北洺河鐵礦水文地質(zhì)特征及充水因素分析

黃天瑞

(五礦邯邢礦業(yè)有限公司北洺河鐵礦，河北武安056300)

北洺河鐵礦位于河北省武安市上團(tuán)城村北。南距武安市10 km，東距邯鄲市45 km，礦區(qū)面積20.95萬m2。本區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季炎熱，冬季寒冷。多年平均氣溫13.1℃，多年平均降水量514.2 mm(1956－2009年);多年平均蒸發(fā)量為1 808 mm。礦區(qū)內(nèi)的主要河流為北洺河，全長約65 km。

礦山西鄰太行山，東接華北平原，境內(nèi)地形起伏，西高東低。西區(qū)為山岳區(qū)，東區(qū)是山前傾斜平原，中部為丘陵區(qū)。寒武、奧陶系碳酸鹽巖分布于低山丘陵區(qū)和山前傾斜平原一帶的下部，上部廣泛分布著成因不同、厚度不等的第四紀(jì)沉積物。山區(qū)沖溝發(fā)育，相對切割深度約300～500 m，最大標(biāo)高1 898.7 m，一般1 300 m。山前平原區(qū)地勢平坦，微向東傾斜，地面標(biāo)高40～100 m。

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

北洺河鐵礦地下水屬于邢臺百泉泉域巖溶水系統(tǒng)。礦區(qū)處在北洺河—郭二莊—王窯—中關(guān)—邢臺巖溶水強(qiáng)逕流帶上游，屬于近補(bǔ)給區(qū)的徑流區(qū)段。

泉域地下水運(yùn)動在宏觀上受太行山東麓單斜構(gòu)造和地形及含水體巖性的控制，總趨勢呈自西向東、自南向北徑流，匯集于百泉一帶的排泄區(qū)。在天然條件下，泉群平均流量6.309 m3/s。

開采條件下，由于工農(nóng)業(yè)用水及礦山大量排水，再加上河流上游建庫蓄水，地下水補(bǔ)給量減少，地下水處于嚴(yán)重超采狀態(tài)，區(qū)域地下水位持續(xù)下降。較之上世紀(jì)70年代，泉域補(bǔ)給區(qū)及徑流區(qū)灰?guī)r地下水位整體下降了200多m，在泉域內(nèi)由南至北已形成北洺河鐵礦、云駕嶺鐵礦、王窯鐵礦、東郝莊一帶及邢臺市區(qū)等數(shù)個大小不一的地下水降落漏斗。近些年，奧陶系灰?guī)r地下水降幅愈加增大，年均降幅在10 m左右。由于泉域內(nèi)補(bǔ)給量遠(yuǎn)小于排泄量，盡管豐水季節(jié)區(qū)內(nèi)灰?guī)r地下水位略有抬升，但長期的疏排灰?guī)r地下水，使得泉域內(nèi)消耗的庫容已難以及時補(bǔ)給。長時間看，地下水位呈持續(xù)下降狀態(tài)。

綜上所述，北洺河鐵礦奧陶系灰?guī)r地下水變化一方面受控于礦山排水，同時也受區(qū)域奧陶系灰?guī)r地下水的動態(tài)變化影響。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

受區(qū)域水文地質(zhì)條件的控制，礦區(qū)的東部邊緣北北東向的斷裂構(gòu)造較多，灰?guī)r裂隙巖溶較發(fā)育，透水性較強(qiáng)，靠近區(qū)域強(qiáng)徑流帶，與區(qū)域水體聯(lián)系密切;礦區(qū)的西部由于構(gòu)造斷裂較少，灰?guī)r裂隙巖溶不發(fā)育，透水性較弱。但由于近年區(qū)域地下水位急劇下降，東區(qū)灰?guī)r地下水位較上世紀(jì)70年代已下降了200多m，隨著灰?guī)r埋藏深度加大，其富水性也逐漸變?nèi)酢?/p>

2.1 礦山西區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1.1 灰?guī)r透水性

2#勘探線以西先后三期勘探，其中35個鉆孔做了71次注水試驗(yàn)，24個鉆孔做了41次抽水試驗(yàn)，鉆孔單位涌(耗)水量多小于 0.1 L/s·m，其中有相當(dāng)部分小于 0.05 L/s·m，最大 0.67 L/s·m;滲透系數(shù)多小于 0.05 m/d，最大 0.146 m/d。

2.1.2 含水性

在構(gòu)造斷裂、破碎帶附近透水性較強(qiáng)，如深部－230 m、－245 m水平個別涌水點(diǎn)涌水量在100 m3/h以上，礦坑涌水量也長期穩(wěn)定在20 000 m3/d左右。而西區(qū)弱區(qū)接近東區(qū)強(qiáng)區(qū)的邊緣地帶，由于火成巖體多層穿插侵入，含水層厚度較小，透水性減弱，導(dǎo)水能力更差，造成西區(qū)長期疏干排水情況下東西區(qū)水位差達(dá)100多m，可視為極弱帶。

2.1.3 地下水動態(tài)

礦山長期疏干排水，地下水位已大幅下降，形成了以礦床地段為中心的深且陡的地下水降落漏斗，進(jìn)一步驗(yàn)證了北洺河鐵礦奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r透水性弱的特點(diǎn)。目前，礦山西區(qū)可用的基巖觀測孔共4個，分別是 GX1、GX9、GX10、GX11，其中 GX9 為井下基巖觀測孔，與GX11一起用于監(jiān)測礦床南部奧陶系灰?guī)r地下水位，GX1、GX10位于礦床北側(cè)，用于監(jiān)測礦床北部奧陶系灰?guī)r地下水位，四個監(jiān)測孔在2013年10月12號的水位標(biāo)高分別為－166.47 m、－182.57 m、－97.57 m、－120.17 m。

2.2 礦山東區(qū)水文地質(zhì)特征

2.2.1 透水性

該區(qū)奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r質(zhì)純、性脆，巖溶化強(qiáng)，接近東側(cè)區(qū)域性大斷裂帶巖溶極為發(fā)育，平行于斷裂帶的巖溶、裂隙更為發(fā)育;火成巖基底向下傾斜，含水層厚度也較大。此外，該區(qū)上覆煤系地層，灰?guī)r的裂隙巖溶充填較少，故該區(qū)透水性、富水性較強(qiáng)。

2線以東鉆孔單位涌水量一般大于1 L/s·m，平均滲透系數(shù)2.67 m/d(據(jù)CKA39多孔抽水試驗(yàn))。礦床東面外圍石灰?guī)r含水層透水性、富水性更強(qiáng)，它與北面玉石洼礦床13線以東～郭家?guī)X一帶強(qiáng)區(qū)和南面崇義東、團(tuán)城鐵礦東南等地段強(qiáng)區(qū)有著密切水力聯(lián)系，該區(qū)地下水動態(tài)不僅受控于礦山排水，也受控于區(qū)域地下水。

2.2.2 地下水動態(tài)分析

目前，東區(qū)可用地下水位觀測孔共4個，分別為GX6、GX7、GX8、GX12，其中GX7、GX8、GX12三個孔的水位仍在20m左右，動態(tài)變化仍然主要受控于區(qū)域地下水，而觀測孔GX6的水位已經(jīng)降至－80 m左右，但距其東部僅200多m的GX7孔水形成了高達(dá)100 m的水頭差，這說明，礦山疏干的持續(xù)排水已經(jīng)對東區(qū)地下水位帶來影響，并且隨著灰?guī)r埋藏深度加大，其巖溶含水層富水性及透水性有逐漸變?nèi)醯内厔荨?/p>

3 礦床充水因素分析

北洺河鐵礦開拓系統(tǒng)已形成了－20 m、－35 m、－50 m……－170 m、－230 m、－245 m水平巷道，長期疏干排水(灰?guī)r地下水)，已形成了一定深度(潛水面依然較高)的地下水降落漏斗，這樣地下水流場分布狀態(tài)下，礦坑疏干排水的水源有側(cè)向區(qū)域地下水水源補(bǔ)給和垂向水源補(bǔ)給。

3.1 區(qū)域地下水側(cè)向補(bǔ)給

前已述及，礦區(qū)周邊灰?guī)r含水層透水性弱，礦床西、南、北部地下水位大部已降低至主要含水層O22底板附近或底板以下，礦床地段O22主要含水層與外界－200 m以下的O21弱含水層聯(lián)系不密切。因此，礦床地下水接受西、南、北部區(qū)域地下水補(bǔ)給水量有限。礦床西區(qū)東段礦體頂?shù)装宕蟛糠譃殚W長巖，灰?guī)r變質(zhì)蝕變強(qiáng)烈，透水性弱，開采疏排水條件下，與礦床東區(qū)(2線以東)強(qiáng)帶已形成較大的水力坡度，同時礦床東區(qū)灰?guī)r地下水位一直略高于其北部云駕嶺觀8水位(天然條件下北洺河?xùn)|區(qū)高于云觀8水位約1～2 m)。說明了東區(qū)強(qiáng)帶地下水受礦床疏干排水影響較小。據(jù)此分析，礦床接受東區(qū)強(qiáng)帶地下水補(bǔ)給水量有限。

3.2 地下水垂向補(bǔ)給

礦區(qū)垂向補(bǔ)給水源包括河水、第四系孔隙水、地表塌陷區(qū)降雨入滲和老窿水、積水坑等。

3.2.1 河水補(bǔ)給

天然條件下，礦區(qū)灰?guī)r地下水主要接受河水入滲補(bǔ)給。開采條件下，2000年汛期北洺河發(fā)洪水(改道前)，根據(jù)坑下－50 m、－122 m水平巷道涌水點(diǎn)(放水孔)流量觀測表明，礦區(qū)周圍灰?guī)r地下水位尚未明顯上升情況下，－50 m水平涌水量是其之前涌水量的4.5倍，－122 m水平涌水量是其之前的1.4倍，同時水中攜帶大量的泥沙。前期基建施工中－50 m中段的一條裂隙初期涌水量為106m3/h，三個月后該裂隙不再涌水，而2000年7月河道發(fā)洪水，該裂隙涌水量又恢復(fù)至初期大小，說明河水滲漏對灰?guī)r地下水補(bǔ)給有重要作用。北洺河河床改道防滲后，坑下汛期與非汛期礦坑的排水量變化不明顯，這與近幾年降雨量偏少有關(guān)，與河床改道防滲也有很大關(guān)系，但礦床外圍灰?guī)r上覆蓋有厚大的粘土礫石、砂礫卵石層，具有一定滲透性。在汛期仍需要加強(qiáng)對坑下流量觀測，以查明河流改道后河水對礦床充水的影響。

3.2.2 第四系孔隙水補(bǔ)給

灰?guī)r上覆厚大的砂礫石層和粘土礫石層，有的地段為砂質(zhì)粘土礫石層。第四系孔隙水對灰?guī)r地下水補(bǔ)給，主要通過長期淋濾形成通道與灰?guī)r破碎帶、裂隙帶溝通進(jìn)行補(bǔ)給。坑下相當(dāng)部分涌水水質(zhì)長期呈黃褐色且?guī)в心嗌?，直到?30m、－245m水平，在巷道頂、側(cè)壁可見充填黃泥，這是由于第四系孔隙水?dāng)y帶粘土礫石中的黃泥所致。近些年礦體上覆北洺河河床第四系無潛水，但是豐水年雨季大氣降水入滲補(bǔ)給第四系，第四系孔隙水亦能直接或間接補(bǔ)給奧陶系灰?guī)r巖溶地下水。

3.2.3 地表塌陷區(qū)降雨入滲

開采頂板崩落引發(fā)的地面塌陷、裂縫，會造成降雨和地表徑流滲入或灌入。北洺河鐵礦－245 m水平開采最終錯動邊界范圍面積1.5 km2，目前－95 m中段采空區(qū)引發(fā)地面塌陷區(qū)面積0.02 km2。礦山已在開采錯動邊界處修建排洪渠，將上游地表徑流引出區(qū)外，一般降雨年份，開采錯動邊界線內(nèi)的降雨水量及其形成地表徑流量也是有限的。盡管如此，這部分水源是沿著地面塌洞、裂縫直接灌入，對礦床充水必須引起足夠重視，不可掉以輕心。特別是在豐水年，水的作用還會引發(fā)坑下泥石流，如2006年10月在－80m水平5～8進(jìn)路爆破造成圍巖破壞直至影響到地表，發(fā)生泥石流，造成6～4進(jìn)路聯(lián)巷有大量夾有砂礫石的黃泥流入，造成人員傷亡。因此，汛期需對巷道出水情況進(jìn)行密切觀測，以了解塌陷區(qū)滲水對礦坑充水的影響程度。

3.2.4 老窿水、積水坑

12#采場西側(cè)存有大量老窿，老窿標(biāo)高在－91～－96 m，最大采空區(qū)高約5 m，前期礦山生產(chǎn)基建過程中已對老窿進(jìn)行了探測，并鉆孔進(jìn)行了疏放水，由于當(dāng)前老窿仍處于地下水位以下，不排除再次積水和尚有部分老窿未得到探明的可能性。在未來礦山生產(chǎn)，特別是－110 m中段12#采場開采過程中，繼續(xù)加大對老窿的探測，以防止因礦山開采崩落波及積水老窿，造成礦坑突水。

礦區(qū)西風(fēng)井附近有一個民選場積水池，池底有第四系砂礫卵石層，未加防滲處理，積水池水也可經(jīng)過砂礫卵石層間接進(jìn)入塌陷區(qū)，造成坑道充水。

4 結(jié)語

(1)北洺河鐵礦區(qū)地下水屬于邢臺百泉巖溶水系統(tǒng)，處在北洺河—百泉巖溶水強(qiáng)徑流帶上游，礦床頂板及其圍巖為厚度較大的奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r，頂?shù)装逯苯舆M(jìn)水，為水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶裂隙充水礦床。

(2)北洺河鐵礦奧陶系灰?guī)r地下水變化一方面受控于礦山排水，同時也受區(qū)域奧陶系灰?guī)r地下水的動態(tài)變化影響。

(3)受區(qū)域水文地質(zhì)條件的控制，礦區(qū)的東部透水性較強(qiáng)，靠近區(qū)域強(qiáng)徑流帶，與區(qū)域水體聯(lián)系密切;礦區(qū)的西部由于構(gòu)造斷裂較少，灰?guī)r裂隙巖溶不發(fā)育，透水性較弱。

(4)礦坑疏干排水的水源有側(cè)向區(qū)域地下水水源補(bǔ)給和垂向水源補(bǔ)給。

［1］葉和良，郝美鈞，張永交等.河北省武安市北洺河鐵礦坑道降水疏干試驗(yàn)總結(jié)報告［R］.石家莊:華北有色地質(zhì)勘查局517大隊(duì)，2002.7:62－64.

［2］張永交，林木金，李維才等.河北省武安市北洺河鐵礦水文地質(zhì)勘探總結(jié)報告［R］.石家莊:華北有色地質(zhì)勘查局517大隊(duì)，1990.5.

［3］王建國.邯邢地區(qū)大水鐵礦田開采對地下水環(huán)境的影響及防治［J］.水資源保護(hù)2009(5):98.

［4］南晉武，郝美鈞.北洺河鐵礦前期疏干放水狀況［J］.金屬礦山2002(5):25－26.

［5］王建國.對北洺河鐵礦水文地質(zhì)條件的再認(rèn)識［J］地下水2011(2):31－33.