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        大水礦山基建進(jìn)程中水文地質(zhì)條件再分析

        2016-09-26 05:39:01鄭翠敏馬艷思王瑞霞
        采礦技術(shù) 2016年5期
        關(guān)鍵詞:副井溶洞水文地質(zhì)

        鄭翠敏,馬艷思,王瑞霞,李 川

        (河北金元礦業(yè)有限公司, 河北 邯鄲市 05600)

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        大水礦山基建進(jìn)程中水文地質(zhì)條件再分析

        鄭翠敏,馬艷思,王瑞霞,李川

        (河北金元礦業(yè)有限公司,河北 邯鄲市05600)

        南李莊鐵礦基建工程水害影響突出,原水文地質(zhì)條件勘探報(bào)告已不能滿足工程建設(shè)的精細(xì)化要求,基于已有地質(zhì)資料,通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析礦山副井、風(fēng)井及礦體帷幕等在建工程的相關(guān)數(shù)據(jù)和過(guò)程資料,對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)一步探索,總結(jié)水位變化、驗(yàn)證F6斷層性質(zhì)為導(dǎo)水性、摸清礦區(qū)溶洞分布規(guī)律及礦井-129~-150 m段尤為復(fù)雜的水文地質(zhì)條件,為后期平巷開拓、風(fēng)井及主井等工程施工提供參考。

        水害;水位;導(dǎo)水性斷層;溶洞;水文地質(zhì)條件

        隨著資源的開采,礦山從淺部或露天開發(fā)逐步向深部探索,地層深部資源賦存環(huán)境的認(rèn)識(shí)難度增大,故礦山建設(shè)工程對(duì)勘探設(shè)計(jì)、工程實(shí)施技術(shù)、精準(zhǔn)性以及水害防治工作的要求相應(yīng)提高,對(duì)開發(fā)礦山水文地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)程度的要求也越來(lái)越高。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外礦山工作除煤炭礦山的瓦斯災(zāi)害為礦山建設(shè)第一災(zāi)害外,水害已成為礦山建設(shè)的第二大災(zāi)害[1],涌水防治工作不得不引起礦山工作者的高度重視,而對(duì)于水文地質(zhì)條件的客觀認(rèn)識(shí)則是首要基礎(chǔ)工作。

        1 工程概況

        南李莊鐵礦前期深受水害影響,在長(zhǎng)達(dá)6年的基建過(guò)程中,頻發(fā)涌水事件,面對(duì)如此復(fù)雜和罕見的礦山建設(shè)及水害困難,隨著周邊環(huán)境的不斷變化,原水文地質(zhì)報(bào)告部分?jǐn)?shù)據(jù)或內(nèi)容已不能滿足指導(dǎo)礦山建設(shè)的客觀要求,綜合已有資料和工程揭露信息,提高對(duì)礦山水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)程度已迫在眉睫。

        南李莊鐵礦屬富含奧灰?guī)r溶水的大水礦山,位于邯鄲市西部丘陵地區(qū),礦山設(shè)計(jì)建設(shè)主井、副井和風(fēng)井3條豎井,以及礦體帷幕防治水工程,當(dāng)前處于基建期,副井已掘砌至設(shè)計(jì)井底標(biāo)高-208 m,目前正在開拓-175 m水平平巷,主井已掘砌至靜水位以下標(biāo)高,風(fēng)井工程開拓至-60 m水平暫停施工,礦體帷幕注漿工程已全部完成野外鉆注施工。水害問(wèn)題不僅嚴(yán)重制約了工程進(jìn)度,同時(shí)大大增加了礦山建設(shè)的投入成本,為了更客觀高效地做好防治水工作,隨著礦山基建工作的推進(jìn),與實(shí)際工程施工中遇到問(wèn)題相結(jié)合,進(jìn)一步摸清礦區(qū)水文地質(zhì)特點(diǎn)成為礦山建設(shè)工作的重要內(nèi)容。

        本文綜合礦山前期水文地質(zhì)資料及帷幕注漿工程、副井工程、風(fēng)井工程等各項(xiàng)工程建設(shè)資料,提出現(xiàn)期水文地質(zhì)條件的新認(rèn)知,與礦山建設(shè)相輔相成,同時(shí)為類似大水礦山的建設(shè)提供參考。

        2 前期水文地質(zhì)勘察

        2.1地質(zhì)條件

        南李莊鐵礦床位于“祁、呂、賀蘭”山字型構(gòu)造東翼邊緣弧的東側(cè),太行山隆起帶與華北沉降帶兩個(gè)不同構(gòu)造單元的過(guò)渡地帶,鼓山斷折束北部的傾沒(méi)端[2]。

        礦區(qū)內(nèi)出露的主要地層為奧陶系中統(tǒng),石炭系中、上統(tǒng),二迭系下、上統(tǒng)及第四系。胡峪鐵礦含礦層位為中奧統(tǒng)上馬家溝組第二段O22-2,第一段O22-1,下馬家溝組第二段O21-2。上馬家溝組第二段(O12-1)。

        礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造極為發(fā)育,主要表現(xiàn)為褶皺和斷裂,有一北東-南西走向斷層F6斷層貫穿整個(gè)礦區(qū);本礦床閃長(zhǎng)玢巖分三層侵入,由此產(chǎn)生了三層接觸帶構(gòu)造;礦區(qū)內(nèi)破碎帶不發(fā)育,這是區(qū)域擠壓應(yīng)力巖體上隆引起的層間擠壓滑動(dòng)形成的,礦區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖主要為閃長(zhǎng)玢巖;礦床圍巖蝕變主要為大理巖化和綠泥石化,硅化少見。

        2.2水文地質(zhì)條件

        礦區(qū)處于一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元[3],中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r含水層是礦區(qū)的主要含水層,特征為裂隙巖溶發(fā)育,富水性強(qiáng),在灰?guī)r出露區(qū)為潛水,非灰?guī)r裸露區(qū)傾伏于石炭系煤系地層以下,巖層一般呈向東傾斜的單斜狀,為承壓水,巖溶發(fā)育和富水性具明顯的垂向分帶性,巖漿巖隔水層(體)為主要相對(duì)隔水層。

        礦區(qū)礦床屬頂?shù)装逯苯舆M(jìn)水的復(fù)雜巖溶大水礦床,主要充水因素為奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙水,地下水位標(biāo)高在93.8~114 m間。礦區(qū)石灰?guī)r含水層主要接受降水補(bǔ)給,富水性具有不均一性。巖溶水的徑流條件具明顯的構(gòu)造控水規(guī)律性,境內(nèi)巖溶水宏觀上西部受鼓山斷折束構(gòu)造控制,東南部受胡峪斷裂構(gòu)造控制,由南向北運(yùn)動(dòng),其水力坡度為0.1%~3.0‰,礦區(qū)北部水力坡度大,南部較緩,天然條件下區(qū)內(nèi)巖溶水以集中涌泉的形式或進(jìn)入隱伏灰?guī)r深循環(huán)帶排泄。預(yù)測(cè)-150 m標(biāo)高礦坑涌水量:枯水期為59180 m3/d,豐水期為74470 m3/d,平均為66825 m3/d。依據(jù)前期勘探資料,礦區(qū)水文地質(zhì)條件關(guān)鍵數(shù)據(jù)見表1。

        表1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件信息

        3 基建工程資料分析

        3.1水位變化

        (1) 靜水位標(biāo)高。選取礦區(qū)增觀1水文觀測(cè)孔2013年較完整且均勻的共16個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),年平均水位99.13 m,孔水1平均水位99.25 m,礦區(qū)水位標(biāo)高97.69~100.8 m,平均水位99.19 m。

        (2) 年內(nèi)動(dòng)態(tài)。地下水位于2013年水文年內(nèi)1~5月份水位較高,6~12月水位下降,年內(nèi)最大變幅為3.09 m。變幅與當(dāng)年降雨有關(guān),降雨量偏豐年份水位變幅較小,降雨量偏枯年份水位變幅較大,年內(nèi)變化情況見圖1。

        圖1 2013年南李莊鐵礦水位變化

        (3) 年際動(dòng)態(tài)。2013年水1觀測(cè)孔觀測(cè)水位為99.25 m,2009年水位標(biāo)高為101.89 m,1994年水位標(biāo)高為117.07 m,2013年水位相比2009年同比下降2.64 m。1994年與2009年地下水位對(duì)比,水位同比下降13.7~15.18 m,多年平均下降速率0.91~1.01 m/a,總體上地下水位呈下降趨勢(shì)。

        3.2F6斷層定性

        F6斷層為北東-南西走向,貫穿整個(gè)礦區(qū),風(fēng)井處于該斷層位置,結(jié)合南李莊鐵礦風(fēng)井與帷幕注漿工程實(shí)施情況,風(fēng)井附近鉆孔地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)見表3。

        由表3可知,F(xiàn)6斷層兩側(cè)的鉆孔地下水位差別較小,驗(yàn)證了斷層兩側(cè)地下水連通性好、富水性強(qiáng),F(xiàn)6斷層為導(dǎo)水性斷層[4]。

        表3 斷層兩側(cè)鉆孔地下水水位對(duì)比

        3.3溶洞分布特點(diǎn)

        依據(jù)前期勘探報(bào)告,巖溶溶孔、溶洞發(fā)育,局部見1.2 m高的溶洞;礦山帷幕圈鉆孔共設(shè)計(jì)171個(gè)孔,依據(jù)帷幕注漿工程資料,礦區(qū)揭露溶洞較多,K13見9.09 m高的溶洞,溶洞內(nèi)一般無(wú)填充物,洞壁多生長(zhǎng)方解石晶簇。帷幕工程171個(gè)注漿孔中共有38個(gè)鉆孔揭露56個(gè)溶洞,從礦區(qū)垂向+120~-250 m區(qū)間段統(tǒng)計(jì),整體情況見表4。

        表4 溶洞垂向分布統(tǒng)計(jì)

        由表4可知,礦區(qū)垂向0~-150 m標(biāo)高段溶洞較發(fā)育,占礦區(qū)揭露溶洞總數(shù)的55.36%。

        3.4礦井水文地質(zhì)條件再認(rèn)識(shí)

        基于礦山已有地質(zhì)勘探資料成果,經(jīng)副井工程掘砌進(jìn)程中的資料整理,統(tǒng)計(jì)礦井主要涌水基本信息見表5。

        表5 南李莊鐵礦副井工程重大出水層位信息

        由表5可知,副井-129~-150 m工程段雖經(jīng)嚴(yán)密注漿封堵治理仍反復(fù)出現(xiàn)井筒涌水。

        綜合施工揭露的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)信息,歸納礦井-129~-150 m段地質(zhì)條件特點(diǎn)為:

        (1) -129~-150 m工程段井筒位于富含水層,豎向裂隙極其發(fā)育

        (2) 由于閃長(zhǎng)玢巖巖舌在-140~-146 m標(biāo)高的侵入,其上下接觸帶巖石發(fā)生強(qiáng)烈蝕變,并且受壓破碎,導(dǎo)致巖石強(qiáng)度降低,工程地質(zhì)條件極差;

        (3) 由于閃長(zhǎng)玢巖巖舌的侵入,使得周邊巖層發(fā)生受壓、發(fā)生扭曲現(xiàn)象明顯,破碎巖層及呈泥狀產(chǎn)出巖層與巖溶裂隙、溶孔發(fā)育巖層無(wú)規(guī)則穿插;

        (4) 微裂隙發(fā)育巖層及接觸帶巖層多次出現(xiàn),巖性破碎,裂隙泥巖填充;

        (5) -145~-147 m段屬蝕變灰?guī)r層并泥化,存在洞狀導(dǎo)水通道。

        綜上,副井井筒-129~-150m標(biāo)高段水文地質(zhì)條件尤為復(fù)雜[5]。

        4 總 結(jié)

        經(jīng)過(guò)對(duì)基建工程中副井、風(fēng)井及帷幕注漿工程的各項(xiàng)資料數(shù)據(jù)整理和綜合分析,在已有水文地質(zhì)勘探報(bào)告的基礎(chǔ)上,確定南李莊鐵礦部分水文地質(zhì)參數(shù)或指標(biāo)如下:

        (1) 礦區(qū)靜水位標(biāo)高為97.69~100.8 m,平均標(biāo)高為99.19 m,年際地下水位總體上呈下降趨勢(shì);

        (2) 礦區(qū)F6斷層為導(dǎo)水性斷層;

        (3) 礦區(qū)最大溶洞高度為9.09 m,礦區(qū)溶洞在垂向0~-150 m段最密集,占礦區(qū)揭露溶洞綜述的55.36%;

        (4) 礦區(qū)副井-129~-150 m水平段巖層裂隙高角度發(fā)育、蝕變灰?guī)r層多次出現(xiàn)、微裂隙發(fā)育、大溶洞發(fā)育、巖層及接觸帶巖層反復(fù)無(wú)規(guī)則出現(xiàn),水文地質(zhì)條件尤為復(fù)雜。

        隨著礦山建設(shè)周邊環(huán)境的不斷變化和各項(xiàng)工程施工的推進(jìn),南李莊鐵礦對(duì)以后施工中揭露的地質(zhì)信息仍要不斷的分析總結(jié)與完善。

        [1]姜文富,賀可強(qiáng),李興,等.白像山鐵礦東西大巷突水因素及防治措施剖析[J].金屬礦山,2009(6):1 ̄5.

        [2]王國(guó)棟.邯邢鐵礦田地區(qū)地下水開采現(xiàn)狀與對(duì)策[J].地下水,2009(04).

        [3]馮創(chuàng)業(yè),張敬濱,張?jiān)銮?等.南李莊鐵礦礦山水文地質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告[R].石家莊:河北水文工程地質(zhì)勘察院,2010,12.

        [4]程久龍.礦山采動(dòng)裂隙巖體地球物理場(chǎng)特征研究及工程應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008(06):877 ̄879.

        [5]GB12719-91.礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].

        2016 ̄01 ̄21)

        鄭翠敏(1983-),女,河南濮陽(yáng)人,中級(jí)工程師,碩士,主要從事水文地質(zhì)工作,Email:zcmhelan@126.com。

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