内蒙古锡林浩特毛登钼锡铜矿露天矿坑涌水量预测

内蒙古锡林浩特毛登钼锡铜矿露天矿坑涌水量预测内蒙古锡林浩特毛登钼锡铜矿露天矿坑涌水量预测吴建军吴建军 (河南省有色金属地质矿产局河南省有色金属地质矿产局 第六地质大队，河南第六地质大队，河南 洛阳洛阳 471002)摘摘 要：要：文章通过对内蒙古锡林浩特毛登钼锡矿区的自然地理、水文地质特征和气象要素进行了分析文章通过对内蒙古锡林浩特毛登钼锡矿区的自然地理、水文地质特征和气象要素进行了分析，阐述了矿床的充水因素，进而对未来矿坑的涌水量进行了估算、对比和评价。，阐述了矿床的充水因素，进而对未来矿坑的涌水量进行了估算、对比和评价。关键词：钼锡铜矿；露天矿坑；矿床水文地质；矿坑涌水量预测关键词：钼锡铜矿；露天矿坑；矿床水文地质；矿坑涌水量预测毛登钼锡铜矿位于内蒙古锡林浩特市毛登牧场的东部，出露的岩石地层以侏罗系上统、二迭毛登钼锡铜矿位于内蒙古锡林浩特市毛登牧场的东部，出露的岩石地层以侏罗系上统、二迭 系下统火山熔结角砾凝灰岩、凝灰岩及燕山早期的花岗斑岩为主，近地表风化作用强烈，一系下统火山熔结角砾凝灰岩、凝灰岩及燕山早期的花岗斑岩为主，近地表风化作用强烈，一 般呈块状或碎块状；在地表下般呈块状或碎块状；在地表下 50m 后，裂隙发育弱，岩石完整而坚硬。后，裂隙发育弱，岩石完整而坚硬。1 自然地理与气象特征自然地理与气象特征本区位于大兴安岭南段西坡，地形切割较弱，山体多为馒头状，山脉总体呈北东南西走向本区位于大兴安岭南段西坡，地形切割较弱，山体多为馒头状，山脉总体呈北东南西走向，海拔标高，海拔标高 1 120m1 397m，相对高差一般在，相对高差一般在 150m260m，属北温带高原丘陵区。，属北温带高原丘陵区。最近最近 30 年的气象资料统计显示：本区降水主要集中在年的气象资料统计显示：本区降水主要集中在 68 月，占全年降水量的月，占全年降水量的 59.8%74.3%，多年平均降水量为，多年平均降水量为 273.8mm，年最大降水量为，年最大降水量为 481mm，年最小降水量为，年最小降水量为 121.1mm，日最大降，日最大降 水量水量 89.6mm；年最大蒸发量为；年最大蒸发量为 2 270.1mm，年最小蒸发量为，年最小蒸发量为 1 307mm；多年最高气温为；多年最高气温为 39.2，出现于，出现于 7 月，最低气温为月，最低气温为-38，出现在，出现在 1 月，无霜期短，一般从月，无霜期短，一般从 10 月开始上冻，到翌年月开始上冻，到翌年5 月解冻，最大冻深月解冻，最大冻深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 月各出现季风月各出现季风 1 次，最大风次，最大风 速速 25m/s，风向以西及北西向为主，占，风向以西及北西向为主，占 80%。本区冬季严寒而长，夏季炎热而短，蒸发量远远大于降水量，多年统计资料显示，区域最小本区冬季严寒而长，夏季炎热而短，蒸发量远远大于降水量，多年统计资料显示，区域最小 蒸发量是最大降水量的蒸发量是最大降水量的 3 倍，属于干旱半干旱大陆性高原气候。倍，属于干旱半干旱大陆性高原气候。2 矿床水文地质特征矿床水文地质特征矿区地形由丘陵和山间沟谷洼地组成，地势平缓，中间高，四周低，三面环山，西部开阔。矿区地形由丘陵和山间沟谷洼地组成，地势平缓，中间高，四周低，三面环山，西部开阔。最高点在勘探区东北部，海拔标高最高点在勘探区东北部，海拔标高 1 285.5m。最低点在勘探区的西南丘陵洼地，海拔标高。最低点在勘探区的西南丘陵洼地，海拔标高 1 162m。相对切割深度。相对切割深度 123.5m，地面坡角，地面坡角 20左右，植被发育差，地表风化强烈。左右，植被发育差，地表风化强烈。当地侵蚀基准面海拔当地侵蚀基准面海拔 1 153.0m，矿区属剥蚀高原丘陵地貌单元。，矿区属剥蚀高原丘陵地貌单元。地表水：地表水系不发育，仅在矿区西南部边缘有一条季节性河流，由南东流向北西，特大地表水：地表水系不发育，仅在矿区西南部边缘有一条季节性河流，由南东流向北西，特大 降雨形成的短暂洪流量一般为降雨形成的短暂洪流量一般为1.94m3/s 左右，经左右，经 2km3km 的径流后形成地下潜流，汇入锡的径流后形成地下潜流，汇入锡 林河，属锡林河流域。林河，属锡林河流域。2.1 第四系风成砂土和坡残积碎石透水层第四系风成砂土和坡残积碎石透水层风成砂土主要分布在矿区四周的边缘低洼地带，以粉细砂土为主，结构疏松，分布面积较大风成砂土主要分布在矿区四周的边缘低洼地带，以粉细砂土为主，结构疏松，分布面积较大；碎石层由基岩风化残坡积物组成，棱角状、松散堆积，主要分布在丘陵山地。；碎石层由基岩风化残坡积物组成，棱角状、松散堆积，主要分布在丘陵山地。该透水层在矿区的分布厚度不尽一致，其分布厚度受地形和风向控制，一般厚度约该透水层在矿区的分布厚度不尽一致，其分布厚度受地形和风向控制，一般厚度约 3m，因矿，因矿 区地处干旱地区，该层近地表分布，不利于大气降水的聚集，是良好的透水层。区地处干旱地区，该层近地表分布，不利于大气降水的聚集，是良好的透水层。2.2 基岩风化带透水层基岩风化带透水层该区风化作用强烈，风化带厚度随地形起伏，而矿区处于相对高地，最大风化深度约该区风化作用强烈，风化带厚度随地形起伏，而矿区处于相对高地，最大风化深度约 50m，接近低洼地面高程，钻探过程中没有发现地下水的存在，表明大气降水的入渗在风化带中呈接近低洼地面高程，钻探过程中没有发现地下水的存在，表明大气降水的入渗在风化带中呈 季节性变化特征，因此确定基岩风化带为透水层。季节性变化特征，因此确定基岩风化带为透水层。2.3 深部基岩裂隙含水层深部基岩裂隙含水层2.3.1 下二迭系角砾凝灰岩裂隙含水层。分布在矿区中西部，近地表处风化裂隙较发育下二迭系角砾凝灰岩裂隙含水层。分布在矿区中西部，近地表处风化裂隙较发育，而深部裂隙呈微小型，富水性弱，水位埋深约，而深部裂隙呈微小型，富水性弱，水位埋深约 50m。2.3.2 燕山早期侵入岩裂隙含水层。主要岩性为花岗斑岩，出露矿区东部，裂隙发育，燕山早期侵入岩裂隙含水层。主要岩性为花岗斑岩，出露矿区东部，裂隙发育，地表径流条件好，流程短。地表径流条件好，流程短。2.3.3 构造破碎带孔隙含水层。基岩裂隙水的赋存量受构造的直接控制，破碎带中由于构造破碎带孔隙含水层。基岩裂隙水的赋存量受构造的直接控制，破碎带中由于 岩脉的侵入岩脉的侵入，使岩脉与构造截接的部位充水，其补给来源除大气降水垂直补给外，还接受区域性地下水，使岩脉与构造截接的部位充水，其补给来源除大气降水垂直补给外，还接受区域性地下水 的补给。的补给。以往采矿坑道涌水量情况表明，矿床基岩裂隙水分布不均匀，钼矿区西侧的锡铜矿开采竖井以往采矿坑道涌水量情况表明，矿床基岩裂隙水分布不均匀，钼矿区西侧的锡铜矿开采竖井 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，而矿区中部钻孔抽水试验涌水量，而矿区中部钻孔抽水试验涌水量 仅为仅为55.2m3/d，渗透系数为，渗透系数为 0.0148m/d，单位涌水量为，单位涌水量为 0.0076 l/sm，说明本区基岩裂隙潜说明本区基岩裂隙潜 水分布具有不均匀性。水分布具有不均匀性。2.4 地下水间的水力联系地下水间的水力联系在天然条件下，第四系松散层中的孔隙潜水（或上层滞水）与基岩风化带裂隙水有紧密的水在天然条件下，第四系松散层中的孔隙潜水（或上层滞水）与基岩风化带裂隙水有紧密的水 力联系，构成统一的地下水面，而与深部基岩裂隙水间水力联系较弱。力联系，构成统一的地下水面，而与深部基岩裂隙水间水力联系较弱。综上所述，本矿区水文地质条件具有以下特点：矿区处于相对独立的水文地质单元之径流区综上所述，本矿区水文地质条件具有以下特点：矿区处于相对独立的水文地质单元之径流区，周边地区没有大的地表水体存在，大气降水是地下水的唯一补给来源。地下水是影响矿床，周边地区没有大的地表水体存在，大气降水是地下水的唯一补给来源。地下水是影响矿床 充水的主要因素；地表分水岭明确，地下水与地表水的运移方向一致，且受地形、地质岩性和地质构造控制。充水的主要因素；地表分水岭明确，地下水与地表水的运移方向一致，且受地形、地质岩性和地质构造控制。地表水由矿区汇集到毛登沟谷洼地后，注入毛登沟谷的小溪中形成潜流汇入锡林河，地下水地表水由矿区汇集到毛登沟谷洼地后，注入毛登沟谷的小溪中形成潜流汇入锡林河，地下水 的赋存形式有第四系松散堆积物的孔隙水、基岩风化裂隙水和深部基岩裂隙水，以基岩裂隙的赋存形式有第四系松散堆积物的孔隙水、基岩风化裂隙水和深部基岩裂隙水，以基岩裂隙 水为主，富水性弱且不均匀，矿体处在当地侵蚀基准面水为主，富水性弱且不均匀，矿体处在当地侵蚀基准面 1 153m 以下，矿床类型为坚硬岩石裂以下，矿床类型为坚硬岩石裂 隙直接充水型，水文地质条件简单。隙直接充水型，水文地质条件简单。3 露采矿坑涌水量的估算露采矿坑涌水量的估算3.1 计算参数的确定计算参数的确定3.1.1 露采矿坑边界的确定露采矿坑边界的确定。根据主矿体所在矿区的位置，以高程。根据主矿体所在矿区的位置，以高程 1 000m 为第一开拓水平底线，以采矿边界线内敛为第一开拓水平底线，以采矿边界线内敛 100m 作作 为采坑的安全边界，再按为采坑的安全边界，再按 70边坡角投影到地表，结合地形条件确定露天采场的范围，其采边坡角投影到地表，结合地形条件确定露天采场的范围，其采 场地面形状为椭圆形，长约场地面形状为椭圆形，长约 800m，宽约，宽约 600m。露采矿坑水影响范围及边界，矿区降水补给面积约露采矿坑水影响范围及边界，矿区降水补给面积约 5.0km2，以地表分水线或沟谷为边界，以地表分水线或沟谷为边界，作为降水的影响范围。作为降水的影响范围。3.1.2 露采矿坑的充水条件。露采矿坑充水主要来自地下水和大气降水。地下水是矿坑充、涌水的经常性因素，大气降水露采矿坑的充水条件。露采矿坑充水主要来自地下水和大气降水。地下水是矿坑充、涌水的经常性因素，大气降水 在采场汇水范围内所形成的降雨径流，是矿坑充、涌水的季节性暂时性的因素。在采场汇水范围内所形成的降雨径流，是矿坑充、涌水的季节性暂时性的因素。该区地处干旱区，蒸发量远远大于降水量，因此大气降水是矿床充水的次要充水来源；矿坑该区地处干旱区，蒸发量远远大于降水量，因此大气降水是矿床充水的次要充水来源；矿坑 揭露含水层后，地下水涌入矿坑形成矿床直接充水，是矿床的主要充水来源。揭露含水层后，地下水涌入矿坑形成矿床直接充水，是矿床的主要充水来源。3.1.3 估算公式的选择。根据矿区钻孔抽水试验资料，利用公式：估算公式的选择。根据矿区钻孔抽水试验资料，利用公式：式中符号：式中符号：H 为地下水水位相对矿坑底板的高度（为地下水水位相对矿坑底板的高度（m），），h 为矿坑内水位高度（为矿坑内水位高度（m），），r1 和和 r2 分别为观测孔与抽水孔的距离（分别为观测孔与抽水孔的距离（m），），R 和和 R0 为影响半径和引用影响半径（为影响半径和引用影响半径（m），），rw 和和 r0 为钻孔半径和矿坑引用半径（为钻孔半径和矿坑引用半径（m），），F1 为露采矿坑面积（为露采矿坑面积（m2），），F2扣除露采坑后扣除露采坑后 的降水影响面积（的降水影响面积（m2），），X 为大气降水量（为大气降水量（m），），为大气降水渗入系数。为大气降水渗入系数。3.1.4 估算参数的确定。根据抽水试验资料确定，抽水孔水位高程估算参数的确定。根据抽水试验资料确定，抽水孔水位高程 1 21551=1 164m，按此计算矿区地下水位降深为，按此计算矿区地下水位降深为：S=1 1641 000=164m。在地形图上求积取得，首采区境界：在地形图上求积取得，首采区境界：F1=480 000m2，F2=4 520 000m2。由露采矿坑面积求得：由露采矿坑面积求得：大气降水多年平均值大气降水多年平均值 X0.274m，最大值，最大值0.481m，最小值，最小值0.121m。根据西南部小孤山水库的水文勘测资料，本区泉水年径流量为根据西南部小孤山水库的水文勘测资料，本区泉水年径流量为47.3104m3，补给面积，补给面积 为为 141104m3，由此求得，由此求得 0.0122。3.2 矿坑涌水量的估算矿坑涌水量的估算3.2.1 正常情况下的矿坑涌水量的估算。正常情况下的矿坑涌水量是按多年平均降水量计算的，大气降水的影响量和地下水的涌水量正常情况下的矿坑涌水量的估算。正常情况下的矿坑涌水量是按多年平均降水量计算的，大气降水的影响量和地下水的涌水量 共同控制矿坑的涌水量大小，按此估算矿坑涌水量结果见表共同控制矿坑的涌水量大小，按此估算矿坑涌水量结果见表 1。3.2.2 强降雨条件下矿坑涌水量的估算。在强降雨季节，大气降水对矿坑涌水量起主导作用，而地下水涌水量为次要因素，因此，强强降雨条件下矿坑涌水量的估算。在强降雨季节，大气降水对矿坑涌水量起主导作用，而地下水涌水量为次要因素，因此，强 降雨季节矿坑涌水量的估算，可由日最大降雨量与矿坑面积之积求得。降雨季节矿坑涌水量的估算，可由日最大降雨量与矿坑面积之积求得。根据锡林浩特地区的气象资料，日最大降雨量发生在根据锡林浩特地区的气象资料，日最大降雨量发生在 2006 年年 8月月 11 日，降雨强度为日，降雨强度为 89.6mm，依此计算强降雨发生时，矿坑的涌水量为依此计算强降雨发生时，矿坑的涌水量为 43 902.8m3/d。3.2.3 矿坑涌水量估算评价与对比。本矿区在以往锡铜矿开采期间，矿床的开发形式以竖井和斜坡巷道开拓为主，井口高程矿坑涌水量估算评价与对比。本矿区在以往锡铜矿开采期间，矿床的开发形式以竖井和斜坡巷道开拓为主，井口高程 1 19 6.04m，开采井巷长度，开采井巷长度 660m，矿段高程，矿段高程 1 065m，井巷排水量约为，井巷排水量约为 250m3/d，水位降深为，水位降深为 81m。把井巷换算成。把井巷换算成“大井大井”，其引用半径为，其引用半径为 r0=210m，按照抽水试验的影响半径，按照抽水试验的影响半径 80m 计算的引计算的引 用影响半径用影响半径 R0=290m，则井巷的涌水影响面积，则井巷的涌水影响面积 F0=3.14R02264 074m2。由此。由此 计算单位面积单位降深的涌水强度计算单位面积单位降深的涌水强度 q0250/（26 40781）1.1710-5m3/dm 2m。预测矿坑底板高程预测矿坑底板高程 1 000m，水位降深，水位降深 S=1 164-1 000=164m，矿坑面积，矿坑面积 F4.8105m2，则矿坑涌水量则矿坑涌水量 Qq0FS=921m3/d，与预测的矿坑地下水涌水量，与预测的矿坑地下水涌水量 894.8 m3/d 相差相差 26.2 m3/d。由此可见，矿坑涌水量的计算结果与本矿区井巷历史排水情况基本吻合，说明露采矿坑涌水由此可见，矿坑涌水量的计算结果与本矿区井巷历史排水情况基本吻合，说明露采矿坑涌水 量的水文地质模型概化合理、计算结果可靠，能够指导未来矿山建设中的排水工作，保障矿量的水文地质模型概化合理、计算结果可靠，能够指导未来矿山建设中的排水工作，保障矿 坑排水的安全。坑排水的安全。4 矿坑水的综合利用矿坑水的综合利用本区地表水和地下水受自然地理和地质环境要素的限制，蒸发量远远大于降水量，可供利用本区地表水和地下水受自然地理和地质环境要素的限制，蒸发量远远大于降水量，可供利用 的地下水资源也十分有限，因此，充分利用矿坑水是十分必要的，利用矿坑水既降低生产成的地下水资源也十分有限，因此，充分利用矿坑水是十分必要的，利用矿坑水既降低生产成 本，又能有效的防止水土流失，但仅矿坑水还远远不能解决未来矿山的用水需求，所以，必本，又能有效的防止水土流失，但仅矿坑水还远远不能解决未来矿山的用水需求，所以，必 须在充分论证矿区周边水文地质特征的基础上，进行水源地开发和水资源调配。须在充分论证矿区周边水文地质特征的基础上，进行水源地开发和水资源调配。