某铜矿开采主要面临的水文地质问题

1 突水淹井主要因素

某铜矿床主要面临底板及侧翼岩溶含水层充水，且含水层岩溶构造裂隙及溶洞发育，地下水量丰富且水压较高，根据我国矿山突水相关资料分析，水源、水压、地质构造及采掘活动是导致矿山突水的主要相关因素。结合本矿区水文地质情况，现将各因素分述如下。

(1)水源。某铜矿Ⅰ号矿体赋存于鸡冠石～某近南北向石英闪长岩岩体与龙头山组大理岩正接触带上，尤以深部陡接触带赋矿较好，顶板为矽卡岩、矽卡岩化石英闪长岩，底板为龙头山组大理岩含水层，该层岩溶发育，钻孔溶洞能见率 38%～60%，单孔岩溶率 1.04%～29.45%，平均岩溶率7.13%，单个溶洞最大高度 12.80 m，溶洞大部分无充填，单位涌水量 0.518~14.03 L/(s∙m)，渗透系数1.07~17.47 m/d，在破碎带及附近以及岩体接触带部位富水程度强～极强，其它部位富水程度中等～强，为矿坑突水的水源。根据全国许多大水矿山及本矿突水的规律，突水一般发生在富水区、构造导水带。因此查明巷道掘进方向、矿体底板或侧翼岩溶发育规律，就能大致判断可能突水的主要部位，从而采取预防措施。

(2)水压。据以往资料，矿区地下水位标高在−1.86～−15.0 m 之间。根据可研报告，本矿自上而下共设置−85 m 中段、−125 m 中段、−165 m 中段、−205 m 中段、−245 m 中段、−285 m 中段、−335m 中段 7 个中段，故井下开拓期间将面临 0.8～3.3MPa 的高压水威胁。水压对相对隔水岩体的作用主要表现在水对岩石的软化作用、水压对裂隙岩体的有效应力作用、水压在断层中的水楔作用及水流的冲刷扩径作用等 4 个方面。大量突水案例表明，80%以上的大型、特大型突水与断层、裂隙或溶洞有关。当开拓巷道沟通或揭露溶洞裂隙后，承压水随即入渗原为闭合的裂面，随着水对裂面的法向压应力，会引起断面的法向位移，从而使承压水进一步向下导入，在这一过程中，水象楔子一样向裂面“挤”，最终导致突水。

(3)地质构造。矿区内断裂构造发育，不同方向、不同级次、不同性质的断裂组成网格状构体系，矿区内成矿前断裂主要有近南北向、东西向、北东向和北西向 4 组，成矿后断裂有北东向断裂、北西向断裂 2 组。地质构造的存在破坏了岩石的完整性，降低了岩石的强度，同时给地下水提供了移和存储的空间，所以当工作面或巷道接近或揭露构造破碎带时，在水压、采动破坏的共同作用下，易引起矿坑突水统计表明，绝大多数突水与地质构造有关，因此，井下掘进过程中应探明导水断裂。

(4)采掘活动。就本矿而言，采掘活动可能造成巷道或采场底板的变形破坏，也可能引起裂隙进一步扩展、连通，以及引起隔水岩体或注浆帷幕的破坏，从而发生底板突水。综上所述，本矿突水与以上因素有关，2007 年4 月 24 日−205 m 坑道发生突水淹井，即是采掘活动揭露了石英闪长岩与大理岩接触带的岩溶含水层所致，今后应针对矿山开采中存在的主要突水因素，采取相应的防治突水措施。

2 地表岩溶塌陷

鸡冠山矿区地处丘陵向平原过渡地段，以羊河为界，西侧为丘陵，东侧为冲积平原，某铜矿床北东方向新民村、竹村村一带，为覆盖型大理岩分布区，第四系覆盖层厚度薄，厚约 10 m，其下伏大理岩岩溶发育，具备产生岩溶塌陷的地质条件，在周边矿山长期疏干排水下，极易产生岩溶塌陷。自1988 年以来，矿区附近已多次发生岩溶塌陷地质灾害，矿山岩溶塌陷统计见表 1。根据矿区水文地质资料，地面塌陷分布规律如下：

(1)塌陷分布范围与地下水降落漏斗范围一致;(2)塌陷多发生于覆盖层(第四系或风化岩体)厚度 20 m 以下且结构较松散地段;(3)河床等地势低洼地带;(4)浅部溶洞发育、断层附近或接触带附近塌陷相对易发;(5)地下水主要迳流方向上塌陷相对集中。上述部位在未来开采中，应注意防范溶岩塌陷陷问题，及早采取预防措施。

3 影响与破坏地下水资源

矿山疏干排水及开采浅层地下水，破坏了地下水的天然流场，使地下水沿着岩溶裂隙通道流入井下疏干工程和采掘揭露区域，打破了地下水自然状态下补给、径流和排泄平衡，形成了以矿坑为中心的地下水降落漏斗。矿区附近生产矿山较多，矿山长期排水，使区域地下水位呈逐年下降趋势，如 1994 年某铜矿详查时矿区地下水水位平均标高为−1.86 m，到 2004 年截水帷幕工程施工前矿区地下水位平均标高下降为−6.64 m，2012 年已降至−15.0 m。

4 小 结

经过调查与研究发现：该铜矿在开采过程中的存在突水淹井、地表岩溶塌陷、影响和破坏地下水资源等水文地质问题，其中突水淹井问题直接影响矿山安全采矿，而地表产生岩溶塌陷、影响和破坏地下水资源问题则会产生较大的环境问题和社会问题，都应予以重视。