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甘肃早子沟金矿水文地质特征及涌水量预测

来源:好走旅游网
第40卷第4期 2018年8月 甘肃冶金 Vo1.40 No.4 Aug.,2018 GANSU METALLURGY 文章编号:1672—4461 I 2018)04-0109—05 甘肃早子沟金矿水文地质特征及涌水量预测 赵志成 (甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院,甘肃兰州730020) 摘要:早子沟金矿位于甘南藏族自治州境内,区内水系比较发育,气候为青藏高原高寒湿润气候区。地下水化学 类型简单,主要为HCO3-Ca.Mg型淡水。该矿床为裂隙充水矿床;通过对该矿床充水因素的分析和矿坑涌水量的预 测.为矿山安全生产提供科学依据。 关键词:早子沟金矿;水文地质特征;充水因素分析;涌水量预测; 中图分类号:P641.46 文献标识码:A The Characteristics of Hydrological Geology and the Forecast of Flood Water in Gansu Provincial Gold Mine of Zaozigou ZHA0 Zhi—cheng (Third Geological and Mineral Exploration Institute of Gansu Province,Lanzhou 730020,China) Abstract:Zaozigou gold is located in Gannan Tibetan autonomous prefecture,the region s water system is relatively devel— oped,the climate is the plateau of the Qinghai—Tibet plateau and humid climate.The type of groundwater chemistry is sim— ple,mainly HCO3-Ca—Mg fresh water.The deposit is a liexi mineral deposit.It provides scientific basis for the safety pro— duction of mine by analyzing the water—iflling factors of the mine bed and the prediction of the water flow. Key Words:gold mine of Zaozigou;the characteristics of hydrological geology;analysis of water—filled factors;the forecast offlood water 1 引言 早子沟金矿床位于青藏高原东部边缘,地形高 亢,地貌类型多样。为典型的高原中山地貌,海拔高 度在2 986~3 400 m之间,相对高差300 in,地形切 早子沟金矿于1996年发现,1997年开始露天 开采,2004年之后转入地下开采,现黄金年产量2 t 以上.上交国家利税10亿多元。从而为国家和地方 经济发展做出了重大贡献。然而,经过20年的开 采.在地下深部开采的过程中出现了坑道涌水等环 境地质问题。因此,在查明水文地质条件的基础上, 对矿坑涌水量进行预测.为矿山安全生产提供科学 预防措施。 割较强烈,总体南西向北东逐渐倾斜,矿区分布于西 南部为低中山区地貌区内。东北部是沟谷区。该矿 区气候属高原大陆性季风气候内,高寒阴湿,多雨 雪.冬长夏短,年平均最高气温10.7℃,平均最低气 温.2O℃,平均气温2.6℃。年平均降水量400 mm, 全年最大降雨量809.7 mm。全年最小降雨量 253.3 iI-lm,年均蒸发量1 221.9 1Tln。平均无霜期为 i2区域水文地质条件 2.1水系 区域内水系比较发育.四级水系早子沟河自西 56天,年最大积雪深度15 Oin。风向为东北风和偏 北风,11月至翌年5月为冰冻期,冻土层厚0.8~ 1.42 m。该矿床地下水主要接受大气降水和南部地 表水径流补给,大气降水补给地下水分水岭基本与 地表分水岭一致。 向东,三级水系咯河位于矿区东部,二级水系大夏河 属黄河流域,源于甘南高原,流经临夏盆地在康家湾 注人刘家峡水库。 2.2区域地下水特征 地下水分水岭基本与地表分水岭一致。在浅部 薄 孵。 E ̄帆:G—SL8YJ L@ 126。:c0m l10 甘肃 冶 金 第4O卷 风化裂隙潜水为主,而深部为裂隙承压水或裂隙脉 状承压水,主要属褶皱区的承 水区类型. .I)‘=内的地下水的生成、赋存于运动往往受地表 水流的控制.形成以不同级别地表水流域卡H对应的 水文地质 元 3矿区水文地质条件 3.1概论 早子沟矿I x=断裂、破碎带、 皱发育 根据断裂 走向大致可分为五组.东两向F 压扭性断层为南侧 地下水化学类型简单.主要为HCO 一Ca.Mg型 淡水。 2.3 区域岩石含水特征 隔水界;南北向F ,压扭性断层为东侧隔水界;北东 图_四日日团口圆口 ¨帔梅一  虾 删蛾肝~ 例根据含水岩组的时代、岩性及地下水类型,将 内岩石含水性划分为 组:即第四系松敞岩类孑L隙 含水岩组(按其成因不同可分为坡积物和冲积物)、 碎屑岩类裂隙孑L隙水岩组、基 裂隙水岩组 向F 压扭性平推断层为北侧阻水断层、北两向F . 向母嘴嘶腊崃  ̄nJLJL东向F 压扭性断层为两侧阻水断层(同1), 毂慨魄 i霎 稠 为地下水提供了良好的赋存空间,形成一相对独立 的水文地质单元,水文地质单元外 泉眼密布,为地 下水外溢形成通道 t F 1 一 1'g F 早子沟矿床在受五级水系控制水文单冗中,五 ’、 ■T、\ ’ gH /”,  / 图1早子沟地质条件 g 弱喊性 矿坑地下水主要源于构造裂隙水及风化裂 级冲沟发育,四级水系早子沟河呈东西向流经矿床 南部,属咯河一级支流,早子沟多年平均流量 隙水补给,根据对矿坑地下水检测分析,其矿化度 0.364~0.782 g/L,pH值7.54~8.03,弱碱性,水化学 类型属HCO 一Ca.Mg型 0.3 111 /s.枯水期流量0.1 Ill /s. .矿床最低排泄面标高高程3 045 Ill,矿床最低侵 蚀基准面高程为2 986 nl 旱季l1月至历年6月为卡^水期,地下水位较低 矿Ⅸ地下水主要接受大气降水补给.其次地表 水入渗补给,地下水分水岭与地表水分水线一致,在 浅部以风化裂隙潜水为主,而深部为脉状裂隙水 3.2矿区地下水类型及含水层特征 集巾在4至6月,降水易被地下吸收,潜水含水层可 容纳较多补给量,另有蒸发垂直排泄。其余的流入沟 ;雨季集中7、8、9月份,地下水受降水影响斤滞后 于降水,8至l0月为高水位期;浅部含水层容纳补 地下水根据含水层ft,j-f ̄、 性及含水性、埋藏条 件、裂隙发育程度及其连通情况,不同岩石建造类型 划分如下禽水 组 (1)松散岩类孔隙潜水,松散岩类孑L隙潜水据含 给量少.降水大部分直接排入沟 中。形成地表径流 排泄。 水层介质范同沟 松散岩和斜坡堆积层孔隙潜水。 沟谷松散岩孔隙潜水岩性主要为砂土、粉土及碎石, 分布在矿 山区斜坡和沟 中 、富含孔隙潜水、含 水层厚度l~8 m,水位埋深1~3 nl,单井涌水量100 地下水的水化学特征主要受补给、径流和排泄 条件的控制。第四系沟 潜水水化学类型属HCO . Ca.Mg型;其TDS0.33~0.374 g/L,pH值7.34~7.68, 蓦 SW t/P监gOC/.e理gOO eI , l:  ,●I— M)·)篡 。 H¨'  第4期 ~赵志成:甘肃早子沟金矿水文地质特征及涌水量预测 500/n /d.水质较好,为HCO3--Mg2+-Ca 型水;斜坡 发育,破碎带导水性较强,因此矿区属于以裂隙为主 的水文地质条件中等的矿床。矿床充水因素主要是 堆积层孔隙潜水:分布在山区斜坡。含水层为第四系 残、坡积碎石土,下伏基岩相对隔水。含水层较薄。 单泉流量多小于0.O1 L/s,水量贫乏,水质较好。 (2)基岩裂隙水。基岩裂隙水赋存于三叠系粉砂 质板岩、钙质板岩及石英闪长玢岩中,根据裂隙成 因,分为风化裂隙水和构造脉状裂隙水。 矿区越近地表,岩石越破碎,构造裂隙发育。风 化裂隙潜水是矿区主要的充水水源,水量较丰富,一 般小于0.3 L/s。随着深度的增加,风化裂隙逐渐变 小,含水量也将逐渐减少。根据矿区钻孑L、坑道水文 地质工程地质编录资料,涌水点一般与裂隙发育有 关,水量较小,以消耗静储量为主,水量逐步减小并 达到稳定平衡 大气降水、构造破碎带脉状水。 表1早子沟金矿区矿坑涌水量统计表 构造脉状裂隙水。矿区内断裂构造发育,以北 东向和南北向压性断裂为主,其中北东及北北东向 断裂l9条,北西及北北西向断裂5条,东西向断裂 7条,矿区四周由F 、F 、F 、F 和F鹪五条断裂围成 一矿区南部自西向东发育的早子沟为常年性水 系,F 断裂沿沟谷分布,在矿体开采过程中,采矿疏 干排水导致沟谷潜水水位下降。使地下水与地表水 补排关系已发生改变,由沟谷潜水溢出补给地表水 变为地表水下渗补给沟谷潜水,沟谷潜水沿裂隙下 渗进入采掘系统转化为直接充水来源。因此,地表 水对矿床充水有一定的影响。 相对独立的水文地质单元。由于断裂形成时的强 烈挤压,致使地层破碎,节理裂隙十分发育,为地下 水提供了良好的赋存空间,地下水呈断裂带呈脉状 分布。 4矿坑涌水量的预测 4.1径流模数法对地下水天然补给量的计算 地下水位埋深主要随地形的变化而变化。总体 表现出由中部向两侧水位埋深逐渐降低的趋势。对 早子沟矿区而言,其北部水位埋深较大,向南部水位 埋深逐渐变浅,矿区北部的ZK786水位埋深68.32 ITI (标高3 281 I13),中部ZK1961水位埋深33.83 m(标 一地下水径流模数,也称为“地下径流率”.指的 是1 km 含水层分布面积上的地下水径流量.表示 个地区以地下径流形式存在的地下水量的多少。 地下水径流模数是一个动态值,与地层岩性、降雨量 高3 250 m),南部沟谷区地下水位埋深小于3 m(标 高3 040 in)。含水层富水性极不均一,纵向上由北 向南水位渐浅,富水性渐强,横向上随断裂破碎带或 裂隙宽度、延伸方向的变化而变化。此外,断裂破碎 带、断裂带交汇处常常是富水性较强的地段,而金矿 主要赋存于断裂破碎带中,平硐、斜井、竖井开挖至 破碎带时地下水流量较大。经对早子沟矿区现有矿 坑涌水量的实测统计,矿坑涌水总量473.47 in /d (表1)。 3.3矿床充水因素分析 变化、水文地质条件的改变等因素有关l】]。选用地 下水径流模数法对矿区地下水天然补给量做概略评 价。计算公式如下: Q天=M·F 式中:Q壬一地下水天然补给量(1TI’/d);M一地下 水径流模数(L/s·km );F一计算区面积(km )。 计算时着重以地下水类型及赋水性将区域划分 为水文地质条件相似的小单元,各小单元内径流模 数通过本次计算成果和前人资料用水文地质比拟法 早子沟金矿体主要赋存于三叠系粉砂质板岩、 钙质板岩及石英闪长玢岩中。矿体位于当地侵蚀基 准面以下(3 045/TI)。主要充水含水层富水性较强, 补给条件较好,矿区水文地质边界复杂,断裂破碎带 确定。统计各计算小区的面积,以上述公式及相应 的径流模数计算的地下水天然补给量(表2)。由表 2可以看出,早子沟矿区天然补给量为1 705.61 1TI。/ d(62.255x 10 m /a)。 表2地下水天然资源补给量计算成果表 £舶懈蕊 _精酾 fell: G09"la1. 锹sb 6.com 112 4.2补给量法对地下水天然资源的计算 4.2.1早子沟矿区边界条件概化 甘肃冶金 第40卷 F 平推断层的阻挡下溢出成泉,故将西部边界概化 为隔水边界,东部为F 。阻水逆断层,概化为隔水边 界。早子沟金矿和格娄昂金矿分界线的分水岭可概 矿区是由北侧、西北侧地下水分水岭及南侧F. 断层、东侧F 断层围成的一相对独立的水文地质单 元,主要储水构造为断裂破碎带,含水介质为粉砂质 板岩、石英闪长玢岩的层间裂隙及构造裂隙网络等, 具相对统一的地下水位。 早子沟金矿由北向南、南东径流,在早子沟遇 化为补给边界,南部遇F.阻挡地下水溢出成泉,可 概化为排泄边界。3 140 ITI为水文地质单元排泄最 低侵蚀面,其下部裂隙弱发育,可概化为隔水边界 (图2)。 图例曰蛾下承承 向图 摒 I羿C 糟钮l边再固翠子i訇叠r蓖嘲 图2早子沟金矿区边界概化图 4.2.2有关水文地质参数的计算与确定 (1)大气降水人渗系数的确定。矿区植被发育, 补给量之和求取『2]。矿区现状地下水的补给量主 要有:降水人渗(含雪水)、沟谷洪流补给、地表水人 渗补给,排泄项主要有:格娄昂PD3081平硐坑道水 流出量、ZK3128自流井、北部泉群溢出量,以及1号 井矿坑涌水量。矿区各补给量分别计算如下: 降水量较大,降水主要通过草被下的碎石土入渗补 给岩溶裂隙水,该补给机理十分复杂。本次基岩山 区降水入渗系数的确定主要是根据野外暴雨后沟谷 水量大小、《甘南地区区域水文地质普查报告》中的 有关资料和经验公式对比分析,最终确定山区降水 人渗系数O/.=0.285。 (1)大气降水人渗补给量。 利用公式Q= 进行计算; (2)雨洪入渗补给系数。雨洪人渗补给系数是通 过实测并结合同本区类似的其它地区的有关资料得 出的,矿区板岩及花岗岩基岩山区人渗系数为0.196。 4.2.3矿区地下水天然补给量计算 式中:Q一大气降水入渗补给量(m /d);P一多年 平均有效降水量(m),为260 mm;仅一大气降水人渗 系数,F一补给区面积(m )。 补给区面积在1:2000地形图上量取,计算结果 如表3 矿区四周均由断层围成。其天然补给量由各项 表3大气降水入渗补给量计算成果表 瓣 第4期 赵志成:甘肃早子沟金矿水文地质特征及涌水量预测 113 (2)雨洪人渗补给量。 夏秋季节,每年形成较大的洪流大概有8~10次,累 计持续时间约20天左右,经调查和实际观测,格娄 昂沟平均洪流量0.1 m /s,早子沟四条沟平均洪流 沟谷雨洪人渗补给是本区地下水补给来源的一 部分。矿区位于早子沟一号沟一四号沟谷区,平常 沟谷无水,暴雨期沟谷中有短暂的洪流,径流距离和 时间很短,对矿区地下水有一定的补给作用。根据 对矿区长驻人员的调查访问。该区降水主要集中在 总量0.2 m /s,雨洪入渗补给量按公式Q洪渗= · Q洪计算,结果如表4。 表4雨洪入渗量计算表 (3)地表水人渗补给量。 早子沟矿区南侧沟谷地表水标高3 045 m,格娄 昂金矿西北侧地下水溢出带标高3 140 m,早子沟沟 裂隙潜水,且受大气降水的影响较大;深部基岩裂隙 水。补水条件好。矿区范围内四级水系和五级冲沟 沟底流量变化均受大气降水影响,这些地表水可供 矿山用水。 谷地表水通过南北向、北东向断裂破碎带入渗补给矿 区地下水。经本次对早子沟上下游断面测流对比,地 下水人渗补给量为6.618 L/s,即571.80 m /d。 根据以上计算确定的矿区地下水天然补给量为 1 224.59 m /d.而用径流模数法计算的矿区地下水 天然补给量为1 705.60 m /d,两种方法计算的地下 早子沟流域现状为生活用水和矿区生产用水。 当地牧民生活及畜牧业用水和矿区生活用水由早子 沟滩地地下水供水。在早子沟中游南侧支沟建 600 mm供水管井1眼,直接抽水至办公生活区的 270 m 生活高位水池,经消毒处理后供给矿区生活 用水。矿区生产用水全部采用自身的矿井涌水。 经论证核定,矿区生活用水量为109 ITI /d。考 虑到一定的富裕度,在早子沟中游南侧支沟建供水 管井设计开采量按照150 m /d(5.48万m /a)确 定。经计算,早子沟天然资源量为29.8961万m /a, 论证核定的矿区生活用水量占地下水允许开采量的 66.5%,占天然资源量的18.33%。因此,设计开采量 是有保证的。 早子沟金矿开采时正常涌水量为473.47 m /d (17.28万m /a),净消耗于矿山采选等的生产用水 量为2O.38万m /a。矿坑涌水不会对区域水环境 造成影响。 水天然补给量相差较大,推荐使用径流模数法计算 的地下水天然补给量,其计算取1 700 m /d。 采用地下水径流模数法和地下水补给量法对矿 区地下水补给量进行计算,在此基础上对矿区矿坑 涌水量进行预测。 5地下水水质 根据2016年10月5 Et早子沟中游南侧支沟沟 谷区支沟15地表水点(J1)、娄娃昂村引水点(J2)和 好兰木村引水点(J3)等3处采取分析检测结果表 明:早子沟中游南侧支沟沟谷区地下水与地表水化 学成分基本一致,说明支沟沟谷地表水均源于地下 水的溢出补给。 按照《地下水质量标准》(GB/T14848.93)III类 水质标准(主要适用于集中式生活饮用水水源及 工、农业用水)对本次检测结果进行评价,评价结果 表明:早子沟中游南侧支沟沟谷区3个水点已检 pH、溶解性总固体、总硬度、氯化物、硫酸盐、硝酸 7水文地质勘探类型的划分 根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》 (GB12719.91),早子沟金矿矿床为以裂隙充水为主 的水文地质条件中等的矿床,矿区水文地质勘探类 型属二类二型。 盐、钠等指标均好于《地下水质量标准》(GB/ T14848—93)11类水质标准限值.地下水与地表水水 质良好.因其上游无企业或农作物耕植,且设计生活 取水井点位置高于早子沟干流15 m以上,矿区地下 水不会对居民生活用水造成污染。 8矿井涌水预防措施 (1)对导水断裂带及其它预测的强水源或有突水 危险的地段应进行超前探视或放水,以确保采矿安 全。具体方法是采用探地雷达、TSP或红外线扫描 并结合前期物探成果探测强水源或有突水危险的地 段.然后采用口径54 mm的坑道钻机或竖孔,进行 6矿区供水及水资源综合利用 矿区地下水资源丰富,在浅部岩石中微含风化 超前探矿、探水、放水。 (下转第115页) 第4期 标定。 王振宇:EDTA容量法测定矿石中铅的方法改进 1 l5 选用方案3,加10 mL无水乙醇,静置,流水冷却。 (2)用脱脂棉和慢速滤纸过滤的对比。硫酸铅充 分沉淀后。通过过滤和其它元素分离,再用缓冲溶液 溶解,用EDTA标准溶液滴定。分别用慢速滤纸和 所用试剂均为西陇科学分析纯以上,实验用水 为超纯水。 2.2实验方法 称取105 oC烘干的试样0.1—1 g(准确至 0.0001 g),置于250 mL烧杯中,用水润湿,加人l5 mL盐酸(1)。盖上表面皿,在电热板上250℃加热15 airn后,再加入5 mL硝酸(2),加热至试样完全溶解。 继续蒸发至体积为2~3 mL左右,取下冷却,用水冲 洗表面皿及杯壁,用水稀释至30~40 mL,加热使可 脱脂棉过滤,其结果如表2。 表2过滤方法对比表 (n=6,%) 。I 。l 0.05 0.04 脱脂棉 ·幔速滤纸 5.12 5.23 5.18 5.27 5.16 5.21 5.20 5.25 5.11 5.16 5.19 5.13 。l 两种过滤方法结果稳定,精密度高。但用脱脂 。{ 埘 溶盐全部溶解。冷却后加入硫酸钾溶液(3)20 mL, 棉过滤,滴定时终点清晰,便于操作,故选用脱脂棉 硫酸(4)4 mL.无水乙醇(5)10 mL.搅拌1~2 min,置于 过滤。 冷水中,流水冷却静置1 h,然后用脱脂棉过滤,以 。l (3)本方法与GB/T 14353.2法的比较(表3)。 2%硫酸洗液洗涤沉淀8~10次,至无三价铁离子 表3本方法与国标方法对比表(n=6,%) 塑姗埘(用硫氰酸铵检验)。将沉淀及脱脂棉置于原烧杯 试样2 RSD 中,加入30 mL乙酸一乙酸钠缓冲溶液(6),微沸2~3 GB/T14353.2 2.88 2.95 3.Ol 2.85 2.92 2.95 0.08 min,取下冷至室温。用水稀释至150 mL左右,加入 本方法 2.97 2.85 2.82 2.91 2.97 2.90 0.09 0.1 g抗坏血酸(7),加2滴二甲酚橙(9),用乙二胺四 乙酸二钠标准溶液 滴定至由红色变为亮黄色即为 本方法所得结果与GB/T 14353.2—2010比较. 终点。随同试样做样品空白。 无显著差异,但本方法不冒硫酸烟,流程短,便于操 作,更切实可行。 3结果与讨论 4 结语 3.1最佳实验条件的选择 (1)沉淀硫酸铅的方法选择。试样溶解蒸至2~ 综上所述,本方法具有操作简便、快捷、准确、便 3 mL左右后,加水加热溶解可溶盐冷却后,加入 于掌握的优点,同时精密度和准确度达到相关规范 20 mL硫酸钾溶液(5%),4 mL硫酸(1+1),搅拌形 要求,表明本方法可以准确测定矿石中的铅含量。 成硫酸铅沉淀,其后续步骤按实验方法2.2操作,三 参考文献: 种方案,结果如表1 [1] 中华人民共和国国家标准.铅矿石化学分析方法[s]. 表1沉淀方法选择表 GB/T 14343.2—2010.北京:中国标准出版社,2010:3-5. 沉淀时间/min [2] 中华人民共和国国家标准.铅精矿化学分析方法[S]. 方案1 GB/T 8152.1-2006.北京:中国标准出版社,2006:1-9. 方案2 方案3 [3] 北京矿冶研究总院分析室,矿石及有色金属分析手册 『M].北京:冶金工业出版社,2006:61—63. 注:方案1,静置;方案2,静置,流水冷却;方案3,加10 mL无水 乙醇,静置,流水冷却。 收稿日期:2018-01—15 方案1需3 h以上才能沉淀完全:方案2需2 h 作者简介:王振宇(1976一),男,1998年7月毕业于沈阳工业学院工 以上沉淀完全;方案3只要1 h就能沉淀完全。故 业分析专业,工程师。从事岩矿分析、矿物选冶等工作。 (上接第113页) (2)构建截流帷幕。矿区南侧边缘约1.5 km处为 模数变化原因初探[J].地下水,2011,33(03):23.26. 早子沟河,该河流量为L/s,且与F.断层相同并贯通 [2] 张卫雄,王有权,张惠清,等.玛曲格尔科金矿矿区水文 矿区南侧,若井巷道大降抽水后。南侧断裂带涌水量 地质特征及涌水量预测[J].甘肃地质学报,2009,18(03): 很大无法及时排出时,可在断裂带50~200 In施工大 6l一66. El径、小间距钻孔,通过井内注浆形成人工不透水墙。 收稿日期:2018.O1.08 阻断或减少流人矿井的水量,达到截流的目的。 作者简介:赵志成(1973一),男,汉族,甘肃泾川人,工程师。主要从事 参考文献: 区域地质调查和固体矿产地质勘查工作。 [1] 谢先明,徐标,周志华,等.某花岗岩地区地下水径流 辫黪骧 TEe_i删i船 m一 ’ 

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