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| 莫如波 朱海宝 第一章 矿区水文地质条件 一、气象 罗都矿区位于渔董镇，属于亚热带海洋性季风气候，气候温暖潮湿，雨量充沛，年平均降雨量2156.4 mm，雨季集中在4～8月，以5、6月降雨最多，多年平均蒸发量1394.3 mm。 二、地形地貌 罗都矿区在区域构造上位于怀信河向斜的东翼，水文地质单元属于平岭山间盆地中段，根据地形地貌基本要素，调查区及周边地貌大体上分为低山-高丘陵区、低丘-台地区和山间凹地区三种类型。 （一）低山-丘陵区 1）罗岗顶低山-高丘陵区 分布于调查区东部罗岗顶-油茶排-羊屎冚一带，主要山体呈南北向延伸，在调查区内的面积约1.23 km2，由上泥盆统帽子峰组和下石炭统岩关阶地层组成，一般海拔高程100～330 m，相对高差约100～250 m，最高峰罗岗顶353.70 m。地形呈波状起伏，山顶剥蚀成浑圆形，沟谷切割较剧烈，部分断面为“V”形，部分断面为“U”字形，山坡较陡，坡度20°～40°，属剥蚀、侵蚀地貌。 2）大茶山高丘陵区 分布于调查区西南部大茶山-狮石山一带，山体呈近南北向延伸，在调查区内分布面积约0.70 km2，由下石炭统石磴子组、测水组地层组成，一般海拔高程100～200 m，最高峰大茶山231.30 m，相对高差80～150 m，地形呈波状起伏，山顶剥蚀成浑圆形，沟谷切割程度不一，部分断面为“V”字形，部分断面为“U”字形，山坡坡度10°～35°，属侵蚀、剥蚀地貌。 3）飞堂岭低丘陵区 分布于调查区的西北部飞堂岭一带，呈近南北向延伸，在调查区内分布面积约0.24 km2，由下石炭统石磴子组、测水组地层组成，一般海拔高程100～150 m，最高峰飞堂岭161.70 m，相对高差30～90 m，地形呈波状起伏，山顶剥蚀成浑圆形，沟谷切割程度不一，多数断面为“U”字形，部分断面为“V”字形，山坡坡度10°～35°，属侵蚀、剥蚀地貌。 （二）低丘陵-台地区 分布于调查区北面林公堂背-狗头石-罗屋山一带，山体走向零乱，调查区内分布面积约0.14 km2。主要由下石炭统石磴子组、测水组地层组成。一般海拔高程75～120 m，最高峰狗头石157.8 m，相对高差多小于50 m。地形呈波状起伏，山顶剥蚀成浑圆状，山坡坡度变化一般10°～30°，沟谷比较发育，断面多数为“U”字形，属侵蚀、剥蚀地貌。 （三）山间凹地区 位于调查区中部低洼凹地及缓坡地带，总体呈南北走向，分布第四系残坡积层及全新统冲洪积层，一般地面高程60～85 m，相对高差约25 m，地形平缓，总体由南向北微倾，属堆积及残积地貌。 三、地表水 罗都矿区所处的流域分属西江一级支流—开江上游的怀信河流域。 矿区范围内无大的地表径流，只有由地下水溢出和雨季地表水汇集成的溪流。这些溪流以大茶山—溪茶岭—罗岗顶高地为界，北面沟溪水向北径流汇入调查区外的沙河，然后流入怀信河；南面地表径流汇入溪茶岭水库，出堤后流入茶涌河。调查区周边大的地表水体有溪茶岭水库、茶涌河，调查区内有小溪流及鱼塘。 （一）溪茶岭水库 溪茶岭水库位于矿区南部附近，是罗都矿区周边最大的地表水体。始建于20世纪70年代，主要汇集库区两侧的沟溪水及水库东侧的渠道水。水库功能为防洪、农田灌溉和水产养殖。水库汇水面积为248.75万平方米，设计库容量为453万立方米。因多年流砂淤积和工程建设围田占地，现水库库容量已大为减少。根据实地调查，现库容量约为210万立方米，最高蓄水水位标高为76.91 m，最低蓄水水位标高为72.43 m。库区北部下伏基岩为下石炭统石磴子组石灰岩、泥灰岩，浅层有厚度约10 m的坡残积土；库区南部下伏基岩主要为下石炭统测水组粉砂岩、页岩等，属相对隔水层。 （二）茶涌河 茶涌河发源于调查区的西南部，上游流向从南向北，过四背坑附近折为自东往西流，再经多段转折流入怀信河，河床及河漫滩分布有冲洪相砂、砾、卵石层，厚1.0～3.0 m，宽5～30 m，局部宽20～100 m，砂砾层透水性好，形成孔隙含水层，其下伏基岩主要为粉砂岩和页岩，为相对隔水层。河床、漫滩之外的第四系全新统堆积主要为冲积淤积相粉质粘土，构成相对隔水层，局部夹砂砾透镜体，形成小规模含水层。 在调查区西南附近，2007年测得茶涌河流量为0.26 m3/d，水质分析结果，水化学类型为HCO3—Ca型，矿化度 156.32 mg/L，PH值7.53，总碱度126.52 mg/L，除细菌类指标未进行分析外，所分析项目未发现有毒、有害成分，符合国家饮用水标准，经简单消毒处理作生活饮用水，也能满足水泥工业用水水质要求。 （三）调查区内小溪流 小溪流主干分布于调查区中部、东部低洼冲积凹地，由山间凹地、小平原及周边丘陵的小沟渠汇集而成，溪流流向总体从北向南，在怀信镇一带经沙河汇入怀信河，2013年10月17日在Y1孔处测得沟溪流量为16.7 L/s，其汇水面积为2.98 km2，求得枯季径流模数为5.60 L/s.km2。 四、地下水 （一）含水层 罗都矿区及其外围的地下水主要受地层、岩性、地质构造以及地形地貌等多种因素影响，根据调查区内地下水的形成条件和赋存形式，将调查区内的地下水分为以下四种类型： 1、全新统冲洪积松散岩类孔隙水 全新统冲洪积层主要分布于调查区中部及北部的低洼凹地，呈南北向展布，面积0.43 km2，在矿区内分布面积为0.13 km2。17个钻孔（包括地质孔及水文孔）所见厚度为5.90～15.10 m，平均厚度9.96 m。冲洪积相主要为粉质粘土，构成相对隔水层，局部夹粗砂、中砂或卵石层，形成含水层，属承压或微承压孔隙水。钻孔所揭露的砂、卵石层有：ZK0642孔卵石层厚3.9 m、 ZK4孔中砂层厚2.4 m及卵石层厚5.3 m、ZK1213孔粗砂层厚2.1 m，17个钻孔当中仅有3个钻孔揭露到砂、卵石层，砂、卵石含水层分布有限，主要以透镜体状局部分布，含水层之间水力联系差，地下水主要接受大气降水入渗补给、沟渠及农田灌溉渗漏补给、周边残坡积孔隙水及山地基岩裂隙水侧向补给，局部还接受岩溶水越流顶托补给，由于含水层分布规模小，补给条件较差，水量较贫乏。 2、第四系残坡积松散岩类孔隙水
多分布于缓坡及山脚地带，主要由下石炭统岩关阶、测水组砂页岩及石磴子组灰岩等基岩风化残留及堆积而成，调查区出露面积约2.55
km2，在矿区内分布面积为0.47
km2。22个钻孔揭露厚度为1.00～17.80
m，平均厚度7.36 m。残坡积层以粉质粘土为主，含风化岩屑及强风化岩碎块，孔隙及节理较发育，属弱透水层，形成孔隙潜水含水带，含水带分布及潜水面随地形起伏。地下水的补给、径流、排泄主要受地形、地貌及地层岩性控制，由于地形有一定的高差，降水顺坡流失较快，地下水迳流途径较短，排泄条件好，地下水就近补给就近排泄，石灰岩残积土含水带还渗透补给深层岩溶水，地层富水性较差。地下水主要接受大气降水的入渗补给，其受降水季节控制明显，水位变化大，雨季上升，旱季水位逐渐下降。据2005年11月1日～2006年1月23日对区内民井进行动态观测，期间水位波动幅度为1.00～3.37
m。 调查区第四系冲洪积相及残坡积相松散岩类孔隙水水化学特征，根据2007年对3个民井进行取样分析的结果是：矿化度131.60～191.98 mg/L，水化学类型为：HCO3·CL—Ca型和HCO3—Ca型及CO3—Na+K型水。 3、碎屑岩类基岩裂隙水 调查区基岩裂隙水构成的地层为上泥盆统帽子峰组砂岩及下石炭统岩关阶、测水组砂页岩等碎屑岩类，主要分布于调查区东侧的低山-高丘陵区以及西南侧的高丘陵区。基岩浅层风化裂隙、构造裂隙发育，形成基岩裂隙水，属潜水类型，裂隙含水带分布大体与坡面一致，向低处延伸至冲洪积层接触带附近，以下降泉形式出露，2007年调查到的泉的类型及流量见表1。泉水出露标高在105～130 m之间，统计平均流量为1.307 L/s(合112.925m3/d)，属弱-中等富水含水层（1.0～10.0 L/s）。  碎屑岩类基岩裂隙水，接受大气降雨入渗补给，径流流向与地形倾向一致，从高处流向低处，在第四系松散堆积层接触地带以下降泉的形式排泄，局部以潜流形式侧向补给第四系松散岩类孔隙水，或径流补给下石炭统大塘阶石磴子组碳酸盐岩类裂隙岩溶水。 4、碳酸盐岩类裂隙岩溶水 罗都矿区下石炭统石磴子组石灰岩裂隙及岩溶发育，形成裂隙岩溶水。该含水层主要分布于调查区的中部及西部，呈近南北向带状分布，南北长大于2.5 km，在南北两侧延伸出区外，东西宽700～1300 m，东侧有由下石炭统岩关阶砂页岩组成的隔水边界，西侧岩溶含水层上覆有下石炭统测水组砂页岩，其形成相对的隔水顶板。灰岩裂隙岩溶含水层在调查区分布面积约2.3 km2。其中裸岩面积约0.72 km2，占28.8%，地下水接受大气降雨入渗补给；被第四系冲积层及残坡积层覆盖区面积约1.58 km2，占71.2%，覆盖层以粉质粘土为主，属弱透水层，裂隙岩溶水接受孔隙流透渗补给及侧向补给。 受地形起伏影响，岩溶水向地势较低处径流，在与冲洪积层接触地带以泉形式排泄或以潜流形式补给孔隙水，在调查区北部泄入沟溪或径流出区外。调查资料显示，出露于高处的泉流量较小，出露于低处的泉流量较大，2007年观测点号为D12的泉流量在1.0～10.0 L/s之间，一般1.5～2.0 L/s，属于中等富水含水层。 根据钻孔揭露，在进入石灰岩地层的37个钻孔中，石灰岩岩溶率大于5%的钻孔有11个，主要分布于调查区的中部与东部，大体呈南北向展布，岩溶率最大是Y1孔，达27.0%，其它依次为ZK802孔18.38%、ZK6孔15.16%、ZK4孔10.53%、ZK1213孔10.16%、ZK0823孔9.54%等，见表4及图1。结合调查区的地貌特征，推测较发育的地下岩溶系统主要分布于调查区的中部、东部凹地，走向大体与地表溪流相同，大致沿地层走向呈南北方向，流向向北。 2007年地质详查工作在大茶山矿区SHK1、SHK3、SHK4三孔对下石炭统的石灰岩裂隙岩溶含水层进行了抽水试验，试验结果见表2。试验结果表明，三个钻孔单位涌水量0.0136～0.0148 L/s，平均为0.0142 L/s，属于弱富水含水层（<1.0 L/s）。本次2013年罗都矿区水文地质调查中，进行了多个水文孔的抽水试验，3个具代表性的水文地质孔抽水试验成果见表3。
在2013年1月8～10日及2013年10月31日～11月1日，对岩溶率最大的Y1孔进行了两次抽水试验。Y1孔属自流井，旱季、雨季自流流量变化不大，为0.33～0.35 L/s，测压水头高出井口约0.70 m。2013年1月8～10日抽水试验采用的是每小时十方的水泵，水位稳定时间约8个小时，测得流量为1.961 L/s，降深为3.31 m，算得单位涌水量为0.592 L/s。2013年10月31日～11月1日的抽水试验采用的是每小时二十方的水泵，整个抽水时间为17.5小时，开始抽出的水混含泥浆，后至相当一段时间内，水质浑浊，后期水质变清；前两个小时出水量不稳定，流量总体从大到小在4.9 L/s与3.1 L/s之间波动，后期水量趋于稳定，在3.3 L/s与2.9 L/s之间波动，最后4小时稳定流量为3.1 L/s；水位降深开始2～3分钟达到10.1 m，第5分钟水位上升到8.02 m降深，往后水位总体呈上升趋势，波动于6.65 m与3.82 m之间，最后1.5小时水位降深约为3.9 m，算得接近稳定的单位涌水量为0.795 L/s.m；整个抽水过程降深变浅应与疏通溶洞及裂隙的泥砂淤积有关。从Y1孔抽水试验数据表明，溶洞发育的岩溶水地下水动力学较复杂，溶洞的规模与洞中泥砂充填程度是影响岩溶富水性及水动力学特征的重要因素。2013.10.31～11.1日Y1孔抽水期间，距抽水井东侧200 m挖至石灰岩岩面的浅层民井水位未发现变化，推测岩溶水在东西方向上连通性差，调查区岩溶系统主要顺着石灰岩岩层走向沿南北向发育。 （二）相对隔水层 调查区范围内的相对隔水层分布较多，在地质年代上从老至新有：
1、上泥盆统帽子峰组页岩及裂隙不发育的粉砂岩； 本区相对隔水层可归纳为四类：其一是泥质岩、页岩类，其二是构造裂隙不发育的砂岩类，其三是裂隙岩溶不发育的碳酸盐岩类，其四是第四系冲洪积层、残坡积层中的粘性土。 第二章 矿坑涌水量预测 一、预测对象 本次矿坑涌水量预测主要针对下石炭统石磴子组石灰岩矿层的开采。 罗都矿区大部分地段地形较平缓，矿区范围有农田与水塘，根据本次调查成果，枯水期罗都矿区地下水稳定水位标高约为67 m，因此将矿区地下水最低潜水面定为67 m， 67 m标高以上的矿体可以露天开采，利用有利地形进行自然排水，67 m标高以下必须借助机械动力排水。 二、矿床充水因素及其水文地质边界 （一）地表水充水因素 1、溪茶岭水库 溪茶岭水库位于矿区南部外侧，2007年工作中SHK4、SHK4-1、SHK4-2等水文孔抽水试验结果表明，水库水与钻孔中的石灰岩裂隙岩溶水没有水力联系，其原因应与石灰岩之上浅层分布有厚度约10 m的粘性土隔水层有关，再者，溪茶岭水库距罗都矿区较远，判断未来对矿区开采无影响。 2、茶涌河 茶涌河分布于调查区的西南部外侧，与罗都矿区最近距离约3 km，2006年3月15日观测的流量为0.26 m3/s。河床、河漫滩分布透水性好的砂砾、卵石层，厚约3 m，宽5～100 m，形成孔隙潜水；河漫滩之外阶地以粘性土为主，属弱含水层或相对隔水层。茶涌河距罗都矿区较远，判断与未来矿坑充水没有水力联系。 3、调查区内沟溪 分布于调查区中部，由众多小沟渠汇集而成，在调查区北部流出区外，汇水面积约4.47 km2。2013年10月17日在溪流中段的Y1孔处测得沟溪流量为16.7 L/s，其汇水面积2.98 km2，算得溪流枯季径流模数为5.60 L/s.km2。沟溪水与石灰岩之间绝大部分地段分布有厚约10 m的冲洪积相粘性土隔水层，沟溪水与岩溶水之间水力联系差；仅在Y1自流井西北侧140 m处穿越140 m溶洞地段直接与岩溶含水层接触，根据Y1孔测压水位高出溪流水面约1.5 m，判断自然条件下岩溶水补给沟溪水，开采条件下可导致沟溪水在穿越溶洞地段渗漏补给岩溶水。 4、其他地表水体 在矿区中部有三个总面积约为44000 m2的鱼塘，鱼塘之下分布有厚度约10 m的残坡积相或冲积相粘性土弱含水层（相对隔水层），鱼塘水位高于地下水位，透过粘性土弱含水层渗漏补给地下水，但鱼塘水位较稳定，渗漏量小。矿区开采时鱼塘将被放干、抽干，对矿坑充水无影响。 5、已有采坑及未来采坑汇集大气降雨 罗都矿区南面现为大茶山石灰岩采矿区，已形成一个巨大采坑，停止开采后将形成坑底低于侵蚀基准面数十米的更大采坑，根据2007年《大茶山矿区水泥原料矿地质勘查报告》，该矿段石灰岩分布面积约1.2 km2，届时将形成面积相当的采坑，汇集雨水、地下水将形成一个巨大的水库。按多年平均降雨量2156.4 mm及多年平均蒸发量1394.3 mm计，汇流于采坑的水量将达到每年9.145×104 m3（合2505 m3/d），如果排水不畅或与地下水之间形成较大的水位差，采坑部分集水将通过岩溶裂隙渗漏补给罗都矿区地下水。 罗都矿区未来采坑随着开采面积的增大，也会汇集相应的雨水，导致矿坑排水量增加；罗都矿区采坑主要分布于地形低洼地带，地形上有利于地表水的汇集，在开采设计中应充分考虑地表汇水，透过人工引渠排出区外，以减轻机械排水的压力，维持矿区正常的开采。 （二）地下水充水因素 1、第四系松散孔隙潜水 第四系冲洪积相及残坡积相以粘性土为主，仅在局部夹有砂、卵石层，钻孔抽水试验表明，其透水性差，主要为弱含水层或相对隔水层，初步判断对未来矿坑不会形成大的威胁。 2、碎屑岩类基岩裂隙水 本区碎屑岩类基岩裂隙水，与矿区有直接联系的主要是东部下石炭统岩关阶砂岩裂隙水，地表出露泉的流量0.336～2.552 L/s，平均1.307 L/s，属于弱～中等富水含水层，可成为矿坑充水的直接含水层，但风化裂隙主要发育于浅部，判断裂隙水对未来矿坑充水有一定影响，但影响不大。 3、碳酸盐岩类裂隙岩溶水 碳酸盐岩类裂隙岩溶水是矿区最主要的含水层，对钻孔溶洞标高及洞高的统计结果如表4。地表泉流量1.5～6.852 L/s(2007年报告)，属中等富水含水层（1.0 L/s～10.0 L/s），钻孔抽水试验结果：单位涌水量多数在0.014～0.172 L/s·m之间，属于弱～中等富水含水层。石灰岩地层既是矿床开采层，也是矿体的主要围岩，其构成矿坑的直接充水含水层。 （三）矿坑岩溶含水层的模型概化及涌水量预测 1、裂隙岩溶水渗透系数K计算及其代表性选择
在多个水文孔抽水试验中，Y1孔为自流井，出水含水层为岩溶承压水，具有较大的单位涌水量，灰岩岩溶率高达27.0%，在所有钻孔中最高，由此认为，Y1孔对罗都矿区矿坑涌水量的预测计算不具代表性。Y2孔、Y3孔岩溶及裂隙较发育，单位涌水量分别为0.078
L/s·m、0.172
根据抽水试验水位恢复速度计算抽水孔含水层的渗透系数K，按照《工程地质手册》（第四版），第九篇第二节表9-3-6，计算公式为： 根据抽水试验，用其1分钟水位恢复的数据进行计算，算得Y2孔含水层渗透系数K 值为0.00035 cm/s、Y3孔含水层的渗透系数K 值为0.0019 cm/s。计算过程曲线见图2、图3。 由于Y3孔K 值很离散，而Y2孔K 值趋稳特征明显，因此，用Y2孔K 值0.00035 cm/s代表整个矿区岩溶含水层的渗透系数进行涌水量预测。 2、矿坑岩溶含水层的模型概化 地质钻探孔统计表明，本矿区钻孔见洞率为60%，平均钻孔岩溶率为3.77%；地质孔及水文地质孔所揭露的溶洞主要分布于10 m标高以上，30 m标高以上发育溶洞的数量为36个，占70.6%，占溶洞总高度的70.7%，10 m标高以上发育溶洞数量为42个，占82.4%，占溶洞总高度的87.7%，各钻孔不同深度的溶洞发育情况见表4。罗都矿区浅层粘性土平均厚度约为10 m，稳定地下水位标高为67 m，因此，可认为罗都矿区岩溶裂隙含水层的厚度约为50 m（含水层顶底标高为60～10 m）。
通过前述矿坑充水因素分析，初步判断地表水体、第四系松散孔隙水对未来矿坑充水影响不大；碎屑岩类基岩裂隙水对未来矿坑充水虽有影响，但影响较小。碳酸盐岩类裂隙岩溶水是未来矿坑的直接充水含水层。在未考虑大茶山矿区未来采坑集水对罗都矿区地下水渗漏补给的情况下，罗都矿区的水文地质模型概化为：矿层所在的含水层为碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层，矿床开采为露天凹坑开采，视露天采矿场位于均质、各向同性、厚 3、矿坑涌水量预测 利用计算公式，若矿体开采按标高分段开采，每10 m为一个预测高度，从标高60 m至-10 m共分8个预测高度，每个标高段开采时要求控制地下水水位在矿坑中心底面下1 m，分别对不同标段矿坑内的涌水总量进行计算，结果列于表5。
结果表明，矿区各标高段矿坑涌水量在538.4～8682.4 m3/d之间。但必须说明，本次矿坑涌水量预测是建立在假定矿床充水含水层是均质的、各向同性、地下水位水平的情况下，视其为厚度有限的潜水或顶板被揭穿且水头高度下降至无压的承压含水层，露天采矿坑采用非完整井基坑排水模型进行计算，这与碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层非均质各向异性、附近有隔水层等实际情况有一定出入。罗都区段溶洞主要发育在10 m标高以上，当开挖至0 m和-10 m标高段时，由于此深部岩溶裂隙不发育，视作隔水层，当矿坑进一步加深低于10 m标高时并不会引起涌水量的太大增加。
本区碳酸盐岩类部分出露地表，部分隐伏于地下。裸露区含水层可直接接受降水入渗补给和地表水渗漏补给，隐伏区主要接受地下潜流补给（包括侧向补给）。 罗都矿区开采区面积为0.9 km2，其中，中、东部为农田及水塘低洼地，地表径流总体由南向北。因未来矿区开采会对其下伏裂隙岩溶含水层造成破坏，导致地下水水力坡度发生变化。根据罗都矿区及周边的地形地貌、地表水分水岭分布情况，再把石灰岩区地下水分水岭考虑进去，在地形图、地质图上圈出罗都矿区地下水接受降水入渗补给的最大面积约为4.5 km2，如图5，用来计算地下水汇水范围的降雨入渗补给量。按地貌、表层岩性及地区经验，地区降雨入渗系数一般为0.15～0.25，为保险起见，再考虑到石灰岩表层多有厚度较大的残积土覆盖，调查区及周边平均降雨入渗系数α取值0.3，本地区年平均降雨量为2156 mm。4.5 km2范围的大气降雨入渗补给量为Q雨＝F×P×α。式中Q雨为降雨入渗补给量（m3/a）、F 为补给区面积（m2）、P 为年平均降雨量（m）、α 为降雨入渗系数。即有 Q雨＝4500000×2.156×0.3=2910600 m3/a。每年降雨入渗补给量约为291×104 m3，合每天7972m3。本矿区地处地表水系茶涌河与沙河上游的分水岭地带，天然条件下地表水相对缺乏，调查区及周边4.5 km2地下汇水范围，大气降雨入渗是地下水的主要补给源，地下水的补给量大致与降雨入渗补给量相当，即罗都矿区地下汇水范围（4.5 km2）每年获得的地下水补给量约为291×104 m3（合7972 m3/d）。所算得的补给量与矿坑10 m标高段8682 m3/d预测涌水量接近。 从另一方面，根据后面第五章，在假设水平方向为石灰岩均质岩溶含水层的前提下，推算得10 m标高矿坑疏干影响半径为620 m，可算得形成的漏斗面积为4.19 km2，由于未来矿坑东西的两侧受砂页岩隔水边界的限制，真正的漏斗面积应小于4.19 km2，产生的降雨入渗补给量应小于7972 m3/d，也小于10 m标高段预测的8682 m3/d的涌水量。 由此认为，在不考虑大茶山矿区未来采坑集水对罗都矿区地下水渗漏补给的情况下，上面矿坑涌水量推算是保险的，实际涌水量应不会大于预测涌水量（8682 m3/d）。 考虑未来大茶山采坑集水对罗都矿区地下水渗漏补给条件下的水均衡：如果未来大茶山采坑排水不畅，约有1.2 km2采坑面积汇集的雨水除蒸发返回大气层外，约有2505 m3/d的水量可通过岩溶裂隙补给罗都矿区的地下水。届时，上述最大地下汇水面积变为3.3 km2(即4.5 km2－1.2 km2)，按平均降雨入渗系数0.3算，降雨入渗补给量为213.4×104 m3/a（合5846 m3/d）。在未来大茶山采坑2505 m3/d集水全部补给地下水的情况下，罗都矿区地下水的补给量即为(5846＋2505) m3/d＝8351 m3/d。 未来罗都采坑雨水积集量的大小取决于平面上的开采方式，是分块段开采还是整个矿坑分层开采。考虑到雨水降落采坑后有一部分蒸发掉或虚拟（避免重复计算）补给地下水，按水文地质手册表9-4-4地表径流系数0.6算，汇集到采坑里的雨水每年为2156.4×0.6＝1293.8 mm，合0.00354 m/d。0.9 km2采坑日平均雨水积集量为3190 m3/d，采坑日最大降雨积集量可按当地最大日降雨量预测并进行频率计算。 通过矿坑涌水量预测及水均衡法估算表明，罗都矿区未来矿坑最大涌水量约在8500 m3/d左右。根据钻孔揭露的岩溶发育情况及抽水试验结果，罗都矿区岩溶发育不均匀，溶洞主要分布于中、东部低洼凹地带（小平原），罗都矿区岩溶率大于5%的钻孔分布如上面图1所示，其应为未来矿坑涌水的主要地段。未来0.9 km2采坑日平均雨水积集量为3190 m3/d；不同采坑面积日最大雨水积集量可通过当地日降雨量历史资料计算其出现频率，根据计算结果配备排水设施。 第三章 供水水源评价 调查区的供水水源有地表水和地下水两条途径。 一、地表水 （一）溪茶岭水库 水库水根据2007年取样分析，水化学类型为：HCO3·SO4—Ca型水，矿化度215.83 mg/L，PH值7.5，总碱度164.41 mg/L，总硬度164.41 mg/L。除细菌类指标未进行分析外，水中未发现有毒、有害成分，水库水经简单处理后可符合国家饮用水标准，也可满足水泥工业用水水质要求。但水库水主要用于农田灌溉和水产养殖，水泥厂方应与当地居民协商解决。 （二）茶涌河 茶涌河离矿区最近距离约3 km，离厂址最近距离为2.5 km，其水质符合国家饮用水标准，也能满足水泥企业生产要求，估计与当地农业用水不存在矛盾，只是引用时必须采用机械提水和长距离渠道或管道输水。 二、地下水 （一）第四系松散孔隙潜水，其特点是含水层渗透性及富水性较差，砂砾含水层规模小，分布不连续，无法集中开采利用，故不能作为未来矿山生活或生产用水。 （二）碎屑岩类基岩裂隙水，其特点是分布局限，富水性弱-中等，泉水分布标高在105～130 m之间，条件适宜下可以自然引用，生产开采过程中可防、排、供结合。 （三）区内碳酸盐岩类裂隙岩溶水，矿区范围内上罗都泉水的涌水量为6.852 L/s(592.013 m3/d)，结合钻探岩芯及抽水试验判断，其岩溶普遍发育，属弱～中等富水含水层，今后矿山开采及生产过程可考虑排供结合进行利用。矿山开采用水主要为采掘机械和采掘面用水，用水量不大，预计矿坑涌水量本身可满足要求。 第四章 工程地质 罗都矿区属于露天开采矿床，工程地质条件简单，工程地质问题主要针对矿区石灰岩矿层的围岩工程地质问题，灰岩矿层的围岩有下列三类。 一、松散层围岩 该围岩冲洪积层厚度5.90～15.10 m，平均厚度9.96 m，主要为粉质粘土，局部地段夹透镜状砂、卵石层，粉质粘土多呈可塑状，承载力较低；残坡积层厚度1.00～17.80 m，平均厚度7.36 m，主要为粉质粘土，常含风化岩屑及强风化岩碎块，低丘、缓坡地势较高的残坡积土多呈硬塑状，局部坚硬状、可塑状，承载力较高，低洼凹地冲洪积层下伏的灰岩残积土多呈可塑状，局部软塑状，承载力较低。本层厚度较大，稳定性较差，矿坑开挖形成较高的边坡，露天开采过程应采取有效措施进行护坡，可采用高宽比为1:1.50～1:2.00进行放坡，必要地段可采用锚固处理。 二、坚硬、半坚硬层状围岩 （一）大茶山北侧石灰岩矿层砂页围岩 本围岩系指测水组的粉砂岩和页岩。粉砂岩和页岩风化程度高，层面和风化节理裂隙面发育，层面倾向与开采边坡坡面方向相反，不易形成层面滑动，稳定性较好。 （二）飞堂岭东侧石灰岩矿体围岩 本围岩系指下石炭统测水组的石灰岩、粉砂岩以及页岩，该岩层风化程度高，层面及节理、裂隙比较发育，偶见褐铁矿充填，层面倾向与开采边坡面方向相反，不易形成层面滑动，稳定性较好。 （三）矿区岩溶发育的石灰岩围岩 本围岩系指石灰岩，其中10 m标高以上岩溶较发育，溶洞中大部分有充填物，充填物未固结，部分无充填物，无充填溶洞在地下水位以下的有充水，开采过程必须提防突水现象，其中10 m标高以下岩溶不发育但仍有溶蚀现象。通过钻孔抽水试验，单位涌水量多在0.0136～0.172 L/s.m之间，岩溶最发育的Y1孔最大单位涌水量为0.795 L/s.m。岩溶率大于5%的钻孔主要分布调查区中、东部凹陷地区。岩溶含水层属于弱～中等富水含水层。深部标高小于10 m以下的石灰岩较完整，岩溶裂隙不发育，可视作相对隔水层。本次详查在新鲜石灰岩取岩样两组，做岩石单轴抗压强度试验，获得二组九个测试数据，见附件5，两组岩石抗压强度的平均值分别为32 MPa及31.4 MPa，属较硬岩，岩体较完整，岩石质量等级属Ⅲ类。 （四）基岩矿坑的边坡 矿坑开挖可形成较高的岩质边坡，应采取有效措施进行护坡，全风化岩、强风化岩可采用高宽比为1:00～1:1.25进行放坡，中风化岩、微风化岩可采用高宽比为1:0.50～1:1.00进行放坡，必要地段采用锚固处理。类比文华水泥灰岩矿山的情况，综合考虑本矿区的岩性条件及水文条件，初步确定矿床开采最终底盘宽度：岩层不小于40 m，松散层不小于20 m；安全爆破距离大于400 m。矿区东部凹地部分钻孔有较大的溶洞，易产生塌壁、涌水以及造成地下水位下降明显，视开采条件，可采用钻孔灌注水泥浆进行帷幕堵水兼护壁。 第五章 环境地质 一、环境地质条件 （一）崩塌 1、修路挖坡后引起的崩塌现象 此类地质灾害在矿区外围的东侧罗岗顶西侧山脚下、即溪茶岭东侧偏南的山脚下有一处，因修路引起边坡崩塌，范围宽约20 m，高度约5 m，边坡坡度55°～60°，边坡土体为含砾粘性土，较松散。 2、露天矿坑开采引起的崩塌现象调查 此类地质灾害在矿区范围内未见到，原因是现有的采场其松散覆盖层厚度不大，很少超过4 m，土质为含少量砾石的粘性土，稍作放坡后即可使边坡稳定。 （二）滑坡 此类地质灾害在矿区范围内未见到，主要是因为山体覆盖层厚度不大，还因矿区周围植被良好，山体未被人类活动破坏，水土保持较好，山体稳定。 （三）泥石流 此类地质灾害主要见于采场周围，因采场周围的废石堆在雨季洪水的冲刷下，较小的块石及泥沙随洪水冲到低洼处，对农田及沟渠造成淤塞破坏。主要见于大茶山矿区2007年地质调查工作6线、8线间的东西两侧山沟内的废石堆，以及2线、4线采场东侧的废石堆，但其堆积的松散固体物质体积较小，情况不严重。 （四）地面塌陷
岩溶地区易形成溶洞及土洞，受地区地下水位下降影响，或其它原因，导致土层、岩层工程性能变化，引起地面塌陷。在本次调查中，未发现矿区内有大规模、明显的地面塌陷现象。 二、环境地质预测评价 （一）地下水位下降 罗都矿区西部浅层分布坡残积相粉质粘土，东部凹地浅层分布冲洪积层及石灰岩残积土，主要为粉质粘土。坡残积相及冲洪积相粉质粘土的平均总厚度大约为10 m，其透水性差，形成相对隔水层，但未来矿区矿坑将开挖至-10 m标高，矿坑深度最终可达80 m。矿坑的疏干排水可使岩溶水的测压水头低于粉质粘土相对隔水层的底板，导致岩溶含水层从原始或初期的承压含水层演变为无压含水层，水动力条件与潜水含水层相同。按潜水含水层条件，估算其矿坑疏干排水的影响半径，公式为：R ＝2sw√KH。 视标高10 m以下石灰岩为相对隔水层，疏干水位降深sw为57 m，含水层的渗透系数K取0.00035 cm/s，潜水含水层（无压含水层）的厚度H为50 m，当开挖至10 m标段及以下矿层时，算得的影响半径约为620 m，在岩溶含水层中的扩展范围大致如图6（绿色线范围），罗都矿区附近下伏有石灰岩地层的罗都村、严屋等居民点在其影响半径之内。未来矿坑的开挖及疏干排水，有可能会在其影响半径的范围内，因地下水位下降而产生溶洞塌陷等不良地质现象，掘至石灰岩的民井可能会出现水位下降或干涸现象，还可能出现民宅因地下水位下降的而引发不均匀沉降并产生裂缝。并且，离开采矿坑越近，地下水位下降幅度及形成的地下径流强度越大，产生不良地质现象的可能性就越大。因此，在未来矿山开采时，需对其影响半径之内石灰岩分布区的居民点及其它重要地段进行地下水位变化监测，如有问题，则立即实施相应的治理措施。 （二）地面塌陷 未来可能产生塌陷的区域，与疏干漏斗扩展范围相一致。根据目前掌握的资料初步认为，本区碳酸盐岩类中的溶洞主要发育于当地最低侵蚀基准面附近，发育不均匀，主要分布于调查区东部凹地、小平原区，一半以上有粘性土充填，地下水疏干过程有可能引起地下径流掏空洞内土层并形成塌陷，估计主要发生在罗都矿区周围约620 m范围的石灰岩分布区，且在靠近采坑地带塌陷更易形成。由于浅层多分布有厚度较大的粉质粘土隔水层，其限制了岩溶水接受补给，从而也限制了溶洞内地下水的径流，其对塌陷的形成有一定制约作用，在一定程度上减弱了塌陷的形成。但为了防患于未然，建议在进一步查明区内岩溶带的空间形态和水文地质特性的前提下，留出足够的安全距离，避免掘通脉状岩溶带，造成大危害。 罗都矿区西部，岩石较完整，岩溶发育程度低、钻孔涌水量也小。在进一步查清岩溶发育规律的基础上，应对采坑挖掘进行规划与部署，根据矿坑各标高段的差异，分期开采，减少涌水量。 第四系冲洪积层下的岩溶带疏干易引发地面塌陷，在开挖此类岩溶带时，应适当控制开挖速度，必要时采用水泥灌浆帷幕堵水，减少地下水径流对松散土体的侵蚀和冲刷。 矿坑开采地下水疏干过程，应对影响范围内的钻孔和民井建立专门的水文地质观测，查明其动态变化，出现问题采取措施及时处理。重点观测范围为以下罗都村为主的居民点。 （三）矿山地表、地下水污染 本区矿山地表、地下水遭受污染主要来自下列两方面。 1、矿山废水排放：矿坑正常排水绝大部分来源于碳酸盐岩类裂隙岩溶水，其水质较好，主要污染物是生产过程中夹带的泥质物、岩粉、岩屑等，建议利用若干废弃或停采矿坑作为集水池和沉淀池，沉淀澄清后排放或回水利用。 2、矿山废石（土）堆排放：矿山废石（土）主要来源于矿山开拓阶段剥离的顶板围岩和上覆的第四系松散土。剥离岩石有粉砂岩、页岩和细砂岩以及少量白云岩及白云质灰岩；土类主要为粉质粘土。 （本文内容是某石灰岩矿勘查报告的一部分，由本人及朱海宝编写，以上文章稍加修改与整理，文中所有的地名均为化名，全文约16000字）
(一期矿区采坑坑深50m实际涌水量比预测的每天万方小很多，平时靠右侧的小水泵就能搞掂。那么高的岩溶率那么多的溶洞，就是没水涌上来，预测专家只好暂时先斜着眼睛看啰) 如何进行最大日降雨量概率统计以及配备排水设施？露天采坑积集雨水，要排出坑外，一种是配置足够的水泵，最大降雨时积集多少瞬时抽出多少，保持矿坑不被淹没，另一种是泵排能力有限，矿坑可以淹没，淹没后分几天抽干。在排水设施的配备中，总不能按历史最大日降雨量配置，如惠东高潭镇2013年8月17日出现了924mm的日降雨记录，若按这个雨量配备水泵，也许绝大部分设备在整个矿山开采期甚至永远也派不上用场，这就不得不考虑最大日降雨量出现频率问题。我们可以到气象部门收集当地历史逐日降雨量，然后从大到小排列起来。例如，一共收集到10000天的降雨记录（包括无雨日），第1大日降雨量出现的概率为1/10000，第10大是1‰、第100大是1％、第1000大为10％。根据矿坑设备搬迁难易程度以及对淹没所持的容忍程度，可选择相应的日降雨量出现概率，如罗都矿坑若只能忍受一年三四次的搬迁及淹没，就应选择概率为1％的日降雨量，假如通过排列得出概率为1％的日降雨量为60mm，考虑到暴雨几乎完全形成矿坑积水，0.9km2的积水量即为54000m3，如果要求三天抽干，按每天18000m3的排水量配备水泵即可。至于出现更大的或连续两天、多天的暴雨，到时可考虑再延长抽水天数。 |
L/s·m，结合其它地质、水文地质钻孔岩芯裂隙、岩溶发育情况分析认为，Y2孔与Y3孔含水层赋水特征及富水性可代表性矿区的总体情况，所得水文地质参数可以用来进行矿坑涌水量的预测。
度有限的潜水或顶板被揭穿且水头高度降低至无压的承压水含水层之中，采坑采用非完整井基坑排水模型，示意图如图4：
（四）用水均衡法评估矿坑的最大涌水量
