要智勇

(河北鋼鐵集團礦業(yè)公司，河北 秦皇島 066000)

0 引言

廟溝鐵礦地處河北省青龍滿族自治縣祖山鎮(zhèn)，設(shè)計開采規(guī)模300 萬t/a，開采方式為露天開采，后期轉(zhuǎn)為地下開采方式為無底柱崩落法。現(xiàn)在正處于露天開采期末，地下礦基建關(guān)鍵時期。露天采場開采深度不斷增加以及周圍逐漸形成封閉狀態(tài)，礦山水文地質(zhì)條件也隨之發(fā)生了變化，可能對礦山建設(shè)和生產(chǎn)安全產(chǎn)生不利的影響。為此，對礦區(qū)現(xiàn)有的水文地質(zhì)條件進行分析研究，重新確定礦山水文地質(zhì)類型是非常必要的。

1 礦區(qū)自然地理條件分析

礦區(qū)地形較陡，地形坡度一般40°～60°，局部地段大于80°，利于降雨排泄。近幾年平均降雨量為698.9 mm，7～8月降雨量高達406.8 mm，大概占到全年降雨總量的58.2%。礦區(qū)東西兩側(cè)各有一條小溪，在礦區(qū)東北部匯合，流入牛心山河[1]。河內(nèi)常年有水，汛期洪水流量較大，但歷時較短，平時流量較小。

2 礦區(qū)地層富水性分析

2.1 第四系孔隙含水層

礦山第四系沉積物質(zhì)，主要沿山溝、山谷以及山麓展布，一般厚度0.5～5 m。礦山采剝巖土多數(shù)堆積在采坑周邊的溝谷中，堆積的厚度不等。第四系地層孔隙發(fā)育透水效果好，其中不可避免含有一定量的孔隙水，然而富水性不太均勻。單位涌水量為q=0.281～1.98 L/(s·m)，滲透系數(shù)為21.39～30.22 m/d，礦化度為187.1～30.22 mg/L。

2.2 基巖風(fēng)化裂隙含水層

礦區(qū)內(nèi)巖石主要為變質(zhì)巖以及巖漿巖兩大類，巖漿巖包括花崗巖和變質(zhì)閃長巖，分布于礦區(qū)南部和西部?；◢弾r巖體風(fēng)化裂隙不發(fā)育，風(fēng)化帶的深度不大于10 m。變質(zhì)巖風(fēng)化強烈，裂隙發(fā)育，風(fēng)化深度20～50 m。裂隙潛水普遍存在于不同巖類風(fēng)化帶之中，但是富水性差，水量不大，主要補給來源于大氣降雨，并且大多會以徑流方式隨地形坡向排泄。單位涌水量為q=0.011～0.031 L/(s·m)，滲透系數(shù)范圍是0.035 5～0.083 m/d，pH值為8.30～9.12，礦化度為186.3～187.1 mg/L。

2.3 脈狀構(gòu)造裂隙承壓水含水層

礦體及圍巖被礦區(qū)南部響山花崗巖侵入破壞。響山花崗巖侵入礦床造成接觸帶處局部裂隙發(fā)育，有脈狀裂隙含水層。此類含水層沿侵入的接觸帶不均勻展布，傾伏于礦體和圍巖之下，由南往北逐步加深。礦體及圍巖構(gòu)成相對隔水層，組成脈狀裂隙含水層頂板。此類含水層在侵入接觸帶露頭之外獲得大氣降雨的補給，沿著構(gòu)造的裂隙運動。因為補給區(qū)域海拔位置較高，并且有較好隔水頂板，使得礦區(qū)南部的脈狀含水層逐步形成。單位涌水量取值q=0.024 0～0.51 L/(s·m)，滲透系數(shù)取值0.025～0.085 m/d，水化學(xué)類型為SO4·HCO3-Na·Ca型，pH值取值7.4～9.54，礦化度取值為189.4～282.0 mg/L。

查詢礦區(qū)深部補勘資料可知，所有控制到花崗巖的鉆孔，所見接觸帶裂隙均不發(fā)育，巖層致密?？變?nèi)水位沒有明顯變動。表明侵入響山花崗巖體與礦床接觸帶裂隙不發(fā)育。

3 斷裂構(gòu)造的富水性

礦山區(qū)只有F1及F2兩條斷層，基建期井巷工程未揭露其他構(gòu)造[2]。

F1斷層在礦區(qū)北側(cè)勘探線5～9線之間展布，長度約為150 m，規(guī)模不大，斷層破碎帶巖石主要是擠壓片巖，裂隙發(fā)育程度低，透水性不好，可以當作是礦區(qū)內(nèi)的相對隔水層。

F2斷層在礦區(qū)南側(cè)勘探線10～2線間，長度約為430 m，局部裂隙發(fā)育，具有一定透水性，但富水不均勻。對連通深部承壓含水層起到一定的導(dǎo)水作用。主要填充物由破碎巖、擠壓片巖、糜棱巖構(gòu)成。透水性較好。

水文地質(zhì)孔1，孔深度為175.7 m，終孔標高為330 m，控制斷層標高在360 m附近。斷層破碎帶寬2.8 m，以構(gòu)造角礫巖為主。巖石致密結(jié)構(gòu)，裂隙發(fā)育差，微弱含水，透水性差。抽水試驗表明鉆孔水量很小。兩個鉆孔相距10 m，都控制到了F2斷層，但一個嚴重漏水、一個不漏水。說明斷層深部含水微弱，富水不均一，但具一定導(dǎo)水性。

4 礦區(qū)水文地質(zhì)條件現(xiàn)狀調(diào)查

4.1 礦坑充水因素調(diào)查

露天開采時期主要為雨季降雨地表徑流涌入露天采坑造成礦坑充水，圍巖含水影響微弱。在轉(zhuǎn)入地下開采后，開采方式為無底柱崩落法，礦坑充水轉(zhuǎn)變?yōu)橛昙窘涤旰蜕畈繃鷰r構(gòu)造水、裂隙水方面因素影響。

降雨對礦坑充水造成的影響：礦坑充水受到降雨的影響，雨季造成礦坑涌水量增大，旱季時涌水量相應(yīng)減少，礦坑內(nèi)涌水量值變化受季節(jié)影響顯著。

圍巖對礦坑充水的影響：礦坑充水直接來源為風(fēng)化裂隙水及構(gòu)造裂隙脈狀水，多以滲水、滴水形式進入坑道，一般位于擠壓破碎帶兩則，但含水微弱。

4.2 礦山水文勘探孔數(shù)據(jù)

礦山在施工豎井前共施工豎井勘察孔4個，其中主井勘察孔編號為ZK1。鉆孔施工完成后進行了抽水試驗，并對豎井施工過程中各層涌水量進行預(yù)測，詳見表1。

根據(jù)施工鉆孔揭露的地層和現(xiàn)場做抽水試驗的結(jié)果來看，礦山區(qū)域內(nèi)第四系含水層的厚度較薄、富水性較好、透水性好，基巖風(fēng)化帶和完整基巖屬于弱富水地層、弱透水性含水地層。

表1 主井施工涌水量預(yù)測一覽表

4.3 礦區(qū)靜止水位數(shù)據(jù)

據(jù)河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊提交的《河北省青龍滿族自治縣廟溝鐵礦深部補充勘探地質(zhì)報告》，礦區(qū)鉆孔靜止水位為506.06 m(見表2)。

表2 鉆孔靜止水位一覽表 /m

4.4 礦區(qū)涌水量調(diào)查

經(jīng)過礦山實際排水情況統(tǒng)計分析，對礦區(qū)涌水量有了基本了解。礦山在有排水明渠，地表匯水可直接排出，在420 m水平設(shè)有排水水泵，地表匯水可直接排除露天采坑。

現(xiàn)階段在東風(fēng)井240 m中段、斜井1的160 m中段、斜井2的380 m中段、副井及主井各采區(qū)均有獨立的水倉，根據(jù)礦山排水資料，礦山枯水期涌水量為2 738 m3/d，雨季最大排水量為3 557 m3/d。

5 礦床水文地質(zhì)變化趨勢預(yù)測

5.1 地表采坑涌水量預(yù)測

地表采坑枯水期無水，在雨季接受降雨的補給。礦山在西部箭桿溝及東部冰溝均修建排水溝，礦山在564 m水平及420 m水平均修建排水溝，地表采坑降水均可排出地表，降雨的補給均來自露天采坑420 m標高邊界線內(nèi)。

根據(jù)地區(qū)氣象局資料，日最大降水為0.291 m，420 m標高開采境界控制面積為62 162 m2，露天采坑平常無積水。預(yù)測雨季最大日積水量為：62 162×0.291=18 029 m3/d。

5.2 礦坑涌水量預(yù)測

礦坑涌水量選用水文地質(zhì)比擬法：上下坑道采礦面積相差不太大，該次只從坑道涌水量與降深相關(guān)方面進行預(yù)測。礦坑涌水量預(yù)測的計算公式如下：

Q=Q0×[S×F/(S0×F0)]

式中：Q—設(shè)計新礦坑涌水量，m3/d；Q0—生產(chǎn)礦坑涌水量，m3/d；S0—生產(chǎn)礦坑水位降深，m；S—預(yù)計礦坑水位降深，m；F—預(yù)計礦坑揭露面積，m2；F0—生產(chǎn)礦坑揭露面積，m2。

據(jù)礦山開發(fā)利用方案，礦山開采分為345 m、240 m、120 m、0 m四個中段，中段標高120 m，其中每個中段又以15 m標高分一個分段?，F(xiàn)礦山副井、東風(fēng)井、西風(fēng)井均已經(jīng)達到設(shè)計標高，斜坡道已到+160 m水平，礦山設(shè)計施工巷道標高為0 m，主井設(shè)計最低深度標高為-160 m。本次只預(yù)測主井-160 m水平及施工巷道0 m水平坑道涌水量。

1)施工巷道0 m水平坑道涌水量預(yù)測

據(jù)深部補勘報告，礦區(qū)靜止水位標高為506.06 m，現(xiàn)施工巷道最低標高為+160 m水平，預(yù)測130 m水平生產(chǎn)礦坑水位降深為506.06-130=376.06 m；預(yù)測0 m坑道水位降深：506.06-0=506.06 m。生產(chǎn)坑道面積為140 046 m2，預(yù)計0 m坑道面積214 374 m2。

預(yù)測0 m水平坑道正常涌水量：

Q正常=Q0×[S×F/(F0×S0)]

=1 972×[506.06×214 374/(140 046×376.06)]

=4 062 m3/d；

預(yù)測0m水平坑道最大涌水量：

Q最大=Q0×[S×F/(F0×S0)]

=2 980×[506.06×214 374/(140 046×376.06)]

=6 139 m3/d。

2)主井-160 m水平坑道涌水量預(yù)測

據(jù)巖土勘察報告，主井施工時正常水位標高為499.20 m，現(xiàn)副井已到設(shè)計深度-27 m水平，主井將施工到-160 m水平，預(yù)測副井-27 m水平水位降深為499.20+27=526.20 m；預(yù)測主井-160 m水平水位降深為499.20+160=659.20 m。

預(yù)測主井-160 m水平坑道正常涌水量：

Q正常=Q0×(S/S0)

=360×(659.20/526.20)

=451 m3/d；

預(yù)測主井-160 m水平坑道最大涌水量：

Q最大=Q0×(S/S0)

=916×(659.20/526.20)

=1 148 m3/d。

預(yù)測井下正常涌水量：

①Q(mào)正常+②Q正常=4 513 m3/d；

預(yù)測井下最大涌水量：

①Q(mào)最大+②Q最大=7 287 m3/d。

6 結(jié)語

礦山現(xiàn)為露天開采，水文地質(zhì)類型為簡單型。地下采礦工程建設(shè)正在施工中，雖然露天采坑旱季無水，但在雨季集中強降雨情況下，采坑將形成積水區(qū)；受采掘是爆破影響圍巖裂隙逐漸發(fā)育，加上礦區(qū)內(nèi)斷層影響對地下采礦涌水有一定補給。通過建設(shè)期地下用水量預(yù)測，-160 m水平坑道為地下礦最低處水位，預(yù)測主井井下正常涌水量約為188 m3/h，井下最大涌水量約為303.6 m3/h。根據(jù)礦井水文地質(zhì)類型劃分，當前礦井涌水量在180 m3/h