基于礦區(qū)水文地質(zhì)模型及試驗參數(shù)基礎上的坎上鐵礦礦坑涌水量預測

畢天春

（河南省地質(zhì)環(huán)境勘查院河南鄭州450000）

基于礦區(qū)水文地質(zhì)模型及試驗參數(shù)基礎上的坎上鐵礦礦坑涌水量預測

畢天春

（河南省地質(zhì)環(huán)境勘查院河南鄭州450000）

本文根據(jù)某鐵礦的水文地質(zhì)調(diào)查的基礎上，闡述了鐵礦礦坑涌水量預測的相關(guān)研究，望同行參考指正。

水文地質(zhì)模型礦坑涌水量坎上鐵礦

1　研究區(qū)概況

該鐵礦為鞍山式鐵礦，鐵礦層產(chǎn)于太古界單塔子群白廟子組。礦體呈似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀向西陡傾。礦區(qū)分為南北兩個礦段，兩礦段礦體相距825m。，經(jīng)地質(zhì)詳查，取得鐵礦石資源量（332+333）4311.8萬噸，屬中型礦床。礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)由四個含水層和兩個弱透水層構(gòu)成。

2　水文地質(zhì)條件的新認識

通過對鐵礦南礦段進行補充勘查，基本查明南礦段的水文地質(zhì)條件，并取得了以下新認識：

（1）礦區(qū)內(nèi)不存在斷層。

（2）南礦段第四系第一含水層與第二含水層之間存在穩(wěn)定的粘性土層，該粘性土層在礦區(qū)及其周邊連續(xù)分布，對于阻止強富水的第四系第一含水層孔隙水進入礦井至關(guān)重要。

（3）南礦段第四系第二含水層中等富水，第四系底部粘性土層分布不連續(xù)，與基巖裂隙水之間存在水力聯(lián)系。

（4）南礦段基巖滲透性與富水性在水平及垂直方向的分布極不均勻，一般為弱富水，礦帶中南部及其西側(cè)附近地段達到中等富水。

3　礦區(qū)水文地質(zhì)模型

3.1礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)

（1）第四系第一含水層：底界埋深45.0～57.1m，含水層總厚度29～49.11m，含水層主要巖性為較純凈的卵石、礫石、礫砂，其次為中砂、粗砂，卵石粒徑一般2～5cm，最大10～27 cm。根據(jù)民井簡易抽水試驗結(jié)果，q=10.16～83.33L/s.m，K=144.57～770.26m/d，屬于極強富水含水層。

（2）第一弱透水層：該層分布連續(xù)、較穩(wěn)定，底界埋深47.28～75.91m，礦區(qū)及周邊不存在透水天窗。巖性為粉質(zhì)粘土夾薄層淺黃色粉土或灰黑色淤泥質(zhì)粘土，局部為泥包礫。厚度一般為2.0～20.41m。20個原狀土樣的室內(nèi)試驗結(jié)果表明，該層隔水性較好，垂向滲透系數(shù)0.00002-0.00417 m/d。

（3）第四系第二含水層：底界埋深55.5-88.86m，厚度6.36-27.34m，見圖1。含水層主要巖性為中等風化的礫砂、礫石層，其次為中等風化的中砂、粗砂、卵石。其中卵石粒徑一般為2-7cm，最大可達7-10cm，小于第一含水層。長石顆粒風化，手捻成粉末狀。根據(jù)抽水試驗資料，q=0.011～1.07L/s.m，K=0.15～7.953m/d，屬于弱-中等富水含水層。北礦段弱富水，南礦段中等富水。

（4）第二弱透水層由第四系底部粘性土層和基巖強風化層組成，底界埋深62.20～109.26m，厚度3.1-35.21m。第四系底部粘性土層巖性以粉質(zhì)粘土為主，分布不穩(wěn)定，局部缺失，透水性差，7個原狀土樣的室內(nèi)試驗結(jié)果表明，垂向滲透系數(shù)0.0000087-0.01719 m/ d。強風化帶（含全風化）底界埋深62.20～109.26m，厚度3.10～24.90m?；鶐r強風化帶透水性差，注水試驗與抽水試驗K=0.0074～0.078m/d。

（5）風化裂隙水：基巖弱風化帶底界埋深73.98～139.91m，厚度2.05～50.02mm。屬于弱-中等富水含水層。8個孔的單孔穩(wěn)定流三次降深抽水試驗q=0.0081-0.263L/s.m，K=0.015-15.984m/d。北礦段弱富水，南礦段中等富水。

（6）構(gòu)造裂隙水：基巖破碎帶總厚度2.0-50.67m。構(gòu)造裂隙含水層屬于弱富水-中等富水含水層，14個孔單孔穩(wěn)定流三次降深抽水試驗：s=5.28～99.81m，Q=1.419-25.668m3/h，q=0.005-0.344 L/s.m，K=0.038-3.315m/d。北礦段弱富水。南礦段在180m以上弱富水；180m以下在礦帶中南部及其西側(cè)附近地段達到中等富水，其它地段為弱富水。在利用礦區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)鉆孔，參考物探成果，并搜集了礦區(qū)周邊鉆孔資料基礎上，編制了礦區(qū)含水層、弱透水層厚度及底板高程分布圖。

3.2含水層間的水力聯(lián)系

（1）第四系第二含水層與基巖裂隙水之間存在較密切的水力聯(lián)系。南礦段構(gòu)造裂隙水7天群孔抽水過程中，SK6、SK7、SK13號孔總抽水量91.416 m3/h，附近的第四系第二含水層觀測孔（SK15）在6分鐘后觀測到水位下降，24小時水位累計下降0.788m，48小時抽水累計下降0.909m，7天抽水結(jié)束時累計下降1.01m。北礦段第四系第二含水層觀測孔（SK10、SK11）亦觀測到水位降，7天抽水結(jié)束時累計下降0.13-0.23m。表明構(gòu)造裂隙水與上覆第四系第二含水層孔隙水存在水力聯(lián)系。

（2）第四系第一含水層與基巖裂隙水之間沒有水力聯(lián)系在南礦段進行的基巖構(gòu)造裂隙水群孔抽水試驗，第一含水層觀測孔均未觀測到水位下降。北礦段進行的孔組抽水試驗也證明了這一點。

（3）基巖構(gòu)造裂隙水與風化裂隙水存在相對較密切的水力聯(lián)系孔組抽水試驗表明，無論是在風化裂隙水抽水還是在構(gòu)造裂隙水抽水，另一含水層4-40分鐘后即觀測到水位下降，最大降深達0.080-0.355m。第四系第二含水層的抽水試驗中，不僅風化裂隙水有降深，構(gòu)造裂隙水也有較明顯的下降，最大降深達0.085-0.120m。

（4）南礦段與北礦段之間的基巖構(gòu)造裂隙水存在水力聯(lián)系南礦段群孔抽水試驗期間，除第四系第一含水層外，北礦段不同層位的觀測孔，均有觀測孔觀測到水位下降，表明兩個礦段之間存在水力聯(lián)系。

4　礦坑涌水量預測

4.1礦坑涌水量預測

利用已驗證后的數(shù)值模型，針對礦區(qū)開發(fā)利用方案，預測北礦段和南礦段單獨開采與聯(lián)合開采時各開采水平礦坑涌水量。

4.2礦坑涌水量評價

兩種方法的礦坑涌水量預測結(jié)果接近。目前礦區(qū)水文地質(zhì)模型已基本建立，含水層的水力聯(lián)系已基本查清，礦床開采方案已基本確定，考慮到在處理復雜的多層越流系統(tǒng)及非均一含水系統(tǒng)方面，數(shù)值法具有大井法無法比擬的優(yōu)越條件，確定礦坑涌水量采用數(shù)值法的預測成果。

5　結(jié)論

鐵礦的水文地質(zhì)條件經(jīng)過多次勘查后已基本查明。礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)系由第四系第一含水層、第一弱透水層、第四系第二含水層、第二弱透水層、風化裂隙水和構(gòu)造裂隙水構(gòu)成的復雜的多層越流系統(tǒng)。其中，礦區(qū)第四系第二含水層、風化裂隙水、構(gòu)造裂隙水在北礦段和南礦段具有明顯的差異性。

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-249-1