內(nèi)蒙古浩堯爾忽洞金礦床水文地質(zhì)條件及礦坑涌水量預測

譚康雨 石福龍 曾瑞垠 詹勇 黃建業(yè)

摘 要：內(nèi)蒙古浩堯爾忽洞金礦位于內(nèi)蒙古高原的西部中段，區(qū)域分水嶺的南側(cè)。礦體賦存于中元古界白云鄂博群比魯特巖組（Pt2byb）中，含礦巖石主要為片巖、千枚巖、千枚狀板巖等，礦體嚴格受地層（比魯特巖組第二巖段）和構(gòu)造破碎帶及片理化帶控制。礦體多位于當?shù)厍治g基準面以下，地下水含水層富水性以弱為主，局部可達中等。礦床采用露天開采方式進行，在充分研究礦床地表及地下水的水力聯(lián)系的基礎上，預測礦坑涌水量并提出隨著礦床開采對水文地質(zhì)條件進一步的認識修改完善。

關鍵詞：浩堯爾忽洞金礦；露天開采；水文地質(zhì)條件；礦坑涌水量預測

中圖分類號：TD742；P641.463 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0101-04

Hydrogeological Conditions and Prediction of Water

Inflow of Haoyaoerhudong Gold Deposit in the Neimenggu Province

TAN Kangyu1，2 SHI Fulong3 ZENG Ruiyin1，2 ZHAN Yong1，2 HUANG Jianye1，2

（1.Sinodrill Co.， Ltd.，Beijing 100012；2. Sinotech Minerals Exploration Co.， Ltd.，Beijing 100012；3. Huairou District of Beijing Water Authority ，Beijing 101400）

Abstract： Haoyaoerhudong gold deposit is located in the western part of Neimenggu Plateau，South side of regional watershed.The orebodies occur in the Mesoproterozoic Baiyunebo group bierut rock group（Pt2byb），The ore bearing rock is mainly schist and phyllite，the orebody is strictly controlled by strata （rock rock bierut group second） and structural fracture zone and schistosi. The ore bodies are located at the local erosion leve，the water content of the groundwater aquifer is weak， and the local water content is moderate.The deposit is mined by open pit mining，on the basis of the deposit surface and groundwater hydraulic connection on the basis of prediction of water inflow of mine and put forward with mining hydrogeological condition for further revise and improve the understanding.

Keywords： Haoyaoerhudong gold deposit；open-pit mining；hydrogeological condition；prediction of water inflow of mine

浩堯爾忽洞金礦位于內(nèi)蒙古烏拉特中旗新忽熱蘇木以北10km處，是我國北方地區(qū)最大的黃金堆浸礦山。礦區(qū)所處大地構(gòu)造位置為華北地臺北緣白云鄂博臺緣拗陷帶的中部，高勒圖斷裂段和合教-石崩斷裂帶的夾持區(qū)，區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造為一軸向呈北東向展布的浩堯爾忽洞向斜，礦體位于向斜核部的南翼，嚴格受構(gòu)造剪切帶和地層比魯特巖組（Pt2byb）第二巖段控制。礦體大部位置侵蝕基準面以下，加之礦區(qū)開采為露天開采，水文地質(zhì)條件及礦坑涌水量預測是影響礦山建設和開采的重要研究內(nèi)容。本文通過對該礦區(qū)以往進行的地質(zhì)勘查等野外工作資料的整理分析，驗證礦區(qū)水文地質(zhì)條件類型，為礦山開采和采礦設計提供了科學依據(jù)。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

1.1 礦區(qū)概況

浩堯爾忽洞金礦行政區(qū)劃隸屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾盟烏拉特中旗（縣），該礦區(qū)內(nèi)為剝蝕高原地形，起伏平緩，標高1 550～1 750m，相對高差50～200m。長山壕地段以長山壕為最低，向南向北漸漸升高，總體地形是東高西低，較為平緩，在低洼處形成季節(jié)性河流，區(qū)內(nèi)植被不發(fā)育，以稀疏矮草為主。

該區(qū)為典型的大陸性氣候，干旱少雨，冬季嚴寒、夏季炎熱。年最高氣溫35～37℃，最低氣溫-31.7℃。降雨期主要集中于七至九月份，占全年降水量的70%左右，多年平均降水量205.7mm，年最大432.6㎜（1979年），日最大降水量49.5㎜（1977年7月29日），多年平均蒸發(fā)量2 418mm。

1.2 礦床水文地質(zhì)特征

礦區(qū)位于內(nèi)蒙古高原的西部中段，區(qū)域分水嶺的南側(cè)，黃河流域內(nèi)，由于區(qū)域氣候干燥，降雨量稀少，蒸發(fā)量大等氣候因素[1]，造成區(qū)域地表水系不太發(fā)育，水網(wǎng)密度稀疏（見圖1）。

圖1 區(qū)域水系分布圖

注：1.居民點；2.時令河；3.分水嶺；4.工作區(qū)范圍。

摩楞河流經(jīng)礦區(qū)西部，與西礦段的最小直線距離為2 300m。該處以上河段長26㎞，匯水面積355㎞2。摩楞河為間歇性河，徑流量主要集中于兩個時段：6月中旬至8月中旬，受大氣降水補給，徑流量占年徑流水量的90%；3月至4月，河流受冰雪融化補給，形成暫時徑流。根據(jù)礦區(qū)東南部10㎞之外的二牛灣水文站觀測資料可知：1980—2004年，摩楞河多年平均徑流量129L/s，年最大徑流量650L/s，年最小徑流量為零。

2 礦床地下水力聯(lián)系

2.1 含水層

礦區(qū)最低侵蝕基準面出現(xiàn)于礦區(qū)西部，摩楞河谷中，標高1 560m，礦區(qū)大部分礦體賦存于該標高以下。

礦區(qū)發(fā)育一條北西流向坳溝，底部堆積大量洪積物。洪積物主要由粗砂、礫石及少量碎石、粉砂、黏質(zhì)物、腐殖質(zhì)組成。坳溝匯集礦區(qū)東北部地區(qū)風化裂隙含水層中地下水，旱季地下水位埋深2～3m，雨季地下水位埋深淺。在盆地、洼地、蝕余山山麓及坡度不大的斜坡地帶，分布著殘坡積物，厚度一般1～2m，局部超過3m。物質(zhì)組分大部由細小顆粒的亞砂土、亞黏土組成，并夾雜一些粗粒巖屑。殘積物下伏于坡積物之下，厚度一般為0.5～1m。

風化裂隙含水層分布于礦區(qū)大部，根據(jù)施工鉆孔資料可知其埋深為2～15m，厚度為40～70m，在地形較高處風化層上部的強風化區(qū)裂隙發(fā)育，巖石較破碎，透水性強，因本區(qū)降水少，得不到充足的水補給，基本為透水不含水層。隨深度增加，巖石逐漸完整，裂隙變少、裂隙開啟度變小，風化裂隙層地下水得以儲存，但富水性較弱[2，3]。鉆孔勘探線水工環(huán)地質(zhì)剖面圖如圖2所示。

圖2 鉆孔勘探線水工環(huán)地質(zhì)剖面圖

2.2 隔水層

礦區(qū)出露地層主要為中元古界白云鄂博群哈拉霍格特組，巖性由片麻巖、石英片巖、石英巖、細砂巖、變粒巖及少量大理巖組成，加之后期花崗巖脈穿插，礦區(qū)地層巖性有利于構(gòu)成隔水層。地層成巖裂隙少，與構(gòu)造裂隙一樣，大部分發(fā)育呈閉型，或充填膠結(jié)呈閉型。因此，礦區(qū)中、深部地帶隔水層厚度大，連續(xù)完整，隔水性能強[4]。

2.3 構(gòu)造裂隙含水體

礦區(qū)為單斜構(gòu)造，地層整體近乎直立，構(gòu)造裂隙在礦區(qū)中深部發(fā)育最廣，主要發(fā)育于斷層構(gòu)造的上下兩盤。裂隙發(fā)育程度總體密度較大，屬發(fā)育類型。相關鉆孔資料統(tǒng)計：各巖性發(fā)育構(gòu)造裂隙三組，開啟度一般為0.5～1mm，個別大于2mm；未充填膠結(jié)的裂隙面一般較粗糙，充填飽滿膠結(jié)程度較好的裂隙面表面平整光滑，充填物主要有硅質(zhì)、方解石、白云石、綠泥石、高嶺石、伊利石、蒙脫石、蛇紋石及泥質(zhì)等。

2.4 地下水的補給、徑流、排泄

本區(qū)地下水的主要補給來源首先是大氣降水：夏季降雨，冬季降雪。初春（2—4月）冰雪融化，形成溪流補給地下水；夏季（6—8月）降水補給，降水強度一般為小到中雨。其次為水庫地表水體補給地下水，僅能在庫壩附近產(chǎn)生，其補給范圍小，補給量和影響范圍極為有限[5-7]。

由于區(qū)域地下水埋藏淺，水位隨地形高低起伏而變化，沒有統(tǒng)一的潛水面，沒有統(tǒng)一的徑流方向，大體由分水嶺等地形較高處向河谷、洼地徑流。地形起伏量小，地下水的水力坡度較小，徑流速度較慢。蒸發(fā)與蒸騰是本區(qū)地下水的主要排泄方式。主要是土壤水的蒸發(fā)，植被差，主要為針茅屬植物種群，蒸騰量較少。此外雨季有少量間歇性泉水出露，如新忽熱水庫壩區(qū)、磁鐵礦選廠東南摩楞河河邊等[8]。

3 礦坑充水因素分析

3.1 老空水

本礦區(qū)屬原生金礦，無開采痕跡，不存在老采空區(qū)和老窿，因此無老空水充水礦床威脅。

3.2 地表水

礦區(qū)處于區(qū)域分水嶺地帶，地形較高，地表水系分布稀疏，降雨、降雪等降水是僅有的補給形式。流經(jīng)礦區(qū)的摩楞河發(fā)源于區(qū)域北部山丘，烏拉特中旗新忽熱蘇木倫額。由北向南徑流，匯合眾多坳溝，形成谷形寬淺，經(jīng)常無水流的季節(jié)性河流。本區(qū)降雨稀少，主要集中在7月至9月份，降雨強度以小到中雨為主，少有大雨。由于日照強烈、氣候干燥、蒸發(fā)量大，造成土壤和表層巖石也干燥，一般中小雨的降水強度小于當日蒸發(fā)強度，大氣降水形成地表徑流和補給地下水的水量小。因此，地表水難以造成礦床的充水水源。

3.3 地下水

礦區(qū)大氣降雨通過風化裂隙通道或孔隙通道補給地下水，坑采時可構(gòu)成礦床的主要充水水源，形成礦坑正常涌水量[9]。露采條件下，由于本區(qū)降水量稀少，日照強烈，蒸發(fā)量大，地下水的主要補給來源大氣降雨的補給量少。含水層發(fā)源于淺部，僅對淺部的礦床開采影響較大，對中深部的礦床開采影響較小。以靜儲量為主動儲量為輔的含水層地下水，初期排水疏干礦坑涌水量較大，疏干后正常礦坑涌水量較少。

礦區(qū)及周邊地層巖性以碎屑巖為主，缺失巖溶含水層。由碎屑巖為主體的風化裂隙含水層僅存于淺部，厚度小。礦區(qū)處于分水嶺地帶，地下水位高于周邊，中深部均為隔水層。因此，礦床開采時排水疏干降落漏斗范圍小，區(qū)域地下水難以產(chǎn)生反向補給礦床，與礦床的水力聯(lián)系極弱。加上補給條件差，地下水也以靜儲量為主，動儲量小。礦區(qū)地下水無論充水水量大小，其充水水源只能構(gòu)成礦坑正常涌水量，不會形成威脅礦床開采的主要充水水源、產(chǎn)生露采坑的最大涌水量。

3.4 大氣降水

本區(qū)降雨稀少，降雨強度以小到中雨為主，少有大雨，難有暴雨的降水記錄。由于日照強烈、氣候干燥、蒸發(fā)量大，導致土壤和表層巖石也較為干燥，一般中小雨的降水強度小于當日蒸發(fā)強度，大氣降水形成地表徑流和補給地下水的水量小，個別年份全年無地表徑流，徑流模數(shù)和百分數(shù)為零。因此，造成一般年份露采坑涌水量與當?shù)亟邓畡討B(tài)無關，沒有明顯的季節(jié)性和多年周期性的變化。隨著采深增加，露采坑的涌水量反而逐漸減少。但大于25mm/d的大雨因降水強度較大，地表或露采邊坡吸水有限，降水蒸發(fā)少，特別是邊坡入滲條件差，易引起洪水和邊坡坍塌，是威脅礦床開采的主要因素，也是露采坑最大涌水量的充分水源。

4 礦坑涌水量預測

浩堯爾忽洞金礦床的金含量品位低、埋深淺，適合露采，因此本次僅進行露采坑涌水量預測。

本次預測選用“大井法”潛水完整井裘布依公式，預測地下水涌入礦坑的涌水量：

[Q1=1.366K（2H-S）S1gR0r0] （1）

式中：K為滲透系數(shù)，采用礦區(qū)內(nèi)6個注水孔滲透系數(shù)的加權(quán)平均值，K=0.007 30m/d（數(shù)據(jù)來源于楊香奴等《內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特中旗浩堯爾忽洞金礦水工環(huán)地質(zhì)工作報告》）。H為含水層厚度，m；S為設計疏干水位降深，m。自然流場下平均潛水位標高1 690m，預測底界標高1 450m，則：H=S=1 690m-1 450m=240m。r0為大井半徑：r0=η（a+b）/4=1.08×（3 700+65）/4=1 016.55m。R0為影響半徑，R0=R+r0=2×S×[HK]+1 016.55=1 651.893 1m。Q1為地下水涌入礦坑的涌水量。有上述數(shù)據(jù)可的，Q1為2724.0549m3/d；

依據(jù)式（1）計算大氣降水匯入量：

Q2=L·B·X/1 000 （1）

式中：L為采場頂部長，3 700+240×cot60°×2=3 977.1281m；B為采場頂部寬，65+240×cot60°×2=342.1281m；X為多年平均降水量，205.7/365=0.563 6mm；Q為礦坑范圍匯水量，766.831 2m3/d；Q正常=Q1+Q2=2 724.054 9m3/d+766.831 2m3/d=3 490.886 1m3/d

強降水條件下礦坑涌水量，在降水季節(jié)，大氣降水對礦坑涌水量起主導作用，而地下水涌水量為次要因素，根據(jù)當?shù)貧庀筚Y料日最大降水量發(fā)生在1977年7月29日為49.5㎜，依據(jù)式（3）計算強降水時礦坑涌水量：

Q=L·B·X/1 000 （3）

公式（3）中：L為采場頂部長，3 700+240×cot60°×2=3 977.128 1m；B為采場頂部寬，65+240×cot60°×2=342.128 1m；X為日最大降水量，49.5mm；Q為強降雨時礦坑礦坑涌水量，67 354.026 6m3/d。

5 結(jié)論

本區(qū)氣候干旱，日照強烈，降水量較小，降水相對集中，蒸發(fā)量大，地表水體不發(fā)育，礦體多位于當?shù)厍治g基準面以下[10]，地下水含水層富水性以弱為主，局部可達中等，水文地質(zhì)條件屬簡單類型。

大井法作為地下水動力學方法，為理想化模型，計算公式適用于均質(zhì)的含水層，而本區(qū)為非均質(zhì)的裂隙含水帶，而視為均質(zhì)層計算求得滲透系數(shù)，影響了預算的精度。露采坑涌水量預測應隨礦床開采過程中的資料積累和對礦床水文地質(zhì)條件認識的深化，開采條件下礦床充水因素也會發(fā)生一定變化，進而井巷涌水量也會發(fā)生一定變化，需進行逐步修改完善。

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