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中南大学 凡口铅锌矿 广东韶关 512325
摘要：阐明区域矿体的含水层、隔水层、断层的导水性和地下水情况，分析矿体开拓开采过程可能存在的风险，作出治理规划。研究方法主要是分析矿体赋存岩层的断裂构造及其导水性，地下水在该区段的活动情况，布置探水孔疏干水头，大大减少突水涌泥风险。
关键词：含水层；隔水层；残余水头；夺水危害；疏干
引言
目前我矿进入主采区边部及外围开拓开采阶段，采区外围岩溶水文地质条件复杂，该区域矿体开拓开采过程中存在突水涌泥、夺水危害等风险。本文根据矿床地质特征、断层导水性质、矿区地下水情况，分析水文地质条件对矿体开拓开采的影响，作出地下水治理规划。
1、矿体水文地质条件
该区域矿体赋存在C1、D3tc、D3tb地层，上覆壶天群（C2+3ht）强岩溶含水层，C1层较薄。其中 1a号、1c号、7a号矿体位于壶天群溶洞裂隙含水槽底部，矿体西面为壶天群强岩溶含水层，东面为浅部D3tc天子岭地层。
1.1 含水层
该区域从上到下有第四系Q、石炭系中上统壶天群组（C2+3ht）、下统C1测水段，泥盆系上统帽子峰组、天子岭组、中统东岗岭组等地层。其中含水层有：
（1）石炭系中上统壶天群（C2+3ht）溶洞-裂隙强含水层，岩性为白云岩，该地层延深至-180米标高，富水性随深度加深而逐渐减弱。本区A带（强岩溶发育带）一般延伸至-20m标高，局部深达-40m，钻孔岩溶率10.44%，钻孔单位涌水量0.804～6.06L/s.m，平均渗透系数4.357m/d，富水性强；B带（弱岩溶发育带）分布在-20m标高以下，岩溶率0.62%，渗透系数0.381m/d，富水性弱。
本区域有8个矿体赋存在浅部C1层，处于强岩溶含水层下。
（2）泥盆系中统东岗岭组上亚阶（D2db）与上统天子岭组下亚组（D3ta）裂隙含水层，该地层潜入深部，以深部裂隙水为主，与上伏壶天群含水层无明显水力联系，富水性弱。
本区域有7个矿体赋存在D3tc层，处于弱含水层之中。
1.2 隔水层
区域内存有以下隔水或相对隔水层：
（1）石炭系下统（C1）相对隔水层，岩性为泥炭质灰岩、页岩和石英砂岩，该层较薄甚至缺失，且被F4、F5及次生断层F201、F203切断，呈不连续状分布，隔水性能不可靠。
（2）泥盆系上统天子岭组中、上亚组（D3tbc）相对隔水层，岩性为花斑状灰岩夹泥灰岩、条纹状灰岩和瘤状灰岩。该地层与上伏C1层是阻隔深部裂隙水与壶天群岩溶水水力联系的天然屏障，隔水性能良好。
1.3 断层导水性
（1）F4、F5断层的水文性质
F4、F5断层为新华夏系压扭性断裂，破裂隙面呈紧闭型，断层带本身并非渗水性和含水性良好的地质体，也不是单独的含水体，但在断层带两侧时，常发育近东西至北西西向的次一级横张裂隙，有利于岩溶发育和地下水活动。因此，在断层带附近，岩溶发育强度和发育深度都强于远离断层的部位。
（2）F112、F201断层的水文性质
F112、F201断层位于F4上盘，被F4断层截断，次生张性裂隙发育，是地下水活动的有利地段。
1.4 地下水情况
目前矿区F3与F4断层南面、F4与F5断层南面的进水通道基本上被隔水帷幕封堵，由于帷幕东面尚未完工，东南面仍然存在进水通道。
（1）补给
根据长期观测资料，该区域的补给来源主要是大气降水和地表水的垂向入渗（或下灌），其次为降落漏斗外围地下水的侧向径流。
（2）径流
目前该区域的主要进水通道为F5断层以东的进水通道。
（3）疏干排泄
北部0m中段北截流巷拦截疏干+20～±0m标高以上地下水，南部 -40m中段老南、新南截流巷拦截东南方向0～-40m标高以上地下水。目前老南截流巷涌水量已经很少，0～-40m标高以上岩溶裂隙水大部分汇集到新南截流巷排出。该区域矿体在浅部截流疏干系统保护范围内。
2、开采矿体可能存在的风险及防治
2.1 开采C1地层矿体的风险
（1）赋存在C1地层的矿体上覆壶天群强岩溶含水层。壶天群强岩溶含水层岩溶、裂隙发育，溶洞最大高度达到23.5m。
矿体标高约+39至-58米，CK63静止水位标高最高值+6.31米，-201/ZK8静止水位标高最高值+2.79米。1a、3a、4a、7a、25a矿体位于CK63水位+6.31米之下，残余水头丰富，F4的次生张性断裂F103、F201附近为地下水活动有利地段。1a、1c、3a、7a矿体位于壶天群溶洞裂隙含水槽底部，该矿体开采存在的风险是突水涌泥，风险程度较高。因此要针对F103、F201断层附近与壶天群含水槽布置放水孔达到疏干目的。
新南截流巷L4裂隙为近东西向构造断裂，该裂隙可能延伸至在老南截流巷顶端（14#硐室南），因此与老南截流巷顶端（14#硐室南）有水力联系。开采25a矿体若揭露到L4裂隙，有可能产生夺水现象，涌水量很大。
（2）防治措施
0米中段设计2条放水巷（兼作回风巷），长340米，共计掘进量1955方。6个放水硐室，每个硐室长8米，宽4米，高2.5米。27个放水孔，孔深合计1725米。见表1。
-40米中段设计1个放水硐室，硐室长8米，宽4米，高2.5米。4个放水孔，孔深合计364米。井巷工程不能破坏截流巷，施工时需离截流巷50米距离之外。见表1。
2.2 开采D3tc、D3tb地层矿体风险较小
5a、6a、10a、17b、19a、20a矿体赋存于D3tc或D3tb地层，顶板为C1相对隔水层、D3tc相对隔水层。该地层以深部裂隙水为主，富水性弱，存在的风险是局部有含水裂隙，开采时可先打探水孔，疏干该裂隙水。 2.3 老南、新南截流巷夺水危害及防治
（1）在老南截流巷顶端（14#硐室南），裂隙十分发育，在新南截流巷使用之前，该点出水量大于10000吨/日，此位置裂隙和新南截流巷主要出水点裂隙相通，如揭露此处裂隙，可能出现与新南截流巷夺水现象，且水量很大。
（2）防治措施：
截断新、老截流巷水力联系，用水泥封堵老南截流巷顶端裂隙，水泥进入裂隙深度要大于2m。建议在老南截流巷南段裂隙处布置2排注浆孔，孔距0.5米，形成防渗帷幕截断新、老截流巷水力联系。
2.4 L4裂隙
L4裂隙为东西向张性裂隙，属导水裂隙。该裂隙位于-40米新南截流巷地面，涌水从下往上喷出，在帷幕注浆工程施工前涌水喷出较高，目前涌水量较小且基本稳定。25a矿体与L4裂隙的距离约90米。
2.5 地面溶洞塌陷及防治
（1）溶洞塌陷危害
该区域地表为九莲塘溶洞塌陷活跃区，据观察地面尾砂池的西面山坡沟溪水排往尾砂池，在雨季时沿塌陷垂向下渗。对含水层进行疏干排泄可能引起地下水位下降，产生地面塌陷。
（2）防治方法
沿尾砂池周围开挖排水沟，并将西面山坡的来水引流排至凡口河，放干尾砂池。
加强溶洞巡查，及时发现及时治理。
3、结论和建议
（1）该区域矿体在浅部截流疏干系统有效保护范围内，主要水害表现形式为残留水头导致的突水涌泥。1a、1c、3a、7a矿体赋存C1层，位于壶天群溶洞裂隙含水槽底部，该矿体开采存在的风险是突水涌泥，风险程度较高。因此要针对F103、F201断层附近与壶天群含水槽布置放水孔达到疏干目的。
（2）0米中段设计2条放水巷（兼作回风巷），长340米，共计掘进量1955方。6个放水硐室，每个硐室长8米，宽4米，高2.5米。27个放水孔，孔深合计1725米。
-40米中段设计1个放水硐室，硐室长8米，宽4米，高2.5米。4个放水孔，孔深合计364米。井巷工程施工时需离截流巷50米距离之外。
（3）沿尾砂池周围开挖排水沟，并将西面山坡的沟溪水引流排至凡口河，放干尾砂池。
（4）该区域201～204勘探线矿体在进行开采设计时，矿体开采揭露的裂隙与新南截流巷很可能产生夺水现象。建议在老南截流巷南段裂隙处布置2排注浆孔，孔距0.5米，形成防渗帷幕截断新、老截流巷水力联系。
（5）建议在该区域布置2个地下水位观测孔，观测地下水动态变化。
参考文献（References）：
[1]林丰年，李昌静.《环境水文地质学》[M].北京：地质出版社，1990.
[2]彭汉兴.《环境工程水文地质学》[M].北京：中国水利水电出版社，1998.
[3]章至洁，韩宝平，张月华.水文地质学基础.中国矿业大学出版社.
[4]侯玉新，黄皓莉.试论渗流场和渗流理论[J].工程勘察，2004年06期.
[5]马兆峰.矿区水文地质钻探研究[J].煤，2011年09期.
摘要：阐明区域矿体的含水层、隔水层、断层的导水性和地下水情况，分析矿体开拓开采过程可能存在的风险，作出治理规划。研究方法主要是分析矿体赋存岩层的断裂构造及其导水性，地下水在该区段的活动情况，布置探水孔疏干水头，大大减少突水涌泥风险。
关键词：含水层；隔水层；残余水头；夺水危害；疏干
引言
目前我矿进入主采区边部及外围开拓开采阶段，采区外围岩溶水文地质条件复杂，该区域矿体开拓开采过程中存在突水涌泥、夺水危害等风险。本文根据矿床地质特征、断层导水性质、矿区地下水情况，分析水文地质条件对矿体开拓开采的影响，作出地下水治理规划。
1、矿体水文地质条件
该区域矿体赋存在C1、D3tc、D3tb地层，上覆壶天群（C2+3ht）强岩溶含水层，C1层较薄。其中 1a号、1c号、7a号矿体位于壶天群溶洞裂隙含水槽底部，矿体西面为壶天群强岩溶含水层，东面为浅部D3tc天子岭地层。
1.1 含水层
该区域从上到下有第四系Q、石炭系中上统壶天群组（C2+3ht）、下统C1测水段，泥盆系上统帽子峰组、天子岭组、中统东岗岭组等地层。其中含水层有：
（1）石炭系中上统壶天群（C2+3ht）溶洞-裂隙强含水层，岩性为白云岩，该地层延深至-180米标高，富水性随深度加深而逐渐减弱。本区A带（强岩溶发育带）一般延伸至-20m标高，局部深达-40m，钻孔岩溶率10.44%，钻孔单位涌水量0.804～6.06L/s.m，平均渗透系数4.357m/d，富水性强；B带（弱岩溶发育带）分布在-20m标高以下，岩溶率0.62%，渗透系数0.381m/d，富水性弱。
本区域有8个矿体赋存在浅部C1层，处于强岩溶含水层下。
（2）泥盆系中统东岗岭组上亚阶（D2db）与上统天子岭组下亚组（D3ta）裂隙含水层，该地层潜入深部，以深部裂隙水为主，与上伏壶天群含水层无明显水力联系，富水性弱。
本区域有7个矿体赋存在D3tc层，处于弱含水层之中。
1.2 隔水层
区域内存有以下隔水或相对隔水层：
（1）石炭系下统（C1）相对隔水层，岩性为泥炭质灰岩、页岩和石英砂岩，该层较薄甚至缺失，且被F4、F5及次生断层F201、F203切断，呈不连续状分布，隔水性能不可靠。
（2）泥盆系上统天子岭组中、上亚组（D3tbc）相对隔水层，岩性为花斑状灰岩夹泥灰岩、条纹状灰岩和瘤状灰岩。该地层与上伏C1层是阻隔深部裂隙水与壶天群岩溶水水力联系的天然屏障，隔水性能良好。
1.3 断层导水性
（1）F4、F5断层的水文性质
F4、F5断层为新华夏系压扭性断裂，破裂隙面呈紧闭型，断层带本身并非渗水性和含水性良好的地质体，也不是单独的含水体，但在断层带两侧时，常发育近东西至北西西向的次一级横张裂隙，有利于岩溶发育和地下水活动。因此，在断层带附近，岩溶发育强度和发育深度都强于远离断层的部位。
（2）F112、F201断层的水文性质
F112、F201断层位于F4上盘，被F4断层截断，次生张性裂隙发育，是地下水活动的有利地段。
1.4 地下水情况
目前矿区F3与F4断层南面、F4与F5断层南面的进水通道基本上被隔水帷幕封堵，由于帷幕东面尚未完工，东南面仍然存在进水通道。
（1）补给
根据长期观测资料，该区域的补给来源主要是大气降水和地表水的垂向入渗（或下灌），其次为降落漏斗外围地下水的侧向径流。
（2）径流
目前该区域的主要进水通道为F5断层以东的进水通道。
（3）疏干排泄
北部0m中段北截流巷拦截疏干+20～±0m标高以上地下水，南部 -40m中段老南、新南截流巷拦截东南方向0～-40m标高以上地下水。目前老南截流巷涌水量已经很少，0～-40m标高以上岩溶裂隙水大部分汇集到新南截流巷排出。该区域矿体在浅部截流疏干系统保护范围内。
2、开采矿体可能存在的风险及防治
2.1 开采C1地层矿体的风险
（1）赋存在C1地层的矿体上覆壶天群强岩溶含水层。壶天群强岩溶含水层岩溶、裂隙发育，溶洞最大高度达到23.5m。
矿体标高约+39至-58米，CK63静止水位标高最高值+6.31米，-201/ZK8静止水位标高最高值+2.79米。1a、3a、4a、7a、25a矿体位于CK63水位+6.31米之下，残余水头丰富，F4的次生张性断裂F103、F201附近为地下水活动有利地段。1a、1c、3a、7a矿体位于壶天群溶洞裂隙含水槽底部，该矿体开采存在的风险是突水涌泥，风险程度较高。因此要针对F103、F201断层附近与壶天群含水槽布置放水孔达到疏干目的。
新南截流巷L4裂隙为近东西向构造断裂，该裂隙可能延伸至在老南截流巷顶端（14#硐室南），因此与老南截流巷顶端（14#硐室南）有水力联系。开采25a矿体若揭露到L4裂隙，有可能产生夺水现象，涌水量很大。
（2）防治措施
0米中段设计2条放水巷（兼作回风巷），长340米，共计掘进量1955方。6个放水硐室，每个硐室长8米，宽4米，高2.5米。27个放水孔，孔深合计1725米。见表1。
-40米中段设计1个放水硐室，硐室长8米，宽4米，高2.5米。4个放水孔，孔深合计364米。井巷工程不能破坏截流巷，施工时需离截流巷50米距离之外。见表1。
2.2 开采D3tc、D3tb地层矿体风险较小
5a、6a、10a、17b、19a、20a矿体赋存于D3tc或D3tb地层，顶板为C1相对隔水层、D3tc相对隔水层。该地层以深部裂隙水为主，富水性弱，存在的风险是局部有含水裂隙，开采时可先打探水孔，疏干该裂隙水。 2.3 老南、新南截流巷夺水危害及防治
（1）在老南截流巷顶端（14#硐室南），裂隙十分发育，在新南截流巷使用之前，该点出水量大于10000吨/日，此位置裂隙和新南截流巷主要出水点裂隙相通，如揭露此处裂隙，可能出现与新南截流巷夺水现象，且水量很大。
（2）防治措施：
截断新、老截流巷水力联系，用水泥封堵老南截流巷顶端裂隙，水泥进入裂隙深度要大于2m。建议在老南截流巷南段裂隙处布置2排注浆孔，孔距0.5米，形成防渗帷幕截断新、老截流巷水力联系。
2.4 L4裂隙
L4裂隙为东西向张性裂隙，属导水裂隙。该裂隙位于-40米新南截流巷地面，涌水从下往上喷出，在帷幕注浆工程施工前涌水喷出较高，目前涌水量较小且基本稳定。25a矿体与L4裂隙的距离约90米。
2.5 地面溶洞塌陷及防治
（1）溶洞塌陷危害
该区域地表为九莲塘溶洞塌陷活跃区，据观察地面尾砂池的西面山坡沟溪水排往尾砂池，在雨季时沿塌陷垂向下渗。对含水层进行疏干排泄可能引起地下水位下降，产生地面塌陷。
（2）防治方法
沿尾砂池周围开挖排水沟，并将西面山坡的来水引流排至凡口河，放干尾砂池。
加强溶洞巡查，及时发现及时治理。
3、结论和建议
（1）该区域矿体在浅部截流疏干系统有效保护范围内，主要水害表现形式为残留水头导致的突水涌泥。1a、1c、3a、7a矿体赋存C1层，位于壶天群溶洞裂隙含水槽底部，该矿体开采存在的风险是突水涌泥，风险程度较高。因此要针对F103、F201断层附近与壶天群含水槽布置放水孔达到疏干目的。
（2）0米中段设计2条放水巷（兼作回风巷），长340米，共计掘进量1955方。6个放水硐室，每个硐室长8米，宽4米，高2.5米。27个放水孔，孔深合计1725米。
-40米中段设计1个放水硐室，硐室长8米，宽4米，高2.5米。4个放水孔，孔深合计364米。井巷工程施工时需离截流巷50米距离之外。
（3）沿尾砂池周围开挖排水沟，并将西面山坡的沟溪水引流排至凡口河，放干尾砂池。
（4）该区域201～204勘探线矿体在进行开采设计时，矿体开采揭露的裂隙与新南截流巷很可能产生夺水现象。建议在老南截流巷南段裂隙处布置2排注浆孔，孔距0.5米，形成防渗帷幕截断新、老截流巷水力联系。
（5）建议在该区域布置2个地下水位观测孔，观测地下水动态变化。
参考文献（References）：
[1]林丰年，李昌静.《环境水文地质学》[M].北京：地质出版社，1990.
[2]彭汉兴.《环境工程水文地质学》[M].北京：中国水利水电出版社，1998.
[3]章至洁，韩宝平，张月华.水文地质学基础.中国矿业大学出版社.
[4]侯玉新，黄皓莉.试论渗流场和渗流理论[J].工程勘察，2004年06期.
[5]马兆峰.矿区水文地质钻探研究[J].煤，2011年09期.