大水礦山基建進程中水文地質(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)

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大水礦山基建進程中水文地質(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)條件勘探報告已不能滿足工程建設(shè)的精細化要求，基于已有地質(zhì)資料，通過統(tǒng)計分析礦山副井、風(fēng)井及礦體帷幕等在建工程的相關(guān)數(shù)據(jù)和過程資料，對礦區(qū)水文地質(zhì)條件進一步探索，總結(jié)水位變化、驗證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)境的認識難度增大，故礦山建設(shè)工程對勘探設(shè)計、工程實施技術(shù)、精準(zhǔn)性以及水害防治工作的要求相應(yīng)提高，對開發(fā)礦山水文地質(zhì)條件認識程度的要求也越來越高。當(dāng)前國內(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，而對于水文地質(zhì)條件的客觀認識則是首要基礎(chǔ)工作。

1　工程概況

南李莊鐵礦前期深受水害影響，在長達6年的基建過程中，頻發(fā)涌水事件，面對如此復(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)報告部分數(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，提高對礦山水文地質(zhì)條件的認識程度已迫在眉睫。

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。水害問題不僅嚴重制約了工程進度，同時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，與實際工程施工中遇到問題相結(jié)合，進一步摸清礦區(qū)水文地質(zhì)特點成為礦山建設(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)井工程等各項工程建設(shè)資料，提出現(xiàn)期水文地質(zhì)條件的新認知，與礦山建設(shè)相輔相成，同時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不同構(gòu)造單元的過渡地帶，鼓山斷折束北部的傾沒端[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斷層貫穿整個礦區(qū)；本礦床閃長玢巖分三層侵入，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形成的，礦區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖主要為閃長玢巖；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)處于一個相對獨立的水文地質(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，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)為主要相對隔水層。

礦區(qū)礦床屬頂?shù)装逯苯舆M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，由南向北運動，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入隱伏灰?guī)r深循環(huán)帶排泄。預(yù)測-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水文觀測孔2013年較完整且均勻的共16個觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，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) 年際動態(tài)。2013年水1觀測孔觀測水位為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。

3.2F6斷層定性

F6斷層為北東-南西走向，貫穿整個礦區(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施情況，風(fēng)井附近鉆孔地下水動態(tài)觀測見表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，驗證了斷層兩側(cè)地下水連通性好、富水性強，F(xiàn)6斷層為導(dǎo)水性斷層[4]。

表3　斷層兩側(cè)鉆孔地下水水位對比

3.3溶洞分布特點

依據(jù)前期勘探報告，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171個孔，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)一般無填充物，洞壁多生長方解石晶簇。帷幕工程171個注漿孔中共有38個鉆孔揭露56個溶洞，從礦區(qū)垂向+120～-250 m區(qū)間段統(tǒng)計，整體情況見表4。

表4　溶洞垂向分布統(tǒng)計

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)條件再認識

基于礦山已有地質(zhì)勘探資料成果，經(jīng)副井工程掘砌進程中的資料整理，統(tǒng)計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)生強烈蝕變，并且受壓破碎，導(dǎo)致巖石強度降低，工程地質(zhì)條件極差；

(3) 由于閃長玢巖巖舌的侵入，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)過對基建工程中副井、風(fēng)井及帷幕注漿工程的各項資料數(shù)據(jù)整理和綜合分析，在已有水文地質(zhì)勘探報告的基礎(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；

(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工程施工的推進，南李莊鐵礦對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，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]王國棟.邯邢鐵礦田地區(qū)地下水開采現(xiàn)狀與對策[J].地下水,2009(04).

[3]馮創(chuàng)業(yè),張敬濱,張增勤,等.南李莊鐵礦礦山水文地質(zhì)評價報告[R].石家莊：河北水文工程地質(zhì)勘察院,2010,12.

[4]程久龍.礦山采動裂隙巖體地球物理場特征研究及工程應(yīng)用[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,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，河南濮陽人，中級工程師，碩士，主要從事水文地質(zhì)工作，Email：zcmhelan@126.com。