摘要：水害是铝土矿山的主要安全隐患之一，为保障矿山安全生产，查明矿山水文地质特征、进行防治水措施研究意义重大。通过水文地质调绘、地表水及地下水动态观测、抽水试验、水样水质分析等工作手段，分析研究长冲河矿区大岩矿段水文地质特征，得到了影响矿山安全生产的充水因素，矿层顶板C1b白云质灰岩及底板∈2g白云岩含水层中的地下水将是矿井的直接充水水源，地表水渗入矿层上部P2m、P2q含水层，通过导水裂隙及突水带等进入C1b含水层位，对该层进行水量补给，为矿井充水的间接因素；充水通道主要为断层构造、节理裂隙、岩溶管道；露采场最大涌水量11918.7m3/d，矿井最大涌水量为6624m3/d等重要成果，为矿山防治水措施研究指明方向，为矿山开采设计提供依据。

　　关键词：水文地质特征；水害；防治水措施

　　1矿区概况

　　长冲河矿区大岩矿段位于贵州省清镇市北西345°方向，直线距离约11km，行政区划属清镇市站街镇大岩村和破岩村管辖。有站街至麦格公路通过矿区，交通方便，地理坐标东经106°25′03″~106°25′40″,北纬26°37′06″~26°37′52″，矿区面积约1.98km2。

　　含矿层为石炭系九架炉组(C1j)地层，矿层顶板为石炭系摆佐组(C1b)白云质灰岩，底板为寒武系高台组(∈2g)白云岩。矿层顶板白云质灰岩及底板白云岩均为矿区主要含水层，含水层中的地下水是矿井的直接充水水源。地表水渗入矿层上部二叠系茅口组(P2m)、栖霞组(P2q)含水层地层，通过断层构造、节理裂隙、岩溶管道等充水通道进入矿层顶板石炭系摆佐组(C1b)

　　含水层位，对该含水层进行水量补给，为矿井间接充水因素。二叠系梁山组(P2l)石英砂岩、炭质页岩夹少量劣质煤层为相对隔水层位，厚度变化不稳定，岩层倾向东，倾角15°~30°，有的地段缺失，该层总体看属于隔水层，但在断层破碎带、页岩变薄或尖灭地段隔水性差。二叠系栖霞组(P2q)底部为深灰~黑色含炭质、钙质粘土岩，与梁山组起联合隔水的作用。含矿层岩性为上部为粘土岩、铝土岩，中部为铝土矿，下部为含铁质粘土岩夹赤铁矿，倾向东，倾角15°~30°，厚度变化不稳定，为隔水层，在矿床开采后，该层将失去隔水作用。

　　2矿区水文地质特征

　　2.1区域水文地质概况

　　大岩矿段位于破岩向斜的北西翼，地层总体属倾向南东的单斜构造。地下水流向南东，由于区内断层发育，F6断层为隔水断层，具有隔水性能，地下水运移遇断层后沿断层上下盘破碎带向南西运动，部份溢出地表排入小长冲河。矿区内地下水主要由大气降水补给，地表水属长江流域乌江水系；地表水与地下分水岭基本一致,以李家冲—中寨—茶园坝—赵家山构成近东西向的分水岭，使地表水及地下水南北分流，矿区紧靠分水岭之南，分水岭以南的栖霞组及茅口组碳酸盐岩形成强径流带。分水岭以北的地表水先汇流于迎燕水库，后注入跳墩河，向北运移流入鸭池河，区域最低排泄基准面标高780m。矿区内地表径流主要发源于矿区北侧小寨沟，水量随季节变化大，旱季断流，向南流经长冲河后注入猫跳河，排泄基准面标高1200m。

　　2.2气象水文

　　矿区内气候属中亚热带季风气候，据清镇市气象局气象资料观测统计，年平均降雨量1186.7mm，最大日降雨量达212.2mm。年均气温为14.7℃，月均最高气温为23℃，月均最低气温为3.1℃。大气降水是区内地表水和地下水的主要补给来源，水的活动及水质变化受区内构造、地貌、岩层分布和岩溶裂隙发育程度等条件控制。区内水系多成树枝状，以山间小溪为主，雨季多山洪，旱季枯竭，长冲河和破岩小河是较大的两条水系。

　　2.3矿区地形地貌

　　矿区内山脉总体走向为南北向，地势西高东低，海拔最高标高1579m，最低标高1342m，地面相对高差达230m左右，坡度10°~30°，在自然状态下有利于地表水的排泄。灰岩、白云岩等可溶性碳酸盐类分布广，主要以岩溶地貌为特征，地表喀斯特地貌较为发育，以溶槽、洼地、落水洞、漏斗、溶洞等为主，其中较大的落水漏斗有四个，这些漏斗在暴雨后未见积水，地表水在自然环境中排泄畅通。矿区总体上属云贵高原低中山溶蚀地貌。2.4矿区地层含隔水性

　　2.4.1矿区含水层特征

　　(1)第四系(Q)残坡积层结构松散，一般厚度0.0m~22.10m，最厚达49.80m，含松散孔隙水。该含水层由于赋存性能差，透水性较好，含水性较弱，多处于自然疏干状态，含少量孔隙水；孔隙水直接受大气降水控制，与下伏地层水力联系密切，对矿床的间接充水产生一定的影响。

　　(2)二叠系茅口组(P2m)含水层主要为中~厚层生物碎屑灰岩，节理裂隙发育，岩溶发育，含溶蚀裂隙水及溶洞水。因所处相对地势较高，多处于自然疏干状态，在接受地表水补给后成为矿井间接充水水源。

　　(3)二叠系栖霞组(P2q)含水层，上部以薄~中厚层生物碎屑灰岩为主，中部为白云质灰岩，底部为薄层有机质灰岩夹炭质页岩。中上部岩体节理裂隙及溶洞发育，含溶蚀裂隙水及溶洞水，不同区域富水性差异较大，在地表水补给条件下与上浮二叠系茅口组(P2m)含水层一起形成矿井间接充水水源。其底部炭质页岩对该层位的渗水起到一定的隔水作用。

　　(4)石炭系摆佐组(C1b)含水层为矿系直接顶板，厚度20m~85m，以厚层白云质灰岩为主，含有溶蚀裂隙水。节理裂隙及溶洞发育，含岩溶水，富水性中等，为矿区主要充水含水层。

　　(5)寒武系高台组(∈2g)含水层为矿系直接底板，区内厚度大于100m，岩性为中厚白云岩，节理裂隙发育，含岩溶、裂隙水，富水性中等，为矿区主要充水含水层。

　　2.4.2矿区隔水层特征

　　矿区及其邻近范围内，地层隔水性分述如下。

　　(1)二叠系梁山组(P2l)上部为石英砂岩，下部为炭质页岩夹少量劣质煤层，厚度变化不稳定，有的地段缺失。炭质页岩具有较好的隔水性能，受构造影响，断层破碎带附近该地层变薄或尖灭，总体隔水性差，与二叠系栖霞组(P2q)底部黑色含炭质、钙质粘土岩形成联合隔水层，具有局部隔水作用。

　　(2)石炭系九架炉组(C1j)为含矿层位，上部的粘土岩、铝土岩，中部的铝土矿以及下部的含铁质粘土岩夹赤铁矿都具有良好的隔水性能，为相对隔水层；但该层厚度变化较大，一般在2.83m~17.90m之间，矿床开采后将失去隔水作用。

　　2.5主要构造破碎带的水文地质特征

　　矿区及其附近发育断裂构造主要有3条，其水文地质特征分述如下：

　　(1)F6断层走向北东，倾向南东，倾角70°以上，断层角砾成份与母岩基本一致，胶结物多为钙质及泥质，导水性弱；断层上下盘联通性较差，地下水运移遇断层后沿断层上、下盘破碎带沿断层走向运动，为斜贯矿区的阻水性断裂构造。

　　(2)F8断层位于矿区西部边缘，矿层之下部，对矿坑充水影响小。

　　(3)F18断层位于矿区的东部边缘，断层走向北东，倾向南东，倾角70°以上。根据抽水试验结果，断层联通性较差，属阻水断层。

　　各断层之间联通性差，且断层与常年水体之间无水力联系。在矿井建设过程中有可能破坏地下水的天然流场，使断层产生一定的导水性，地表水有可能沿断裂带进入矿井，进而与地下水发生水力联系，使矿井坑涌水量增大，这些断层破碎带在矿井坑道的局部位置对矿井涌水量产生的影响较大。

　　2.6地表水及地下水动态变化

　　矿区内沟谷发育，以山间小溪为主，汇入长冲河和破岩小河。地表水受大气降水控制，雨季多山洪，旱季枯竭，一般在暴雨后短时间内流量暴涨，雨后水位迅速下降，变幅大；地表水的变化与降水量的变化趋于一致性，水温随气温变化而变化。通过长观资料分析水位，地下水位随季节变化而变化，但相对地表水比较，地下水流量变幅较小。

　　2.7矿区充水因素分析

　　2.7.1矿区充水水源

　　九架炉组为该矿区的含矿地层，其矿床顶板、底板均为含水层，为未来矿坑的直接充水层位、直接充水水源；矿井施工过程中将破坏其上下地层岩体的完整性，进而产生裂隙，加上构造成因形成的裂隙及岩溶管道等成为地下水运移的主要通道，地下水沿通道涌入矿井，形成开采矿井的直接充水水源。

　　矿床的间接充水水源主要为矿系的上部地表水，地表水经第四系松散含水层渗入茅口组、栖霞组含水层位，对其进行补给，形成矿床间接充水水源。含水层在接受补给后，通过导水裂隙、断裂构造及突水带等进入摆佐组含水层位，对该层进行水量补给，茅口组、栖霞组含水地层成为为矿井充水的间接因素。矿区内无老窑，暂不存在老窑积水、突水现象。

　　2.7.2矿区充水通道分析

　　矿区断层构造、节理裂隙、冒落带、岩溶管道、封孔质量较差的钻孔等构成矿区主要充水通道。受断层影响，矿区岩体节理裂隙、岩溶管道发育，形成矿床充水通道，成为矿坑内地下水的集中径流带。矿层直接顶板摆佐组岩溶及裂隙，在未来开采条件下，摆佐组含水层中地下水通过这些岩溶及裂隙向矿坑直接充水，形成天然的充水通道，与将来采矿形成的冒落带带及导水裂隙带一起成为矿井的主要充水通道。矿坑底板高台组岩层含有岩溶裂隙水，含水量丰富，通过构造裂隙、岩溶管道等充水通道对矿床直接充水，成为开采矿坑底板的突水水源。

　　2.7.3矿井充水强度分析

　　露采场最大涌水量计算：经测量计算，露采矿区面积约80239m2，其最大涌水量(Q)由公式Q=X(日最大降雨量0.2122m/日)·b(降雨时流失量比例取0.7)·F(露采矿区面积80239m2)计算，得矿区露采区理想状态下最小涌水量为零，最大涌水量为11918.7m3/d。

　　矿井涌水量预测：根据抽水试验成果，运用大井法计算，得到矿井正常涌水量为2208m3/d；应用比拟发计算得矿井正常涌水量为2061.12m3/d。比较上述两种方法的计算结果，建议采用大井法计算结果作为矿山矿井开采疏干排水的设计依据。长观统计结合相邻类似矿区多年的生产经验，矿井最大涌水量变化系数取3，矿井最大涌水量为6624m3/d。

　　2.8矿区水文地质类型

　　矿区内所处地势较高，地形起伏较大、地表水系不发育，有利于大气降水的排泄和地下水的自然排泄。岩溶、裂隙发育，岩层中地下岩溶管道连通，构造断裂并没有起到较大的导水和控水作用，大部分地下水通过裂隙、岩溶管道形式作远距离运动，地下水在地质构造、地貌、岩性有利于汇水的条件下，在排泄基准面附近以暗河或泉的形式排泄，其次为沿裂隙向深部循环补给各含水层及溶洞暗河。主要充水岩层为矿系顶板摆佐组岩溶含水层及矿系底板高台组岩溶含水层，未来矿坑充水途径为断裂构造、节理裂隙岩溶带和矿坑开采引起的冒落导水裂隙带以及矿坑的底板突水带。该矿床水文地质条件复杂程度类型为两类：露采部分为简单类型，坑采部分矿床水文地质类型为以顶板间接冒落进水及底板突水为主的溶蚀裂隙充水矿床，复杂程度属于中等复杂类型。

　　3铝土矿主要水害情况

　　长冲河矿区大岩矿段露采区域相对地势较高，自然地形地貌有利于自然排水，主要水害为大气降水，露采场最大涌水量为11918.7m3/d。矿井涌水主要来自于矿层顶底板直接充水水含水层，以及地表水入渗茅口组、栖霞组的间接充水含水层补给，正常涌水量为2208m3/d，最大涌水量为6624m3/d。已知有限而未知无限，现有技术彻底查清各种涌水、突泥通道难度大，地下水可能通过断裂构造、节理裂隙、岩溶管道、冒落导水裂隙带等涌向未来开采矿井，造成矿井突水，淹没矿井，对矿井开采造成严重威胁。将来矿井采空积水也会对矿井开采造成威胁。

　　取水样作水质简分析，无色、无味、透明清澈、无肉眼可见物，无侵蚀、腐蚀性；地下水水化学类型为[C]CaⅠ型(碳酸盐钙质水)，地表泉井水化学类型为[C]NaⅠ型(碳酸盐钠质水)，水质均为中性水，水质良好属软水，总矿化度为淡水。从水分质分析报告结果表明，矿区内地表水、地下水中未发现污染物质，水环境尚处于良好状态。

　　4铝土矿防治水措施研究

　　4.1露采场矿区

　　(1)汛期前检查采场周边截排水沟完好情况，及时疏通，保持畅通，安排专人负责。

　　(2)检查采场及周边是否存在其它导水通道，及时封堵，防治地表水体入渗补给。

　　(3)树立职工矿井防治水意识，重视防治水工作，加强水害防治知识的宣传和培训，提高防治水的识别和处置能力。

　　(4)做好水害应急预案措施，加强涌水量的监测工作，及时掌握有关涌水量的变化情况，对突然增大的涌水量，分析其原因，采取积极有效措施，防止水害事故发生。

　　4.2矿井涌水防治

　　(1)设计阶段，尽量查清水文地质条件，广泛收集并研究矿区地质、水文地质及相邻矿山生产资料，结合地下水系统理论，研究矿区地层岩性含隔水特点、矿井边界条件、岩溶发育情况、充水因素等，分析矿坑可能的突水破坏模式，编制合理的疏干排水方案。

　　(2)检查矿井疏排水设备，保持正常运行，确保备用设备能正常使用，安排专人负责。

　　(3)树立职工矿井防治水意识，重视防治水工作，加强有关矿井水害防治知识的宣传和培训，提高防治水的识别和处置能力。

　　(4)做好水害应急预案措施，加强矿井涌水量的监测工作，及时掌握有关涌水量的变化情况，对突然增大的矿井涌水量，分析其原因，采取积极有效措施，防止水害事故发生。

　　(5)对矿井可能存在的断裂构造或岩溶管道要进行探放水工作，必须坚持有疑必探，有掘先探，先探后掘，编制专门的探水措施防止矿井突水事故的发生；探放水时，撤出探放水点位置及以下受威胁区域的所有人员，采取有效措施保护设备，水患消除后方可继续施工。

　　(6)经常了解相邻矿井开采排水情况，掌握其采空范围、涌水情况，防止越流造成涌水、突水事故。

　　(7)对含有承压水的矿井进行疏干降压。

　　(8)在矿井下设置足够容量的水仓及排水设备。

　　(9)加强防治水患专业技术人员的培养，加强矿井防治水管理工作，对水害进行有针对性的预测、预报，配备配足够的防治水设备，掌握矿井内的各种水害威胁及隐患。

　　(10)强化防治矿井水害安全培训，高安全生产技能和综合素质；制定并不断完善水害应急、久远预案，并加强应急预案的演练，掌握逃生的路线；定期对疏排水设备进行检修，保证设备完好，发挥作用，确保抢险救灾时能够及时到位，提高抢险救灾能力。

　　(11)发生透水后，立即启动应急、救援预案，积极开展救援工作，并按规定及时上报有关部门。

　　5结语

　　矿山水害猛于虎，矿产勘查中应加强水文地质工作力度，增加水文地质工作资金投入，查清其水文地质条件，研究充水水源、涌水突水通道、涌水量等主要充水因素，编制安全、科学合理的疏排水措施方案，做好矿井水害防治工作。做好矿山的疏排水记录、监测和预测预报工作，监测“有疑必探，有掘先探，先探后掘，先治后采”的防治水原则，确保矿山免于水患，安全生产。