左文喆，王斌海，程紫華，陳永理

(1.華北理工大學(xué)，河北 唐山 063009；2.河北省地礦局第五地質(zhì)大隊(duì)，河北 唐山 063004)

基于地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的司家營(yíng)鐵礦南區(qū)防治水措施

左文喆1，王斌海1，程紫華1，陳永理2

(1.華北理工大學(xué)，河北 唐山 063009；2.河北省地礦局第五地質(zhì)大隊(duì)，河北 唐山 063004)

摘要：司家營(yíng)鐵礦南區(qū)屬國(guó)內(nèi)少見(jiàn)的大水礦床，了解南區(qū)水文地質(zhì)條件是確定安全采掘方案和防水治水的關(guān)鍵，本文利用地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)合勘探資料的方法來(lái)分析礦區(qū)的水文地質(zhì)條件，通過(guò)分析第四系和基巖含水層水位動(dòng)態(tài)特征，分析了第四系下部隔水層隔水能力、地下水徑流、通道、含水層補(bǔ)給關(guān)系和邊界條件，提出第四系下部“天窗”和新河斷裂是礦坑導(dǎo)水的重要通道，并針對(duì)大賈莊礦段開(kāi)采提出防治建議。此外，此種分析方法對(duì)一些未進(jìn)行過(guò)水文地質(zhì)試驗(yàn)的礦區(qū)更具針對(duì)性。

關(guān)鍵詞：司家營(yíng)南區(qū)；水文地質(zhì)條件；地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；防水治水

司家營(yíng)鐵礦南區(qū)，礦保有鐵礦石資源儲(chǔ)量145639.65萬(wàn)t，平均品位TFe30.83%，為我國(guó)少有的特大型鐵礦床[1-4]，且屬國(guó)內(nèi)少見(jiàn)的大水礦床，為了更全面了解礦區(qū)的水文地質(zhì)條件[5-7]，在水文地質(zhì)勘探完成之后，開(kāi)展了地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析第四系和基巖含水層水位動(dòng)態(tài)特征，認(rèn)為礦坑充水來(lái)源主要來(lái)源于第四系下部，且四系下部“天窗”和新河斷裂是礦坑導(dǎo)水的重要通道。

1礦區(qū)及含水層概況

司家營(yíng)南區(qū)水文地質(zhì)勘探完成之后，用勘探的水文孔開(kāi)展了研究區(qū)的地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，共設(shè)監(jiān)測(cè)孔63個(gè)，見(jiàn)圖1。水位監(jiān)測(cè)頻率每月一次，測(cè)量?jī)x器采用BXS-200水位計(jì)，監(jiān)測(cè)精度為毫米。根據(jù)礦體規(guī)模、產(chǎn)狀不同，以NK25、NK09 、NK10、NK11一線為界，北為田興鐵礦，南為大賈莊鐵礦。田興礦處NK21、NK22、NK24、NK25監(jiān)測(cè)孔界定范圍內(nèi)；田興礦以南，NK22、NK23、NK25、NK26界定范圍為大賈莊礦。

南區(qū)礦體賦存于太古界灤縣群司家營(yíng)組變質(zhì)巖中，均被厚層的第四系灤河沖洪積物覆蓋，太古界司家營(yíng)組地層在不同期次的構(gòu)造應(yīng)力和風(fēng)化作用下，產(chǎn)生一系列淺部—深部裂隙和破碎帶，構(gòu)成了南區(qū)基巖裂隙帶?；鶐r裂隙帶按成因可劃分為風(fēng)化裂隙帶和構(gòu)造裂隙帶，風(fēng)化裂隙帶分布全區(qū)，厚度較穩(wěn)定，連續(xù)性較好。其中全分化裂隙帶多呈砂土狀、土狀、高嶺土嚴(yán)重，大部分已呈現(xiàn)黏土性質(zhì)，在裂隙帶中是最具隔水意義的。監(jiān)測(cè)孔CK02周圍發(fā)育的F9～F13疊加斷層與NK24-NK12之間的新河斷裂，是構(gòu)造裂隙發(fā)育的主要地帶。

根據(jù)勘探結(jié)果，自上而下，將研究區(qū)含水層分為三個(gè)含水層：第四系松散巖孔隙水含水層，基巖風(fēng)化裂隙水含水層、基巖構(gòu)造裂隙水含水層，見(jiàn)圖2。

圖2　礦區(qū)地層分布

第四系含水層由北向南逐漸變厚，以中部穩(wěn)定黏土為主隔水層，分為上下兩個(gè)含水層。上部含水層設(shè)有監(jiān)測(cè)孔13個(gè)；下部含水層設(shè)有監(jiān)測(cè)孔12個(gè)，主要監(jiān)測(cè)第四系深層水和基巖裂隙水之間的水力聯(lián)系；基巖裂隙含水層包括風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙含水層共設(shè)監(jiān)測(cè)孔38個(gè)，主要監(jiān)測(cè)開(kāi)采條件下基巖裂隙水流場(chǎng)特征及漏斗擴(kuò)展情況。

地下水長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀測(cè)孔63個(gè)，平面上控制面積96km2，垂向上控制第四系淺層水頭、第四系底部水頭、基巖裂隙水頭，構(gòu)成比較完善的三維空間觀測(cè)系統(tǒng)，全面控制了礦區(qū)排水影響范圍內(nèi)不同深度不同層位地下水動(dòng)態(tài)變化。在礦區(qū)范圍內(nèi)的補(bǔ)給、徑流和排泄區(qū)均有代表性監(jiān)測(cè)井，從北向南，均勻布設(shè)長(zhǎng)觀孔，能夠控制整個(gè)礦區(qū)的地下水流場(chǎng)特征。從監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，所有監(jiān)測(cè)孔的布置基本上控制了司家營(yíng)田興和大賈莊鐵礦地下開(kāi)采形成的基巖地下水位降落漏斗。為進(jìn)一步分析各含水層間的水力聯(lián)系和充水通道，不同含水層位均布設(shè)有監(jiān)測(cè)孔，見(jiàn)表1。NK14、NK08、NK13等監(jiān)測(cè)孔均為導(dǎo)水?dāng)嗔烟幍谋O(jiān)測(cè)孔?？傊?，在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的司家營(yíng)南區(qū)，地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)孔的布置考慮了地質(zhì)條件平面和空間特征，在導(dǎo)水?dāng)嗔押屯ǖ捞?，監(jiān)測(cè)孔也有相應(yīng)的加密處理，布置情況較合理，為精析南區(qū)的水文地質(zhì)條件和防治水建議的提出提供了良好的基礎(chǔ)。

2地下水動(dòng)態(tài)變化

2.1第四系上部水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)特征

司家營(yíng)鐵礦南區(qū)處于灤河沖洪積一級(jí)階地中上部，區(qū)內(nèi)第四系淺層水年內(nèi)波動(dòng)幅度不大，且在6～9月份之間出現(xiàn)水位高峰，10月份以后開(kāi)始回落，靠近灤河和新灤河第四系上部水位監(jiān)測(cè)孔相對(duì)比其他監(jiān)測(cè)孔水位波動(dòng)更小，總體上，第四系淺層水位北高南低。

第四系淺層水總體徑流方向由北向南，主要受降雨、灤河、農(nóng)業(yè)灌溉等多方面因素控制，其中以降雨影響為主，年內(nèi)水位變化步調(diào)與降雨量保持一致，每年6～9月份水位漲至最高點(diǎn)，10月至次年3月水位大幅回落。地下水動(dòng)態(tài)變化主要表現(xiàn)為徑流-入滲-開(kāi)采型，除此外，在河流兩岸附近，第四系淺層地下水與灤河、新灤河地表水聯(lián)系密切，互為補(bǔ)給，地下水位動(dòng)態(tài)變化與灤河、新灤河水位漲幅步調(diào)一致，主要表現(xiàn)為河流滲漏-開(kāi)采型。

2.2第四系下部水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)特征

第四系下部監(jiān)測(cè)孔其主要目的在于監(jiān)測(cè)礦山開(kāi)采排水過(guò)程中，基巖裂隙水和第四系深層水之間的補(bǔ)給關(guān)系和第四系深層水流場(chǎng)、含水層特征。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，第四系下部含水層具有明顯的分區(qū)特性，圖3為第四系下部監(jiān)測(cè)孔水文動(dòng)態(tài)，根據(jù)動(dòng)態(tài)特征，總共分為三個(gè)區(qū)域，以下敘述分別以I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)代替。

I區(qū)以4月份形成的大降深為典型特征，以QCK03、QCK04、QCK09、QCK10、QCK11為代表孔位，區(qū)域上分布于大孟莊一帶，見(jiàn)圖4。4月份大賈莊2#副井發(fā)生過(guò)突水事故，涌水量可達(dá)1400m3/h，2#副井降深456.1m，周圍基巖孔CK04、GK04降深33.58m，形成了以2#副井為中心，NNE為主方向的壓力釋放場(chǎng)，同時(shí)，基巖含水層與第四系含水層在垂向上形成很大的梯度差，第四系下部孔水位滯后于基巖孔對(duì)巖裂隙水進(jìn)行補(bǔ)給，表現(xiàn)為水頭的突然下降，4月15日在大賈莊2#副井涌水工作面進(jìn)行了高壓灌漿[8]封堵工作，第四系下部監(jiān)測(cè)孔表現(xiàn)為，水頭的突然上升，第四系下部水位突然下降、突然上升的特性說(shuō)明，I區(qū)第四系深層水與基巖裂隙水存在直接的水力聯(lián)系，表現(xiàn)為基巖裂隙水和第四系深層水之間補(bǔ)給和頂托的關(guān)系，另一方面也反映出了I區(qū)第四系下部黏土層缺失。除此外8月份大賈莊2#副井周圍基巖監(jiān)測(cè)孔出現(xiàn)又一次小規(guī)模突水事故，平均降深3～4m，同樣I區(qū)第四系下部監(jiān)測(cè)孔也表現(xiàn)出突然上升、下降的特征。根據(jù)4月份和7月份I區(qū)垂向觀測(cè)組(表1)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，又將I區(qū)分為三個(gè)亞區(qū)，分別以I-1、I-2、I-3表示。

表1　動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)垂向觀測(cè)組

I-1以QCK09、QCK11、NK22、NK12為代表孔位，典型特征為第四系深層水與基巖裂隙水降深比值為1：1～2，以下用β表示。

I-2以QCK04、CK04、GK04、CGK04為代表孔位，β為1：3～4。

I-3以QCK03、CK03、GK03、NK19為代表孔位，β為1:6～7。

其分母越小第四系下部補(bǔ)給越充沛，區(qū)域上第四系下部含水層垂向上水力聯(lián)系越通暢。水力聯(lián)系從強(qiáng)到弱依次為I-1、I-2、I-3。

II區(qū)以7月份出現(xiàn)低水位為典型特征，QCK01、QCK02、QCK06、QCK07為代表孔位，區(qū)域上分布于田興鐵礦，見(jiàn)圖5。7月份田興南回風(fēng)井突水時(shí)，II區(qū)孔的水位響應(yīng)強(qiáng)烈，周圍基巖孔平均降深8～11m，第四系下部孔降深如表2，II區(qū)和I區(qū)類似，也表現(xiàn)出水位的突然下降和突然上升，6月份開(kāi)始回落，7月份出現(xiàn)水位低點(diǎn)，8月份水位開(kāi)始恢復(fù)，以上基本特征也反映出II區(qū)第四系深層水與基巖裂隙水存在直接的水力聯(lián)系，β約為1∶10，水力聯(lián)系要弱于I區(qū)，即大賈莊鐵礦。

表2　第四系下部孔降深

圖3　第四系下部監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)

圖4　I區(qū)第四系下部動(dòng)態(tài)

III區(qū)以水位呈線性下降為典型特征，QCK08為代表孔位，區(qū)域上分布于小閻營(yíng)—姜莊一帶，見(jiàn)圖6。第四系深層水的水位變化主要受生活用水和礦山排水影響，但要保證III區(qū)水位呈線性下降，影響因素必須是穩(wěn)定的而且盡量是單因素，由此分析，III區(qū)應(yīng)具備以下基本特征：區(qū)域上幾乎沒(méi)有任何補(bǔ)給來(lái)源，側(cè)向上與周圍第四系下部含水層聯(lián)系很??；礦山開(kāi)采對(duì)此區(qū)除越流外無(wú)任何影響；穩(wěn)定越流條件下，只消耗此區(qū)的靜儲(chǔ)量，也就是說(shuō)III區(qū)只存在穩(wěn)定的越流，垂向、側(cè)向上存在穩(wěn)定的隔水黏土層。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)20年左右III區(qū)水位可以降到下部隔水層底板。

圖5　II區(qū)第四系下部動(dòng)態(tài)

圖6　III區(qū)第四系下部動(dòng)態(tài)

以上這種分區(qū)性差異是由垂向上第四系下部含水層和黏土隔水層相互迭置、犬牙交錯(cuò)造成的，局部形成形似桶狀的獨(dú)立含水層儲(chǔ)水系統(tǒng)。

第四系主隔水層之下為第四系深層水，降雨對(duì)其影響較小，主要受生活用水和礦山排水影響。地下水動(dòng)態(tài)變化主要表現(xiàn)為側(cè)向徑流—開(kāi)采型，礦坑排水對(duì)其影響大，礦坑長(zhǎng)期排水引起第四系下部水位普遍下降了3～5m，水位仍保持下降趨勢(shì)；勘探資料表明，第四系下部隔水層[9]連續(xù)性較差，局部缺失形成“天窗”，區(qū)內(nèi)主要分布4個(gè)較大的“天窗”，見(jiàn)圖1。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，I區(qū)、II區(qū)第四系深層水與基巖含水層間存在直接的水力聯(lián)系，在開(kāi)采條件，第四系水對(duì)基巖水的補(bǔ)給能力強(qiáng)，這與天窗的分布區(qū)域是一致的。

2.3基巖裂隙水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)特征

2013年12月開(kāi)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以來(lái)，隨著礦山掘進(jìn)深度、速度的加大，司家營(yíng)南區(qū)共形成3個(gè)基巖裂隙水漏斗，分別為田興漏斗、新河斷裂漏斗、大賈莊漏斗。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，田興漏斗以F9～F13五條斷層帶為漏斗中心，基巖孔NK13埋深達(dá)115m，漏斗形態(tài)近似“橢圓形”，長(zhǎng)軸呈南北向展布，漏斗區(qū)水力梯度為3.2%～11.8%，礦坑長(zhǎng)期排水使此區(qū)水位進(jìn)一步下降，漏斗范圍逐漸擴(kuò)展，4月份，除SE向向新河斷裂擴(kuò)展外，漏斗的形態(tài)基本固定，西至外圍孔NK21新立莊一帶；南至NK11-NK17姜莊一帶；西至NK01-NK07上伍旗一帶；深部開(kāi)采使漏斗區(qū)垂向上的水力梯度進(jìn)一步加大，垂向水力梯度為7.9%～12.5%，田興漏斗區(qū)基巖裂隙水動(dòng)態(tài)見(jiàn)圖7。3月中旬大賈莊2#副井突水，形成以CK04為中心，長(zhǎng)軸呈北東-南西向展布的大賈莊漏斗，漏斗呈“橢圓形”，漏斗影響范圍，北至NK11-NK17，姜莊一帶；南至外圍孔NK23，殷莊一帶；西至外圍孔NK22，小賈莊一帶；東至外圍孔NK26，薛各營(yíng)一帶。大賈莊漏斗區(qū)監(jiān)測(cè)孔動(dòng)態(tài)見(jiàn)圖8。

圖7　田興漏斗區(qū)動(dòng)態(tài)

圖8　大賈莊漏斗區(qū)動(dòng)態(tài)

圖8中監(jiān)測(cè)孔CGK03、NK12、NK17水位明顯比其它孔水位低，此處既受田興礦采掘影響又受大賈莊采掘影響，分析認(rèn)為，該區(qū)域應(yīng)為聯(lián)系田興漏斗和大賈莊漏斗的側(cè)向通道，圖9中圈中所示。5月份動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，大賈莊漏斗可通過(guò)新河斷裂帶影響田興礦和馬城，影響區(qū)域和新河斷裂方向一致，主要集中在新河斷裂的周圍監(jiān)測(cè)孔包括馬城監(jiān)測(cè)孔SK11、SK12、SK13、SK14。

從監(jiān)測(cè)開(kāi)始，新河斷裂漏斗就已具雛形，1～6月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，新河斷裂漏斗一直很穩(wěn)定，但在1～6月份田興礦深部疏干，使此區(qū)具備了新河斷裂漏斗發(fā)育的條件，表現(xiàn)為NK01～NK07(上伍旗-小劉莊一帶)垂向水力梯度逐漸變大，最大可達(dá)17%。7～10月份形成了新河斷裂漏斗，漏斗內(nèi)包括監(jiān)測(cè)孔NK01、NK02、NK04、NK05、CK01，漏斗狹長(zhǎng)，長(zhǎng)軸呈南北向展布。新河斷裂漏斗如圖9所示。

基巖動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，監(jiān)測(cè)孔NK06、NK07、NK09、NK10、NK24、CK01、CGK01水位動(dòng)態(tài)變化曲線一致性好，均在4月份形成折點(diǎn)，在7月形成水位陡降，這些孔均位于新河斷裂周圍，應(yīng)屬新河斷裂影響區(qū)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明新河斷裂影響區(qū)滲透性強(qiáng)，水力連通好，是強(qiáng)導(dǎo)水帶，大賈莊礦及田興礦的采掘均影響其水位動(dòng)態(tài)。圖10為新河斷裂影響區(qū)基巖孔地下水位變化曲線。

圖9　9月份南區(qū)基巖裂隙水水位標(biāo)高三維示意圖

圖10　新河斷裂影響區(qū)水位動(dòng)態(tài)

對(duì)于某一含水系統(tǒng)邊界而言，既可作為劃分含水系統(tǒng)的依據(jù)又可作為預(yù)測(cè)礦坑涌水量的定解條件[4]。以上動(dòng)態(tài)分析過(guò)程中已經(jīng)指出兩條漏斗邊界，其一為NK11-NK17，田興漏斗的南邊界和大賈莊漏斗的北邊界；其二為NK01-NK02-NK04-NK06-NK07，田興漏斗的東邊界和新河斷裂漏斗的西邊界。這兩條邊界上的監(jiān)測(cè)孔水位數(shù)據(jù)都表現(xiàn)為高水位，此處可作為漏斗邊界。除此外還有由司家營(yíng)南區(qū)外圍孔NK21-NK26構(gòu)成的邊界，監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)見(jiàn)圖11。明顯可以看出除NK24、NK25孔外，曲線波動(dòng)都較平穩(wěn)，其中NK23孔波動(dòng)幅度最小，平均1～2m，其它孔位波動(dòng)幅度均在5～7m，也就是說(shuō)受興、大賈莊采掘影響形成的降落漏斗已經(jīng)影響到外圍孔，但相對(duì)其它基巖孔而言，波動(dòng)幅度很小，可作為司家營(yíng)南區(qū)漏斗邊界。NK24、NK25處新河斷裂影響帶，水位變化同時(shí)受田興和大賈莊采掘影響，水位降深18～19m，根據(jù)疊加原理，隨著掘進(jìn)進(jìn)度的增加，此處的降深會(huì)一直增加，并且會(huì)表現(xiàn)出兩種含水系統(tǒng)的特征，分別為田興、大賈莊含水系統(tǒng)，因此此處不宜作為漏斗邊界。

圖11　外圍孔水位動(dòng)態(tài)

礦坑長(zhǎng)期排水致使礦區(qū)一帶基巖裂隙水水位整體下降和深部基巖構(gòu)造裂隙水壓力突然釋放，上部風(fēng)化裂隙水以空間滲流形式向排水點(diǎn)匯聚，形成了一定范圍的地下水壓力釋放空間場(chǎng)，隨即發(fā)展成為基巖裂隙水降落漏斗，降落漏斗形態(tài)受優(yōu)勢(shì)斷裂控制，其中田興漏斗受F9～F13疊加斷層控制，新河斷裂漏斗和大賈莊漏斗受新河斷裂控制，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，側(cè)向上新河斷裂是聯(lián)系三漏斗的通道；垂向上“天窗”是聯(lián)系第四系水和基巖風(fēng)化裂隙水的通道，構(gòu)造裂隙帶是聯(lián)系基巖風(fēng)化帶與施工工作面的充水通道[10-12]?；鶐r地下水主要受礦坑排水影響表現(xiàn)為側(cè)向徑流-開(kāi)采型，其動(dòng)態(tài)變化與礦坑排水量密切相關(guān)。

綜上所述，第四系上部含水層處主隔水層之上，第四系淺層水對(duì)深層水補(bǔ)給微弱，其動(dòng)態(tài)變化主要受降雨影響；第四系下部含水層越流現(xiàn)象和基巖裂隙水頂托作用普遍存在，水力聯(lián)系較為密切，尤其是“天窗”區(qū)，其動(dòng)態(tài)變化多數(shù)受控于基巖裂隙水壓力，與礦坑涌水量大小相關(guān)性很大；基巖裂隙含水層動(dòng)態(tài)受導(dǎo)水通道分布的影響，“構(gòu)造型”導(dǎo)水通道控制多數(shù)基巖孔動(dòng)態(tài)，“天窗型”導(dǎo)水通道控制基巖裂隙水動(dòng)態(tài)的同時(shí)，滯后控制I區(qū)、II區(qū)的地下水動(dòng)態(tài)。

3動(dòng)態(tài)特征的防治水措施

司家營(yíng)鐵礦南區(qū)，在帶壓開(kāi)采條件下，水文地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，采掘環(huán)境愈采愈惡化，高水壓和高地應(yīng)力的地質(zhì)環(huán)境逐漸顯現(xiàn)，各豎井和巷道突水頻率逐漸增加，并且多表現(xiàn)為頂板突水。突水控制因素多，突水機(jī)理和類型復(fù)雜多變?cè)斐煞乐嗡胧┓桨感Ч豢煽?。筆者通過(guò)了南區(qū)多孔多數(shù)據(jù)的量化分析，根據(jù)其動(dòng)態(tài)特征，大致將南區(qū)劃分出4個(gè)具典型突水特征的區(qū)域，分別為田興、大賈莊、新河斷裂影響區(qū)和NK10-CK03樞紐區(qū)，并針對(duì)不同的特點(diǎn)提出防治水措施。

田興礦動(dòng)態(tài)特征(圖7)反映，F(xiàn)9～F13復(fù)合斷裂及影響帶導(dǎo)水作用并不突出，而主要發(fā)揮斷裂的貯水作用，側(cè)向及垂向補(bǔ)給強(qiáng)度不足，各孔動(dòng)態(tài)特征主要表現(xiàn)為下降，含水層間水壓傳遞不明顯。

田興礦漏斗水位已經(jīng)降到隔水層底板以下，并與北區(qū)地下礦及露天礦開(kāi)采形成的漏斗融合形成一復(fù)合漏斗，由原來(lái)的承壓轉(zhuǎn)化為無(wú)壓，后期的田興礦坑涌水量以第四系下部越流為主，大規(guī)模突水事故的可能性減小，但后期隨著基巖裂隙水的疏干，水頭差逐漸增大，頂托作用削弱，地面沉降和塌陷的危險(xiǎn)性增大。另外，北區(qū)的開(kāi)采采用無(wú)底柱分段崩落法，這種開(kāi)采方法形成了第四系補(bǔ)給基巖裂隙水的通道，無(wú)形中成為了田興礦的側(cè)向補(bǔ)給來(lái)源，后期這種補(bǔ)給作用也會(huì)漸漸突出，因此建議在北區(qū)的地下及露天開(kāi)采應(yīng)增大地下水的疏干排水能力，為田興礦巷道的開(kāi)拓提供更好的開(kāi)采條件。

大賈莊礦動(dòng)態(tài)特征(圖8)反映，基巖裂隙水與第四系下部含水層間水壓力傳遞明顯，含水層間水力聯(lián)系較強(qiáng)，中心區(qū)裂隙發(fā)育不均勻，側(cè)向補(bǔ)給不足，但垂向上第四系深層水通過(guò)“天窗(I區(qū))”補(bǔ)給較強(qiáng)，大賈莊第四系下部和基巖含水層動(dòng)態(tài)一致(圖4、圖8)，表現(xiàn)出基巖水頂托和第四系含水層補(bǔ)給的特征，監(jiān)測(cè)表明，第四系深層水成為大賈莊礦的主要涌水來(lái)源，因此大賈莊礦的安全生產(chǎn)關(guān)鍵在“天窗”區(qū)如何防治，盡量防止第四系深層水出現(xiàn)較大的地下水漏斗，但“天窗”區(qū)面積較大，地表帷幕對(duì)深層水進(jìn)行截流和降低深層水水頭壓力均存在較大的施工及經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)；另外增加礦坑頂板的預(yù)留厚度和加固破碎帶的礦坑頂板雖然能降低第四系深層水的強(qiáng)補(bǔ)給，但這樣大大降低了產(chǎn)能。因此，對(duì)于大賈莊礦防治水的方案有待進(jìn)一步探討。

新河斷裂影響區(qū)動(dòng)態(tài)特征(圖10)反映，新河斷裂帶裂隙發(fā)育均勻，連通性好，含水層富水性強(qiáng)，側(cè)向補(bǔ)給好，具有良好的貯水作用。大賈莊2#副井突水，更反映出新河斷裂在司家營(yíng)南區(qū)具有重要的導(dǎo)水作用，垂向上是是聯(lián)系基巖風(fēng)化裂隙和基巖構(gòu)造裂隙水含水層的重要通道；側(cè)向上是聯(lián)系田興和大賈莊礦的通道，這種作用反映在大賈莊礦突水，水位變化波及全區(qū)上，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，大賈莊2#副井和田興新河斷裂影響帶兩個(gè)區(qū)域的基巖孔水位出現(xiàn)較大降幅的頻率較高，均在3～4次，反映豎井掘進(jìn)過(guò)程中，涌水量突增的頻率較高。大賈莊2#副井、田興2#副井的突水量大小受控于新河斷裂，突水頻率與豎井的掘進(jìn)進(jìn)度可能呈正相關(guān)，因此，新河斷裂影響帶和大賈莊中心區(qū)是易發(fā)生突水事故的危險(xiǎn)區(qū)域。所以此區(qū)避免盲目施工，重要工程應(yīng)盡量避開(kāi)新河斷裂帶，側(cè)向上盡量防止三個(gè)礦區(qū)的基巖裂隙水通過(guò)新河斷裂形成連通。

NK10-CK03樞紐區(qū)動(dòng)態(tài)特征(圖8)反映，田興礦與大賈莊礦中心區(qū)的水力聯(lián)系樞紐在NK10和CK03孔間，因此，在防治水工作中，重點(diǎn)應(yīng)在NK10和CK03孔間帷幕注漿，形成連續(xù)的防滲墻，阻斷新河斷裂帶與南部富水帶間的水力聯(lián)系，防止重大透水事故的發(fā)生。

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)表明，第四系水成為礦坑的主要涌水來(lái)源，增加了防治水難度，南區(qū)的開(kāi)采一定要堅(jiān)持超前探水，先治后采，防治結(jié)合的原則。

4結(jié)論

1)第四系上部整體流向由南向北，南區(qū)上部含水層水位幾乎不受開(kāi)采影響，水位變化步調(diào)與降雨量保持一致。第四系深層水與基巖裂隙水存在緊密的水力聯(lián)系，尤其在“天窗”區(qū)域，為淺部截流的重點(diǎn)區(qū)域。

2)南區(qū)共分為三個(gè)基巖裂隙水漏斗，兩個(gè)水文地質(zhì)單元，受疏干影響，田興大賈莊漏斗水位已經(jīng)降到隔水層底板以下，由原來(lái)的承壓轉(zhuǎn)化為無(wú)壓，后期的田興礦坑涌水量以第四系下部越流為主。

3)新河斷裂為聯(lián)系三個(gè)基巖裂隙水漏斗的通道，全區(qū)基巖孔水位動(dòng)態(tài)受控于新河斷裂，大賈莊鐵礦一旦開(kāi)采，在深部形成透水事故，水位變化可波及全區(qū)，因此以后的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)應(yīng)往新河斷裂影響帶和大賈莊一帶靠攏，要保證大賈莊礦段順利開(kāi)采，要盡量防止以上三個(gè)地下水漏斗形成連通，大孟莊一帶為重點(diǎn)防治區(qū)域。

4)依據(jù)動(dòng)態(tài)特征提出4點(diǎn)相關(guān)防治水建議：第一，第四系深層水成為礦坑的最終涌水來(lái)源，盡量防止形成較大的地下水漏斗；第二，淺層水以截流為主，基巖水以疏干排水為主；第三，“天窗”區(qū)防治難度較大，防治方案需要更一步優(yōu)化；第四，重要的巷道工程要避開(kāi)新河斷裂；NK10-CK03孔間為田興礦與大賈莊礦水力聯(lián)系的樞紐區(qū)，防治水中要阻斷新河斷裂帶與南部富水帶間的水力聯(lián)系。

5)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)在宏觀上反映了礦區(qū)的水文地質(zhì)條件，并且一定程度上比水位地質(zhì)試驗(yàn)反映出的現(xiàn)象和問(wèn)題更能說(shuō)明所調(diào)查礦區(qū)水文地質(zhì)概況，但這種優(yōu)勢(shì)受監(jiān)測(cè)網(wǎng)密度的約束。

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Water control measures based on groundwater dynamic monitoringin the southern area of Sijiaying iron mine

ZUOWen-zhe1，WANGBin-hai1，CHENGZi-hua1，CHENYong-li2

(1.NorthChinaUniversityofScienceandTechnology，Tiangshan063009，China；2.The5thTeamofHebeiGeologyandMineralBureau，Tiangshan063004，China)

Abstract:The southern area of Sijiaying Iron mine belongs to the domestic rare watery deposit.To understand the hydrographical geological condition of the Southern area is the key to determine the safe mining project and water control.The article use the method of combining groundwater dynamic monitoring with exploration data to analyze the hydrological geological conditions in mining area，through the analysis of dynamic characteristics of water level of quaternary and the bedrock aquifer，analyzing Separating Water ability of lower quaternary aquifuge，the groundwater runoff， channel，aquifer recharge relationship and boundary conditions.then，puting forward that the lower quaternary “skylight” and Xin River fracture is an important channel of mine water conduction.And in the light of Dajiazhuang mining，putting forward some control suggestions.In addition，the analysis methods is more targeted to some mine that is not conducted hydrogeological test.

Key words：the southern area of sijiaying；hydrographical geological condition；groundwater dynamic monitoring；water control

收稿日期：2015-06-15

基金項(xiàng)目：河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：D2011209071；E2013209328)；唐山市科技計(jì)劃項(xiàng)目資助(編號(hào)：14130245B)

作者簡(jiǎn)介：左文喆(1969- )，女，河北昌黎人，博士，副教授，主要從事水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)工作。E-mail：zuowenzhej@sina.com。 通訊作者：王斌海(1991-)，男，山西呂梁人，碩士，主要從事地下水資源管理及利用。E-mail:wangbinhaishx@sina.com。

中圖分類號(hào)：TD824.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)04-0091-07