趙宏亮，時(shí)玉濤

(河北省唐山水文水資源勘測(cè)局，河北唐山063000)

1 礦區(qū)概況［1］

半碑店鐵礦位于河北省灤縣城北2 km，隸屬灤縣灤州鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)地理坐標(biāo)為:東經(jīng) 118°40'45″～118°42'00″，北緯39°45'45″～ 39°47'00″，面積 3.20 km2。

礦山開(kāi)采范圍內(nèi)設(shè)計(jì)利用資源儲(chǔ)量(122b+333)為1 080.199 5 ×104t;預(yù)可采儲(chǔ)量為 703.416 3 ×104t。根據(jù)礦體的賦存條件，設(shè)計(jì)布置七個(gè)中段，分別為:－70 m、－100 m、－135 m、－170 m、－200 m、－219 m 和－238 m，中段高度19～35 m，其中一期－170 m以上服務(wù)年限15年，生產(chǎn)規(guī)模為 50×104t/a。

由于本礦區(qū)礦體深埋地下100 m以下，礦體厚度較薄，不適于露天開(kāi)采，因此設(shè)計(jì)確定采用地下開(kāi)采方式進(jìn)行開(kāi)采。設(shè)計(jì)采用充填法，其中房柱嗣后充填采礦法占全部礦石的70%;上向分層膠結(jié)充填采礦法占全部礦石的30%。垂直方向上采用由下向上開(kāi)采，安全性較好，在水平方向上為從遠(yuǎn)離村莊的北端向村莊方向退采。

在－170 m水平建一水倉(cāng)和一水泵硐室，－170 m水平以上的坑內(nèi)涌水匯集到－170 m水平的水倉(cāng)內(nèi)，經(jīng)地下水倉(cāng)沉淀后，由水泵和副井內(nèi)的排水管排至地表高位水池，一部分由高位水池經(jīng)輸水管線(xiàn)供半碑店鐵礦配套規(guī)劃選廠用水，一部分排入橫河供規(guī)劃區(qū)使用。

2 地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)條件

2.1.1 地層、地質(zhì)構(gòu)造

1)地層。礦區(qū)內(nèi)基巖露頭甚少，除礦區(qū)南部馬鞍山為一海拔117.80 m小山丘外，其余均為第四系覆蓋的平地，巖性主要為上部巖性亞粘土、亞沙土，砂卵礫石層等，基巖出露地層為中元古界長(zhǎng)城系大紅峪組和太古界單塔子群白廟子組。

2)斷裂。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不明顯，僅局部地段有低緩的起伏。斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要斷層有:F1壓扭斷層、F2逆斷層、沈官營(yíng)～王官營(yíng)斷層和順層滑動(dòng)斷層。

F1壓扭斷層長(zhǎng)度約800 m，為壓扭性質(zhì)。斷層走向320°，傾向南西，傾角 62°～66°;北東盤(pán)西移，水平斷距 40 m左右。鉆孔中斷層破碎帶厚2.05～4.00 m，巖石呈角礫狀、碎塊狀，高嶺土化，地下水活動(dòng)跡象明顯，地面磁異常也有明顯反映。

F2逆斷層長(zhǎng)900 m，斷層走向275°，傾向北，傾角80°～85°。該斷層在馬鞍山地表有出露，垂向斷距94 m，水平斷距40 m，在南礦體南端通過(guò)，對(duì)礦體無(wú)影響。

沈官營(yíng)～王官營(yíng)斷層為一區(qū)域性斷層，從礦區(qū)西側(cè)通過(guò)，壓扭性質(zhì)，該斷層雖沒(méi)直接通過(guò)礦體，但對(duì)礦體和圍巖的影響較大，對(duì)北礦體的影響尤甚。從鉆孔揭露情況看，礦區(qū)北部巖體和礦體均較破碎，特別是頂板圍巖大部分呈碎塊狀且風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化深度在百米以上，應(yīng)為該斷層的影響所致。

順層滑動(dòng)斷層在北－中礦體施工的鉆孔中礦心破碎，頂板圍巖層間裂隙發(fā)育，局部可見(jiàn)摩擦鏡面，多處出現(xiàn)無(wú)巖心地段;部分鉆孔的礦心呈角礫狀、砂狀;靠近礦層頂板的礦石氧化程度高，說(shuō)明沿礦體和頂板間存在順層滑動(dòng)。

2.1.2 礦體圍巖

礦體頂板圍巖以混合花崗巖為主，少量片麻狀混合巖、變粒巖和含磁鐵石英巖;此外，還有分布零星的薄層狀或透鏡狀各種片巖，根據(jù)礦物組合可分為角閃片巖、黑云角閃片巖、黑云石英片巖等。

礦體底板圍巖以變粒巖為主，少量混合花崗巖、片麻狀混合巖、黑云石英片巖等。

由圖6可知，總體上，HHCB和AHTN的去除率隨合成麝香初始濃度的增加先急劇增加后趨于平穩(wěn)。HHCB在初始質(zhì)量濃度為150 ng·L-1時(shí)，去除率達(dá)到最大值（84.40%），之后隨著HHCB濃度的增加，去除率趨于平穩(wěn)；而AHTN在初始濃度大于200 ng·L-1后，去除率趨于平穩(wěn)。

2.2 水文地質(zhì)條件

2.2.1 第四系孔隙含水組

根據(jù)礦區(qū)含水層巖性和地下水埋藏條件，由上往下分述如下:

1)孔隙潛水含水層。含水層巖性主要由亞粘土 、中細(xì)砂組成，厚度6～10.0 m，弱含孔隙潛水。因近年人工開(kāi)采，致使水位下降，水量減少。

2)第一隔水層。巖性為淤泥質(zhì)粘土，為上更新統(tǒng)湖沼沉積物。地層水平延展性較好，形成了較穩(wěn)定的隔水層。據(jù)機(jī)井調(diào)查和鉆孔揭露，厚度一般2.50～5.0 m，平均厚度 3.0 m，隔水層頂板標(biāo)高 13.41 ～25.05 m。

3)孔隙承壓水含水層。含水層巖性主要為中粗砂、卵礫石，厚度33～50.0 m。中粗砂分選性、磨圓度較好;卵礫石呈圓狀，巖性混雜，大小不等，粒徑一般0.5～3.0 cm，最大 ＞10 cm。據(jù)抽水試驗(yàn)資料，最大水位降深6.20 m，涌水量14.234 L/s，單位涌水量 2.30 L/s·m，滲透系數(shù) 7.546 m/d，水溫14℃，水質(zhì)類(lèi)型為 HCO3－Ca，礦化度 0.171 g/L，為礦坑充水的間接來(lái)源。

4)第二隔水層。據(jù)鉆孔資料，第四系沉積層底部、基巖強(qiáng)風(fēng)化帶頂部分布著厚度不勻的殘積層，受古地形控制，厚度1～8.0 m。為片麻狀混合巖、混合花崗巖全風(fēng)化的產(chǎn)物。巖石呈土狀，結(jié)構(gòu)松散，長(zhǎng)石、云母、角閃石等礦物風(fēng)化成高嶺土、絹云母、綠泥石等，遇水軟化呈泥狀，為相對(duì)隔水層。

2.2.2 基巖裂隙水

1)風(fēng)化裂隙水。據(jù)鉆孔資料，強(qiáng)風(fēng)化帶發(fā)育深度50～150 m，厚度 3.10～76.90 m;弱風(fēng)化帶發(fā)育深度 61.27～186.0 cm，厚度4.10 ～35.87 m。風(fēng)化裂隙較發(fā)育，但多被泥質(zhì)充填，多見(jiàn)高嶺土化。在 SK101孔孔深74.80～98.00 m處進(jìn)行注水試驗(yàn)，巖石滲透系數(shù)K=0.014 m/d，證實(shí)強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)含風(fēng)化裂隙水。

2)構(gòu)造裂隙水。北－中礦體的頂、底板圍巖主要是混合花崗巖、黑云變粒巖。據(jù)鉆孔揭露，在深部弱風(fēng)化帶內(nèi)，由于受構(gòu)造影響，巖石較破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育，裂隙主要發(fā)育主要兩組，傾角40°～70°;裂隙面粗糙，銹染明顯，并見(jiàn)有溶溝及溶孔。據(jù)鉆孔資料，構(gòu)造裂隙水為承壓水，水位埋深18.50 m，水位標(biāo)高32.56 m。SK101孔抽水試驗(yàn)結(jié)果為:最大水位降深33.0 m，涌水量7.734 L/s·m，單位涌水量0.235 L/s·m，滲透系數(shù)0.499 m/d，水溫16℃，水質(zhì)類(lèi)型偏硅酸HCO3－Ca·Mg型，礦化度0.187 g/L。因礦體直接賦存于該層，是礦坑充水的主要來(lái)源。

2.2.3 構(gòu)造破碎帶含水特征

在北－中礦體分布區(qū)的主要斷裂構(gòu)造為F1斷層。F1斷層為壓扭性平推逆斷層，走向320°，傾向230°，傾角62°～67°，長(zhǎng)800 m，破碎帶厚度2.05～4.00 m。帶內(nèi)巖石擠壓破碎，多呈碎塊狀或碎屑狀，直徑2～30 mm，泥質(zhì)膠結(jié)。帶內(nèi)混合花崗巖中的長(zhǎng)石多高嶺土化，遇水軟化成泥狀;黑云變粒巖被擠壓呈片狀。在鉆孔施工時(shí)遇此斷層時(shí)均發(fā)生縮徑現(xiàn)象。該斷層起到了相對(duì)隔水作用。

3 礦坑涌水量預(yù)測(cè)［2］

在“正常條件下”和“注漿條件下”對(duì)礦坑涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.1 正常條件下礦坑涌水量預(yù)測(cè)

建設(shè)項(xiàng)目采用不同中段地下開(kāi)采方式，一期工程為開(kāi)采水平－170 m以上的礦體，目前已在－170 m水平施工完成豎井、風(fēng)井和部分水平巷道施工，構(gòu)造裂隙水為無(wú)限邊界含水層，正常條件下礦坑涌水量預(yù)測(cè)采用大井法。

計(jì)算公式為:

式中:Q1為當(dāng)水抽至含水層頂板以上時(shí)的涌水量(m3/d);Q2為當(dāng)水抽至含水層頂板以下時(shí)的涌水量(m3/d);Qmax為鉆孔水位降低到含水層底面時(shí)的最大涌水量(m3/d);K為滲透系數(shù)(m/d);M為含水層厚度(m);H0為最大涌水量的含水層厚度(m);Q為單位涌水量(m3/d·m);S為當(dāng)水抽至含水層頂板以上時(shí)水位降深(m);H為當(dāng)水抽至含水層頂板以下時(shí)水位降深(m);R為大井引用影響半徑(m);r0為大井引用半徑(m)。

依據(jù)上述公式及參數(shù)，分別對(duì)－70、－100、－140、－170 m開(kāi)拓水平進(jìn)行坑道涌水量預(yù)測(cè)，見(jiàn)表1。

表1 礦坑涌水量計(jì)算成果表

3.2 注漿條件下礦坑涌水量預(yù)測(cè)

由于項(xiàng)目礦坑涌水量較大，掘進(jìn)時(shí)設(shè)計(jì)采用注漿堵水工藝，用裂隙注漿、帷幕灌漿堵水的方法開(kāi)采，以降低礦坑涌水。

地下開(kāi)采項(xiàng)目采用施工與堵漏同時(shí)進(jìn)行的方式。根據(jù)企業(yè)在施工中對(duì)堵水前后排水量的監(jiān)測(cè)，堵水工程取得了一定的成效，目前施工中各點(diǎn)涌水量分別為，石門(mén)巷道處40 m3/d，永久水倉(cāng)處30 m3/d，變電硐室處20 m3/d，主副井聯(lián)絡(luò)道處40 m3/d，上中段溢流下來(lái)30 m3/d，合計(jì)約160 m3/d。目前堵漏工程處于初級(jí)階段，通過(guò)觀測(cè)，堵漏后比堵水前涌水量減小了180 m3/h，涌水量約減少53%。該項(xiàng)目施工過(guò)程中，對(duì)堵漏前后排水量進(jìn)行了較詳細(xì)監(jiān)測(cè)，堵漏前后排水量對(duì)照見(jiàn)表2。

表2 涌水點(diǎn)注漿前后對(duì)照表

綜合半碑店鐵礦及同類(lèi)礦堵水效果，堵漏工程可使涌水量減少80%以上。為保證安全，半碑店鐵礦采用注漿堵水工藝后，按堵水效果53%計(jì)算，預(yù)測(cè)涌水量為正常涌水量的47%，各開(kāi)采水平注漿后預(yù)測(cè)涌水量見(jiàn)表3。

表3 不同開(kāi)采水平注漿后預(yù)測(cè)涌水量

4 礦坑涌水水質(zhì)評(píng)價(jià)

采用單因子法按《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848－93)對(duì)礦坑涌水進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)因子包括pH值、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽氮、氟化物、砷化物等30項(xiàng)指標(biāo)。

礦井涌水地下水水化學(xué)類(lèi)型為 HCO3·SO4—Ca·Na·Mg型水，水質(zhì)符合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848－93)Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。礦坑涌水經(jīng)過(guò)沉淀和凈化處理后，可用以生產(chǎn)、生活和灌溉用水。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

灤縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)北區(qū)起步區(qū)位于灤縣東部，規(guī)劃占地面積3.123 km2，預(yù)計(jì)2020年人口規(guī)模1.33萬(wàn)人，主要四大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè):現(xiàn)代信息物流產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)、節(jié)能環(huán)保建材業(yè)和高科技研發(fā)業(yè)。

灤縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)北區(qū)起步區(qū)取用水量為256.1萬(wàn) m3/a，其中主要用水單元為工業(yè)，工業(yè)用水量為216.6萬(wàn) m3/a。規(guī)劃區(qū)內(nèi)采用“分質(zhì)供水”的原則，對(duì)水質(zhì)要求較高的用水行業(yè)或工藝取用第四系地下水，其他取用礦坑排水、再生水。生活用水、服務(wù)業(yè)用水及工業(yè)用水中對(duì)水質(zhì)要求較高的工藝用水取用地下水，取水量為54.7萬(wàn)m3/a;其他工業(yè)用水采用分質(zhì)供水，其中取用區(qū)內(nèi)污水處理廠再生水60.2萬(wàn) m3/a，取用灤縣半碑店鐵礦礦坑排水141.2 m3/a，輸水及凈化處理?yè)p失按10%計(jì)算，需引礦坑排水量156.9萬(wàn) m3/a。半碑店鐵礦在－70 m開(kāi)采水平時(shí)，礦坑排水量最小，為237.8萬(wàn) m3/a，扣除配套選廠71.6萬(wàn) m3/a的水量，剩余排水量為166.2萬(wàn)m3/a，用于滿(mǎn)足規(guī)劃區(qū)156.9萬(wàn) m3/a的水量要求。

2020年，灤縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)北區(qū)起步區(qū)總產(chǎn)值650億元，其中現(xiàn)代信息物流業(yè)總產(chǎn)值118億元、先進(jìn)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)總產(chǎn)值185億元、節(jié)能環(huán)保建材業(yè)總產(chǎn)值184億元，高科技研發(fā)業(yè)總產(chǎn)值184億元;工業(yè)增加值30億元，其中現(xiàn)代信息物流業(yè)工業(yè)增加值3.9億元、先進(jìn)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)工業(yè)增加值9.3億元、節(jié)能環(huán)保建材業(yè)工業(yè)增加值7.5億元，高科技研發(fā)業(yè)工業(yè)增加值9.3億元，見(jiàn)表4。利用礦坑排水產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益約為18.4億元，按照自備井現(xiàn)行水價(jià)0.80元/m3［3］，可節(jié)約水資源費(fèi)用113萬(wàn)元/a。起步區(qū)利用灤縣半碑店鐵礦礦坑排水156.9萬(wàn) m3/a，不僅減少了從當(dāng)?shù)氐叵滤_(kāi)采量141.2 m3/a，保護(hù)了地下水環(huán)境，而且還可節(jié)約水資源費(fèi)用。

表4 規(guī)劃區(qū)2020年各規(guī)劃產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)一覽表

6 結(jié)語(yǔ)

灤縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)北區(qū)起步區(qū)按照區(qū)域水資源管理和配置的要求，依據(jù)當(dāng)?shù)氐乃礂l件，采用“分質(zhì)供水”的原則，充分利用礦坑涌水，將礦坑涌水資源化利用，符合唐山市實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度實(shí)施方案要求。礦坑涌水資源化利用不僅減少了當(dāng)?shù)氐叵滤拈_(kāi)采量，保護(hù)了地下水環(huán)境，節(jié)約了水資源費(fèi)用，同時(shí)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］河北省唐山水文水資源勘測(cè)局.灤縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)北區(qū)起步區(qū)水資源論證報(bào)告［R］.唐山:河北省唐山水文水資源勘測(cè)局.2014.

［2］河北省地勘局第二地質(zhì)大隊(duì).河北省灤縣半碑店鐵礦詳查地質(zhì)報(bào)告［R］.唐山:河北省地勘局第二地質(zhì)大隊(duì).2002.

［3］張俊棟.礦井涌水資源化利用分析［J］.工業(yè)安全與環(huán)保.2010，36(7):42－43.