最大张开宽度30～40 cm，一处位于巷道迎头掌子面南陵湖组大理岩岩溶裂隙，断裂带和岩溶裂隙倾角较陡，总涌水量约2 000 m3/d，暴雨过后涌水点逐渐干涸。此次涌水呈黄褐色，浑浊，含泥砂，无压，为中性、硬～极硬、HCO3·SO4-Ca型水。

2011年9月2日，-65 m中段采场和-350 m中段采场同时出现涌水，以-350 m中段采场涌水为主。-350 m中段采场涌水特征为每间隔15～20 h，瞬时涌水量增大，涌水混浊，含细粒红褐色粘土，涌水量约100 m3/h，经过72 h连续排水，涌水基本被抽干。水质分析结果表明，-65 m中段采场和-350 m中段采场的涌水均为中性、极硬、SO4-Ca型水。经初步分析，此次涌水与ZK111有关，一是ZK111位于采场工作面附近且钻孔未被封闭；二是采矿爆破使围岩产生了一定的扩张裂隙，导致采场与ZK111贯通，ZK111“人工天窗”将浅部岩溶裂隙水导入采场；三是ZK111浅部为三叠系中统分水岭组、南陵湖组大理岩，岩溶裂隙较发育，其中孔深5.35～8.06 m为粘土夹大理岩碎块；孔深9.11～14.66 m为溶洞；孔深63.77～67.47 m、86.21～93.51 m、108.26～111.36 m发育有裂隙或溶洞，岩心破碎，充填有红褐色粘土。由此可见，此次采场涌水来源于浅部分水岭组、南陵湖组大理岩裂隙和溶洞内储存的地下水。

3.2.4 本次+3 m、-65 m中段涌水特征

自2016年5月入汛以来，铜陵地区累积降雨量达1 150 mm，较常年多1.6倍，其中2016年6月27日至7月4日连降大暴雨，降水量超400 mm。2016年7月2日中午11时至18时，井下涌水量急增，水泵排水能力不足，为减少矿山损失，矿山先将水集中泄至-470 m中段，再排除涌水，导致-470 m中段被淹，至2016年7月12日，-470中段积水基本排除。

经调查，本次井下涌水点共5处，其中+3 m中段出现三处涌水点，-65 m中段出现两处涌水点。+3 m中段三处涌水点均为地表钻孔未封孔引起，其中2个为竖孔、1个为斜孔，孔径均为91 mm；-65 m中段1#涌水点位于巷道顶板南陵湖组大理岩层间裂隙带，矿山已临时封堵，2#涌水点为钻孔涌水，钻孔孔径91 mm，水量较大，涌水浑浊，含泥砂。暴雨过后涌水量逐渐减少，由此可见，此次中段涌水事故主要由大气降水下渗引起。

3.3 矿井充水条件分析

3.3.1 充水水源

矿区地下水的主要补给来源为大气降水，随着矿山向深部开拓和开采，北部的浅部一定的范围已形成地下水降落漏斗，正常情况下，大气降水是通过浅部裂隙、岩溶等补给漏斗之下的地下水，成为间接充水水源。但在连续降雨或暴雨情况下，大气降水就有可能成为浅部巷道的直接充水水源，其充水特点是瞬时涌水量较大，但影响时间较短，影响程度较有限，如-65m中段在暴雨期间出现的的涌水。

三叠系中统分水岭组大理岩和南陵湖组大理岩为矿区主要含水层，浅部为裂隙岩溶水，深部因岩溶发育减弱为裂隙水，富水性总体特点是浅部大理岩较深部大理岩富水，分水岭组大理岩较南陵湖组大理岩富水，大理岩裂隙岩溶水和裂隙水是井巷主要充水水源。其中北部巷道是以南陵湖组大理岩含水层直接充水为主，其特点是巷道埋藏浅，进入巷道的地下水的水头压力低，多为潜水，局部已形成小规模的地下水降落漏斗，大气降水是其补给来源；南部巷道是以分水岭组大理岩含水层间接充水为主，其特点是巷道埋藏较深，进入巷道的地下水的水头压力高，多为承压水，目前南部地下水降落漏斗尚未形成，大气降水对其影响相对较小。

需要指出的是，矿山已连续开采二十余年，各中段已形成不同规模的采空区，部分浅部采空区已被充填，但大部分采空区尚未充填。采空区是否存在积水，积水量有多大，积水采空区之间的连通性如何，老采空区水能否构成充水水源等问题尚不清楚，有待进一步开展工作。

3.3.2 充水途径

从巷道现有涌水特点分析，上述水源进入巷道的主要途径是裂隙，浅部巷道揭露的小规模断裂，也是良好的导水通道；其次是未封闭的钻孔，局部地段存在浅部溶洞水或裂隙水沿未封闭钻孔进入巷道或采场，如-350 m中段采场的涌水通道。此外，地表采空塌陷区也为大气降水直接进入井巷提供了有利条件。

3.3.3 涌水量预测

矿山在-188 m中段和-470 m中段分别建有水仓，最终由-188 m中段水仓集中排出地表。其中，浅部巷道(空区)地下水通过-158 m中段放水孔直接放入-188 m巷道，自然流入-188 m水仓，排水量约1 024 m3/d；深部巷道地下水通过-310 m中段放水孔放入-470 m水仓，然后用泵排入-188 m水仓，排水量约1 137 m3/d。目前矿山总排水量约2 161 m3/d，雨季排水量约2 500 m3/d。

根据《安徽省铜陵市朝山金矿床资源储量核实报告》(2009年7月)，预测未来-310 m标高以下矿坑正常涌水量1 508 m3/d，最大涌水量3 314 m3/d，加上上部实际涌水量，合计未来矿坑正常涌水量为2 532 m3/d，最大涌水量4 338 m3/d。预测降落漏斗以南风井下部为中心，形成一个近式椭园形降落漏斗，影响面积0.266 km2，西南部以辉石闪长岩为隔水边界，东部影响边界外推400 m左右。

4 结语

(1)本矿主要金矿体产于北北西向展布的辉石闪长岩东接触变质带及其围岩中，赋矿层位主要为三叠系下统南陵湖组(T1n)下部和塔山组(T1t)中、上段。直接充水含水层为南陵湖组大理岩和塔山组角岩、大理岩，其中南陵湖组大理岩含岩溶裂隙水，富水性中等，塔山组角岩、大理岩含裂隙水，富水性极弱；间接充水含水层为分水岭组大理岩，含岩溶裂隙水，富水性中等。经综合分析认为，本矿床水文地质类型属岩溶裂隙充水矿床，水文地质条件复杂程度属简单偏中等类型。

(2)矿井充水水源主要为浅部分水岭组、南陵湖组大理岩岩溶裂隙水，辉石闪长岩与大理岩接触带的富水性总体弱，浅部及接触带附近岩溶相对发育，岩溶发育下限标高为-60 m，岩溶发育带为地下水的富集带，大气降水为其补给来源；充水途径主要为大理岩中构造裂隙、层间裂隙，其次为未封闭的钻孔。