磨山河礦區(qū)水文地質(zhì)特征

郭 強

（山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013）

磨山河礦區(qū)位于安丘市城區(qū)西南約45km處，行政區(qū)劃隸屬安丘市柘山鎮(zhèn)，位于柘山鎮(zhèn)東南5公里。極值地理坐標(biāo)為：東經(jīng)：118°56′30″～118°58′00″，北緯：36°07′00″～36°08′00″，面積2.60km2。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)

礦區(qū)屬丘陵地貌區(qū)，地勢整體為西北高，東南低，地面標(biāo)高為133m～238m，相對高差約105m。礦區(qū)的西部及東部為基巖裸露區(qū)，北部為覆蓋區(qū)。第四紀松散沉積物厚度一般在0.50m～19.39m之間。地表水系為濰河水系，其支流浯河位于勘查區(qū)南約4km，浯河的水量隨季節(jié)的交替而變化[1,2]?？辈閰^(qū)西南部為于家河水庫，流域面積100平方公里,總庫容5314萬立方米,興利庫容2920萬立方米，水面標(biāo)高133m。詳查工作共圈定2個礦體（Ⅰ、Ⅱ），其地面標(biāo)高一般為150m～160m，地表徑流條件良好。未來礦床開采方式為地下開采，設(shè)計最低開采標(biāo)高為-210m。

（1）第四紀松散巖類孔隙含水巖組。以條帶狀分布于河床、水庫及其近側(cè)，為中、粗砂夾卵礫石層。厚度一般2m～13m，自河床向兩側(cè)變薄[3]。除河床直接裸露外，皆上覆有一定厚度的粘質(zhì)砂土或砂質(zhì)粘土，地下水具微承壓性。該含水層結(jié)構(gòu)松散，孔隙度大，透水性好，富水性強[4]。水位埋深季節(jié)變化不大，年變幅為1m～2m，其主要補給源為大氣降水，其次為河水的側(cè)滲補給和農(nóng)灌回灌補給，地下水徑流循環(huán)較快，主要排泄方式為人工開采，其次為地下徑流和蒸發(fā)，單井涌水量1000m3/d～2000m3/d。水化學(xué)類型以HCO3-Ca為主，礦化度0.5g/L～0.8g/L之間，水質(zhì)較好，為當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水的主要水源。近幾年由于河道采砂，使該含水層水位下降明顯[5]。

（2）碳酸鹽巖類巖溶裂隙水。礦體上部覆蓋震旦紀變質(zhì)砂巖、變質(zhì)灰?guī)r和頁巖，層狀構(gòu)造，賦水性較好。含水層由裂隙、巖溶發(fā)育的奧陶系和寒武系變質(zhì)灰?guī)r組成，隱伏于第四紀地層之下?；?guī)r厚度不大，分布范圍較小，巖溶裂隙較發(fā)育，彼此連通，易于地下水的運動與賦存。該類型地下水補給源較充足，富水性強，單井涌水量可達500m3/d～5000m3/d。該含水層水質(zhì)較好，水化學(xué)類型以HCO3-Ca型為主，礦化度0.50g/L～0.85g/L。該含水層補給源一是裸露區(qū)降水入滲補給，二是松散巖類孔隙水和地表水的直接補給，其排泄方式是人工開采和側(cè)向徑流排泄。

（3）基巖裂隙含水層。主要分布在勘查區(qū)西部，于家河水庫以東，為中細粒二長花崗巖和中細粒含黑云二長花崗巖為主。風(fēng)化帶厚度一般為5m～15m左右，地下水賦存在節(jié)理、構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙和張裂隙發(fā)育的斷裂破碎帶，單井涌水量一般小于500m3/d。水化學(xué)類型為HCO3-Ca型。補給方式為大氣降水入滲補給，地下徑流短，富水性不均，水量貧乏，其含水性及透水性隨裂隙的發(fā)育程度而不同。

（4）相對隔水層。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)巖性特征礦區(qū)內(nèi)隔水層為礦層及頂?shù)装迤閹r類隔水層：礦層致密完整，裂隙不發(fā)育，含水微弱，可視為相對隔水層。頂板黑云片巖、白云二長片麻巖類巖心完整，含水微弱，可視為相對隔水層。底板黑云變粒巖透水性差，含水微弱，可視為相對隔水層。因此在本礦區(qū)礦層及礦體頂?shù)装蹇勺鳛楦羲畬犹幚怼?/p>

（5）地下水的補徑排條件及含水層之間的水力聯(lián)系。礦區(qū)內(nèi)各含水巖組地下水均直接或間接的接受大氣降水補給，大氣降水后，一部分呈現(xiàn)地表徑流匯入水庫，另一部分直接通過植物根系或直接沿松散巖類孔隙、基巖風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙下滲，分別形成孔隙水、風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水。而孔隙含水層和風(fēng)化裂隙含水層或風(fēng)化裂隙含水層和構(gòu)造裂隙含水體之間，在一定程度上并無絕對的隔水層，故之間的相互補給、連通是絕對的，只是程度不同而已，最終達到相對、暫時的平衡狀態(tài)。其間的徑流條件好壞，取決于巖石孔隙、表層裂隙及深部構(gòu)造裂隙的發(fā)育程度、破碎程度及填充物性質(zhì)等。本區(qū)地下徑流條件一般。存在于震旦系的頁巖和泰山巖群的片麻巖相對隔水層，厚度達幾十米。

2 礦坑充水因素

本礦床屬于埋深較大的隱伏鐵礦床，根據(jù)礦床水文地質(zhì)條件、地形地貌條件和礦體埋深、產(chǎn)狀等情況，開采方式將采用地下巷道開采。礦坑充水主要因素是礦體及圍巖的基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水（圖1），而其他方面的因素將是間接補給關(guān)系：一是礦體上部為頁巖相對隔水層、下為片麻巖相對隔水層，二是礦體圍巖透水性、富水性弱，水庫中的水不能夠直接對其進行補給。

圖1 礦區(qū)水文地質(zhì)概念模型圖

3 涌水量預(yù)測及對開采鐵礦的影響

3.1 涌水量計算方法

礦體為陡傾斜的條帶狀礦體，以ZK5-4號孔地面標(biāo)高160m為基礎(chǔ)，平均靜止水位標(biāo)高153m，采用巷道開采，依照礦體的走向和分布，礦坑涌水量預(yù)測范圍大致為近南北向展布的長方形，本次采用水平坑道法預(yù)測0m標(biāo)高水平的涌水量。最大涌水量的預(yù)測考慮到礦體埋藏深度,結(jié)合本次勘查階段的精度，而且未做群控抽水試驗，可能產(chǎn)生60%～80%的誤差，因此為提高安全程度，最大涌水量預(yù)測按正常涌水量的1.8倍計算。

圖2 礦坑涌水量計算剖面示意圖

礦體屬深埋藏型礦床，開采初期地下水具承壓性，當(dāng)水頭降至礦體后轉(zhuǎn)變?yōu)闊o壓，坑道涌水量可按無限邊界承壓—無壓水完整井兩側(cè)進水的情況進行計算（圖2），坑道涌水量計算按照Q＝BK（2S-m）m/R公式計算，最大涌水量按照Qmax=1.8Q公式計算。

式中：Q—坑道涌水量（m3/d）；

Qmax—坑道最大涌水量（m3/d）；

B—坑道水平面投影長度（m）；

K—坑道滲透系數(shù)（m/d）；

S—坑道的水位降深（m）；

m—含水層厚度（m）；

R—水平坑道的影響寬度（m）。

3.2 計算參數(shù)的確定

（1）坑道長度（B）?？拥篱L度為沿礦體走向開挖的長度，本次計算按照7線—2線的距離450m作為坑道長度計算。

（2）滲透系數(shù)（k）。根據(jù)本次施工的水文鉆孔ZK5-4進行的3次抽水試驗，按照公式K=(0.366Q×lg(R/r))/MS計算的滲透系數(shù)分別為：0.00974m/d、0.00537m/d、0.00367m/d，取其算數(shù)平均數(shù)為：0.00626m/d。

（3）水位降深（S）。根據(jù)靜止水位標(biāo)高為153m，水頭降至0m時對應(yīng)的降深值153m。

（4）含水層厚度（m）。含水層厚度是指由礦體頂板至預(yù)測水位降深水平的距離。根據(jù)礦床勘探，礦體頂板埋深約150m，預(yù)測降深至0m的含水層厚度為150m。

3.3 涌水量計算結(jié)果

根據(jù)上述方法預(yù)測的涌水量為Q=545m3/d（表1），最大涌水量Qmax=Q×1.8=981m3/d。

表1 礦坑涌水量計算表

4 結(jié)語

通過礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查，基本查明了礦區(qū)的水文地質(zhì)條件，預(yù)測了坑道涌水量。但由于影響寬度的計算公式采用經(jīng)驗公式，R值偏小，造成涌水量預(yù)測結(jié)果值可能偏大。

需要說明的是：礦坑涌水量是一動態(tài)變化的過程，其涌水量除與地形、地貌、巖性、構(gòu)造、降雨、巖石的透水性、富水性、補給徑流排泄條件有直接的關(guān)系外，還與井筒巷道布置方式、掘進方法、采礦方法、采空區(qū)面積、頂板管理等有一定的關(guān)系。一般在開采初期，涌水量小，隨著開采面積的增大，上覆地層的采礦導(dǎo)水裂隙帶范圍擴大，彎曲下沉帶將形成，水文地質(zhì)條件將發(fā)生變化，涌水量也隨著增大，尤其靠近地表附近，礦井涌水量將可能驟變（劇增）。因此建議礦山在生產(chǎn)過程中，據(jù)礦井實際涌水量資料，對預(yù)測涌水量數(shù)據(jù)加以修正完善，使其更符合開采區(qū)水文地質(zhì)條件，同時還應(yīng)準(zhǔn)備有足夠排水能力的水泵確保礦井在最大涌水量情況下正常排水，保障礦井安全生產(chǎn)。在開采深部鐵礦時，加強水文地質(zhì)工作及邊采邊探也是本礦必須做好和應(yīng)高度重視的工作。

[1]孔慶友，鄒國強，等.山東省礦產(chǎn)資源儲量報告編制指南.

[2]GB/T13908-2002固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則.

[3]GB50027-2001供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范.

[4]GB12719-1991礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范.

[5]DZ-T0047-1993水文水井鉆機技術(shù)條件.