華 斌，李霄燕，朱國慶

(1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250014;2.山東高新工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250100)

東劉家礦區(qū)位于膠萊盆地東北緣，地形為低山丘陵，屬風(fēng)化剝蝕地貌，切割強(qiáng)，海拔最高272 m，最低140 m，地形坡度3°～10°。

礦區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)型大陸氣候，四季分明，雨量充沛，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。無霜期長達(dá)218 d，多年平均氣溫為11.4℃，年平均降水量為 787.8 mm，主要集中在夏季，累年平均蒸發(fā)量1541mm。

區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育，自然排水好，大氣降雨通暢，礦區(qū)地表水體主要有東劉家水庫。大氣降水也大多是自然排水，隨徑流流入古現(xiàn)河。

區(qū)內(nèi)地層以古元古代荊山群和中生代萊陽群最為發(fā)育，巖漿巖以牧牛山巖體為主。晚元古代“牧牛山”巖體中細(xì)粒二長花崗巖為主要巖石類型，整體呈現(xiàn)“舌狀”，由 NE向 SW方向侵入于古元古代荊山群地層中，經(jīng)鉆孔揭露最大厚100 m，巖體內(nèi)含有變粒巖、大理巖等地層包體，巖體普遍遭受糜棱巖化，局部鉀化。東劉家金礦體主要產(chǎn)于牧牛山巖體中，控礦構(gòu)造為層間滑動構(gòu)造和NE向斷裂。

斷裂構(gòu)造:區(qū)域內(nèi)的斷裂構(gòu)造以NE走向?yàn)橹鳎晕飨驏|由桃村斷裂、郭城斷裂、朱吳—崖子斷裂組成區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造格架，其中前二者控制了膠萊盆地的東北部的邊緣，后者切割了馬石莊—崖子地區(qū)的火山—沉積巖系。三者均具左行壓扭性特征，為高角度平移斷裂。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

1.1 含水巖組

1)第四系沖洪積、坡積孔隙含水巖組(Ⅰ)

主要分布于丘陵地區(qū)溝谷坡麓或河流兩側(cè)，含水層巖性為細(xì)、中、粗砂或砂礫石層，水位埋深0.4～3 m，含水層厚度1～3 m。單位涌水量為0.102 L/s·m，中等富水性。水化學(xué)類型為 HCO3－Ca·Mg型，礦化度 0.14 ～0.40 g/L。

主要補(bǔ)給來源是大氣降水，其次是地表水體的入滲補(bǔ)給，此外還接受基巖地下水的越流頂托補(bǔ)給。在天然狀態(tài)下，地下水流向與地形坡向基本一致，總體自東南向北西方向徑流;其排泄方式以人工開采為主，或補(bǔ)給下伏含水層。

2)碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組(Ⅱ)

礦區(qū)范圍內(nèi)主要有:萊陽群曲格莊組、龍旺莊組及止鳳莊組等含水巖組，含水層巖性為砂巖、礫巖、砂礫巖。水位埋深1～3.5 m，涌水量多小于100 m3/d，弱富水性，水化學(xué)類型為 HCO3－Ca型，礦化度小于 0.3 g/L。

補(bǔ)給來源主要為大氣降水，在天然狀態(tài)下，碎屑巖類孔隙裂隙水沿地形坡向徑流，總體方向由南向北徑流。在徑流過程中，地下水一部分以泉的形式排泄于溝谷河流中，一部分頂托補(bǔ)給第四系孔隙水，其余部分則沿坡向運(yùn)移排泄出區(qū)外。

3)碳酸鹽巖類巖溶裂隙水(Ⅲ)

礦區(qū)內(nèi)該類含水巖組主要為荊山群野頭組、祿格莊組大理巖段，單位涌水量為0.0138 L/s·m，弱富水性。通過對土堆礦區(qū)礦坑水質(zhì)分析，水化學(xué)類型為 HCO3·SO4－Ca·Mg型，礦化度 0.327 g/L。

補(bǔ)給源主要來自大氣降水及上覆第四系松散巖類孔隙水入滲補(bǔ)給，其排泄方式以礦坑排水為主，亦以徑流的方式由南向北排泄，在徑流過程中部分可形成泉水排泄于溝谷河流中。

4)基巖風(fēng)化帶裂隙含水巖組(Ⅳ)

層狀巖類風(fēng)化、構(gòu)造裂隙含水亞組(Ⅳ1)主要為荊山群野頭組變粒巖、祿格莊組安吉山片巖、陡崖組變粒巖，單井涌水量小于100 m3/d，富水性較弱，水化學(xué)類型為 HCO3－Ca·Mg型，礦化度100～250 mg/L。

塊狀巖類風(fēng)化構(gòu)造裂隙亞組(Ⅳ2)主要為新元古代玲瓏超單元九曲單元弱片麻狀中細(xì)粒黑云二長花崗巖及榮成超單元邱家單元片麻狀細(xì)粒二長花崗巖，單井涌水量小于100 m3/d，富水性較弱。通過對礦坑排水水質(zhì)分析，水化學(xué)類型為 SO4·HCO3－Ca·Mg型，礦化度 600～1 200 mg/L。

補(bǔ)給來源主要為大氣降水直接入滲補(bǔ)給，上覆第四系松散巖類孔隙水的入滲補(bǔ)給，以及地表水體的側(cè)滲補(bǔ)給。地下水流向與地形坡向一致，降雨后迅速泄流，最高水位出現(xiàn)在8、9月份。排泄方式以人工開采為主，亦以徑流的方式沿坡向排泄，在徑流過程中部分可形成泉水排泄于溝谷河流中。

1.2 隔水巖組

礦區(qū)內(nèi)地下水隔水層包括脈巖及巖體類和斜長角閃巖及變粒巖類，前者主要由巖漿巖類巖石組成，為二長花崗巖、閃長玢巖、煌斑巖、花崗斑巖、花崗閃長巖、閃長巖等，其上部風(fēng)化帶以下巖石致密堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙不發(fā)育，可視為隔水層。斜長角閃巖及變粒巖類為弱風(fēng)化帶隔水體，節(jié)理裂隙不發(fā)育，隔水性能隨埋深的增加而增加。

2 礦坑涌水量預(yù)測

2.1 礦坑充水因素

水源與通道的自然組合即構(gòu)成充水因素。本礦區(qū)礦坑充水的主要通道為風(fēng)化、構(gòu)造及采動所形成的裂隙。礦床充水水源主要有大氣降水、基巖裂隙水等，采區(qū)附近分布有地表水體。

2.1.1 地表水體

礦區(qū)內(nèi)沿溝谷主要發(fā)育有古現(xiàn)河，上述河流雨季水位暴漲，旱季水量銳減乃至干涸;礦區(qū)西側(cè)300 m有東劉家水庫。

東劉家水庫總庫容104.3萬 m3，東劉家含礦段距東流家水庫最近，約300 m，礦體巖性大部分為黑云二長花崗巖，局部為大理巖，水庫與含礦段之間為荊山群野頭組大理巖，賦存碳酸鹽巖類巖溶裂隙水，近地表巖溶裂隙較發(fā)育，對東劉家含礦段礦床充水影響相對較大，為間接充水水源。

2.1.2 大氣降水

評價(jià)區(qū)內(nèi)大氣降水一部分呈地表水自然排泄外，一部分通過強(qiáng)風(fēng)化帶的孔隙裂隙及構(gòu)造破碎帶滲入礦坑。通過對周邊土堆、沙旺礦段礦坑排水量與大氣降水資料分析發(fā)現(xiàn)，礦坑排水與大氣降水大致上一致，礦區(qū)處于地下水補(bǔ)給區(qū)，東劉家礦區(qū)與上述地貌和地質(zhì)條件類似，故東劉家礦段補(bǔ)給來源大部分為大氣降水，大氣降水是礦床充水的主要因素。

2.1.3 地下水

東劉家礦段礦體圍巖以角礫狀黃鐵礦化二長花崗巖為主，富水性及導(dǎo)水性差，對礦床充水影響小。故本礦區(qū)充水類型為以礦體頂板裂隙含水層充水為主的礦床，即裂隙充水礦床。

但已有地質(zhì)勘探資料表明，東劉家礦段有坑道系統(tǒng)分布的地段出現(xiàn)了地下水降落漏斗，這反映了在人為疏干排水的情況下，這些地段地下水位大幅下降，進(jìn)而襲奪上部地下水。因此，在人為疏干排水的情況下，在重力勢能作用下，淺部地下水會沿構(gòu)造裂隙向深部補(bǔ)給礦床水。

2.1.4 構(gòu)造破碎帶

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，按斷裂性質(zhì)可分為張性斷裂和壓扭性斷裂。

礦區(qū)內(nèi)張性斷裂F7斷裂穿過東劉家水庫與東劉家礦床，鉆孔ZK5351位于斷裂F7上，通過對鉆孔編錄資料分析，孔深 226.2 ～285.4 m 時(shí)巖心局部破碎，364.0 ～456.4 m 處見碎裂巖，表明F7斷裂深部導(dǎo)水性較強(qiáng)，上部巖心較完整，裂隙面多為碳酸鹽巖脈充填，導(dǎo)水性差。通過收集東劉家探井排水資料，2010年3月東劉家探井排水量為 34 484.82 m3，同期土堆生產(chǎn)井排水量為12 060 m3，在巷道面積僅為土堆巷道面積1/3左右情況下，東劉家探井排水量明顯大于土堆生產(chǎn)井排水量，可見F7斷裂對東劉家礦床與東劉家水庫有一定的溝通作用。

礦區(qū)內(nèi)壓扭性斷裂帶內(nèi)巖石破碎、松散，發(fā)育碎裂巖、角礫巖、斷層泥等，因?qū)阅懿?，對礦體充水影響不大。

2.2 礦坑涌水量預(yù)測

2.2.1 水文地質(zhì)比擬法

水文地質(zhì)比擬法是根據(jù)已知生產(chǎn)礦山的礦坑涌水量，預(yù)測水文地質(zhì)條件及開采條件與之相似的礦山的礦坑涌水量的方法。本次評估為東劉家礦區(qū)(擴(kuò)界、擴(kuò)能)金礦項(xiàng)目，東劉家礦區(qū)已開采多年，已有地下水涌水量等實(shí)測值，故可用擴(kuò)界前礦區(qū)的實(shí)測數(shù)據(jù)來比擬東劉家礦區(qū)(擴(kuò)界、擴(kuò)能)的地下水涌水量。

通過對礦區(qū)內(nèi)鉆孔終孔水位埋深及民井調(diào)查研究，枯水期各鉆孔終孔水位埋深大多低于第四系底板，而豐水期水位多高于第四系底板，故礦區(qū)內(nèi)地下水可看做為無壓潛水—微承壓水。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)各礦段近幾年來的礦坑排水量統(tǒng)計(jì)，東劉家礦段的最大礦坑排水量分別為其平均礦坑排水量的1.06倍，為利于礦山排水設(shè)計(jì)以防治礦坑突水災(zāi)害，東劉家礦段預(yù)測最大礦坑涌水量的估算按正常涌水量的1.1倍計(jì)。

按照通過含水層的兩個(gè)井徑相同大井比擬，因?yàn)殡S著開拓深度的加深，隨著礦井坑道系統(tǒng)面積的增大和水位降深加大礦坑涌水量增加的速度將遞減，因此選取以下公式來計(jì)算設(shè)計(jì)礦井的涌水量:

生產(chǎn)礦井涌水量(Q1):東劉家礦段現(xiàn)狀日均涌水量為1 120 m3/d，最低排泄面為標(biāo)高為50 m。

設(shè)計(jì)礦井水位降深(S):礦體附近鉆孔終孔水位標(biāo)高與礦體賦存最低標(biāo)高之差。

生產(chǎn)礦井水位降深(S1):生產(chǎn)井附近鉆孔終孔水位標(biāo)高與最低排泄面標(biāo)高之差。

設(shè)計(jì)礦井坑道系統(tǒng)面積(F):因?yàn)樵O(shè)計(jì)礦井坑道系統(tǒng)是在原有礦井坑道系統(tǒng)的基礎(chǔ)上延展而來的，因此設(shè)計(jì)礦井坑道系統(tǒng)面積應(yīng)加上原有礦井坑道系統(tǒng)的面積。

生產(chǎn)礦井坑道系統(tǒng)面積(F1):即為現(xiàn)有生產(chǎn)礦井坑道系統(tǒng)面積。

依據(jù)開發(fā)利用方案，礦體標(biāo)高為 236.47～304.19 m，預(yù)計(jì)中段標(biāo)高－305 m時(shí)的正常礦坑預(yù)測涌水量為4 955.85 m3/d，最大礦坑涌水量為5 451.43 m3/d(見表1)。

表1 比擬法礦坑涌水量計(jì)算成果表

2.2.2 分析計(jì)算法

東劉家礦區(qū)因與東劉家水庫距離約300 m，該地表水體對礦床充水影響較大，因此本次計(jì)算將其作為進(jìn)水邊界處理，選用公式為單供水邊界潛水紊流計(jì)算公式。

式中:Q礦坑為計(jì)算礦坑涌水量(m3/d);K為含水層滲透系數(shù)(m/d);H為從含水層底板算起的水頭高度(m);h0為井內(nèi)水柱高度(m);rw為豎井引用半徑(m);F為坑道系統(tǒng)分布面積(m2);b為大井到進(jìn)水邊界的距離(m)，取300 m。

綜合分析水文地質(zhì)孔勘查成果與利用各礦段已有開拓情況、水位降深和現(xiàn)狀礦井排水量的關(guān)系來反求所得的滲透系數(shù)計(jì)算結(jié)果，東劉家礦段為0.027 m/d?？紤]到隨著開采深度的增加，巖層構(gòu)造裂隙的發(fā)育程度相對減弱，因此對于開采深度比已開采礦體明顯加大的礦體滲透系數(shù)乘以0.8的系數(shù)加以校正。

含水層厚度取各勘探孔含水層厚度的平均值35.02 m。

潛水含水層底板算起的水頭高度(H)采用各礦段附近鉆孔終孔水位標(biāo)高的平均值與各礦體最低賦存標(biāo)高的差，參考《山東省海陽市土堆、沙旺礦區(qū)深部及外圍金礦補(bǔ)充詳查報(bào)告》和《山東煙臺鑫泰黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司東劉家礦區(qū)(擴(kuò)界、擴(kuò)能)金礦資源開發(fā)利用方案》，東劉家礦區(qū)擴(kuò)界后的礦體開采后平均水頭高度為238 m。

井內(nèi)水柱高度(h、h0)參數(shù)，疏干開采，井內(nèi)水柱降至井底，取0 m;

大井引用半徑(r0、rw)參數(shù)，假設(shè)預(yù)測各主要礦體完全采空，再加上巷道面積，故F面積取各礦體面積的2倍。

通過計(jì)算，開采期內(nèi)正常涌水量為6 010 m3/d，最大涌水量為6 611 m3/d(見表2)。

表2 東劉家礦段大井法礦坑涌水量計(jì)算成果表

3 礦坑涌水量預(yù)測成果評價(jià)

從上表中可見，比擬法和分析計(jì)算法預(yù)測的涌水量基本一致，由于本礦區(qū)已有歷史涌水量觀測資料，比擬法精度比較高，因此本次礦井涌水量取比擬法預(yù)測結(jié)果:正常礦坑預(yù)測涌水量為 4 955.85 m3/d，最大礦坑涌水量為 5 451.43 m3/d。

[1]李俊停，王俞吉.水文地質(zhì)手冊[Z].北京:地質(zhì)出版社.1988.

[2]房佩賢，衛(wèi)中鼎，廖資生，等.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社.1987.

[3]水文地質(zhì)干部進(jìn)修班編著.礦坑涌水量預(yù)測方法[Z].1990.

[4]礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].國家技術(shù)監(jiān)督局.1991.