西石門鐵礦環境水文地質分析與評價

文孝貴

(河北省西石門鐵礦,河北 邯鄲 056303)

西石門鐵礦環境水文地質分析與評價

文孝貴

(河北省西石門鐵礦,河北 邯鄲 056303)

通過分析西石門鐵礦環境水文地質特征,依據水環境污染綜合評價指數方法對礦區地下水環境質量的現狀進行了評價。簡要闡述了礦區生產和老窿水的存在對地下水資源造成的影響,礦區井巷工程在地下水位以下施工后地下水環境的一些變化趨勢及初步預防措施,為將來礦區深部生產過程中提供了參考資料。

環境水文地質;西石門鐵礦;老窿水;質量評價

0 引言

西石門鐵礦位于太行山東麓丘陵區之武安盆地西側,周圍被閃長巖體所包圍,是一個老礦山,屬于大型磁鐵礦床,建礦已有 39年歷史,現階段該礦已進入了深部開采階段,深部開拓工程正在逐步實施。通過遍布全礦區建礦初期的 200多個鉆孔和現階段新增加 50多個鉆孔資料可以看出,礦區四周基本為閃長巖體所包圍,底部火成巖封閉,石灰巖體近南北延伸并向東傾伏于礦山巖體之中,區內石灰巖體僅通過西北、東北及南部“口子”與區域石灰巖體相連,天然條件下礦區地下水主要接受馬河及大氣降水的垂向補給,通過三個“口子”向區外流泄,礦區為一相對獨立的水文地質單元。本文通過分析研究該區已有的環境水文地質資料,結合礦區深部開拓工程開展以來新收集的環境水文地質數據,進行了礦區環境水文地質現狀評價和深部開拓工程施工后的一些趨勢,為將來礦區環境保護和環境治理,保障礦山生產生活供水奠定基礎。

1 礦區環境水文地質特征

本區屬大陸性季風氣候區,夏季炎熱,冬季寒冷,多年平均降水量 546.1mm,最大年降水量 1 374mm(1963),最小年降水量 243.6mm(1986),多年平均蒸發量為 1 808mm;歷年降水量年際變化大,年內分配不均,7、8、9三個月占全年降水量的 70%以上。豐水年和枯水年呈周期性變化,一般7～11年出現一個周期。目前,礦山開采標高 +40 m,正常涌水量為 12 000m3/d左右。深部開拓工程的疏干工程主要是在 -120m水平展開,目的是將地下水位疏干至 -80 m水平以下,為西石門鐵礦深部開采提供條件。

馬河于鎖會彎從西向東進入礦區,至一線附近折向東南,經西石門村東流出礦區。河床標高 +265～+285 m,平均坡度千分之六左右。河床寬度 300～700 m,平均 504 m,河床切割深度 15～20 m,沉積物為洪沖積的砂礫石層,厚度3.5～20m。河床在西北地段切過灰巖,其第四系直接覆蓋于奧陶系灰巖之上,長達 2100 m。馬河為一間歇性河流,平時干涸,唯洪水期有短暫徑流。1973年最大流量 72.9m3/s,流經石灰巖地段漏失量達 4萬 m3/d以上。1987年西石門鐵礦對馬河進行了鋪底,并于 2005～2008年又陸續對馬河進行了綜合治理,取得了顯著的效果。

80年代以后,隨著工農業的發展和礦山開發,區域地下水開采量逐漸增大,地下水位下降,三個“口子”或者封閉或者聯系微弱,礦區地下水與區域地下水聯系微弱。

礦區含水層主要有奧陶系中統石灰巖含水層、第四系河床砂礫石潛水含水層及閃長巖風化裂隙潛水含水層,其中,奧陶系中統石灰巖含水層為主要含水層,基底閃長巖、第四系黃土及冰積泥礫層為相對隔水層。

2 水環境質量現狀評價

通過進行環境水文地質調查,獲取地下水調查分析資料。監測項目包括 pH值、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發性酚類、氰化物 、砷、汞 、鉻 (六價 )、總硬 度、鉛、氟、鎘、鐵 、錳 、溶解性總固體、高錳酸鹽指數、硫酸鹽、氯化物等。在此基礎上,進行單項組分評價和綜合評價。

2.1 評價計算

首先,根據西石門鐵礦地下水的基本特征和所獲得的基礎數據情況,依據我國 1993年制訂的地下水質量標準(GB/T 14848-93),將地下水分為五類。本次研究主要數據為 8個水樣分析成果,其中 S4、S7和 S8是確認受老窿水影響的地下水樣。通過分析確定,對其中所監測的 pH值、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉻(六價)、總硬度、鉛、氟、溶解性總固體、高錳酸鹽指數等單項組分進行了分類。分類結果見表 1。

按式(1)和式(2)計算各水樣的綜合評分值 F。

本次采用 8個水樣的測試成果進行計算和評價。在確定各單項組分所屬的質量類別后,參照地下水質單項組分評價分值,分別給予單項組分評價分值 Fi。(表 1、表 2)

2.2 結果評述

在本次評價中,通過計算獲得 8個水樣的綜合指數,以綜合指數 4.25為臨界值,用來進行地下水環境質量分級(表 3、表4)。

從評價地下水環境質量可以看出,除 S1水質為良好外,其它各水樣中,6個水質較差,1個水質極差。礦區地下水的總硬度、硫酸鹽普遍超標,地下水為鍋垢很多、軟沉淀物、不起泡或半起泡、半腐蝕性 -腐蝕性水,水質的化學類型為HCO3-Ca·Mg或 HCO3·SO4-Ca· Mg型。受老窿水影響的地下水,水質分析成果中顯示亞硝酸鹽含量比未受老窿水影響的地下水高,而總硬度相比較有所降低,但仍屬于總硬度和硫酸鹽超標的地下水。

受老窿水影響的地下水不能夠作為飲用水使用,但經處理后仍能作為工業用水和農業用水。未受老窿水影響的地下水,經處理后可以綜合利用。

礦山開采近 30年以來,礦區已成為一個相對獨立的水文地質單元,與區域性水文地質單元聯系甚微,構成了一個孤立的地下水系統。礦區可使用的供水水源井共有 11口,供水水源井的水位標高均在 0m水平左右,水泵的置泵標高在-40～-155m之間,其中 6個在 -95m(含)以上。礦區供水水源井均未受到老窿水的影響。

表1 單項組分質量類別

表2 地下水質單項組分評價分值(Fi)

表3 評價指數計算結果表

表4 分級結果表

3 水環境變化趨勢預測

3.1 水質的變化

隨著開采深度的加大,加之疏干后引起的水位下降,以及礦區所在的區域地下水系統地下水位的整體下降,必然導致礦區接受區域地下水補給的進一步減少,礦區現有的地下水循環系統會被打破,從而形成一個更為孤立單一的地下水系統。總硬度、溶解性總固體將受這一因素的影響而增大。

礦井開發過程中,配套生產設施和相應生活設施的持續運行,導致區內污水產出將會進一步累積。一般其組成大致有以下幾個部分:礦井廢水、選廠及排尾產生的污水、生活污水和醫院廢水等。目前礦山已建立了多個污水處理池,各類污水中,選廠和排尾產生的污水循環利用率已達到 90%;生活污水和醫院污水經處理后也被用作生產用水,其利用率達到 60%左右;礦井廢水則絕大多數進入了地下含水層,其成為區內主要的污水累積項。礦井廢水的主要污染物為巖粉、爆炸物殘留、腐蝕的木支護等,含有較多無機和有機碳元素,會使水中的硝酸鹽和 COD值偏高。

老窿水的影響范圍擴大,進一步向深部發展,補給水源越來越多的受到老窿水的影響,深部開拓工程的進一步 實施,加快了深部地下水的循環,地下水質中亞硝酸鹽含量將升高。

本區屬于大陸性季風氣候,多年平均降雨量 546.1mm。礦區地下水主要補給源為大氣降水,在有限的補給量的基礎上,礦坑排水將主要消耗區內地下水的靜儲量。地下水質量隨礦山生產及區內的工農業用水的增多而降低等級。

3.2 水量的變化

本區地下水補給量有限,礦坑排水將主要消耗區內地下水的靜儲量,而礦山生產及區內的工農業用水也較大,礦山排水將使礦山供水水源地供水井水位下移,出水能力下降,出現掉泵現象。例如中南區的中央采水井群 11口采水井,采水置泵標高多在 -60～-105m之間,僅有 9號管井置泵標高在 -155 m,而南區最終疏干在 -120m水平,屆時這些水井可能出現掉泵甚至無水可采現象,生產和生活用水到時將成為問題,因此應做好詳細的礦山排水綜合利用方案,充分利用礦坑水。

[1]竇貽儉,李春華.環境科學原理[M].南京:南京大學出版社,1998.

[2]陸雍森.環境評價[M].上海:同濟大學出版社,1999.

[3]GB/T 14848-93.地下水質量標準[S].

[4]蔣輝.環境水文地質學[M].北京:中國環境科學出版社,1993.

[5]吳恩江.長清井田環境水文地質特征分析與評價[J].中國煤田地質,2001,13(4):45-46.

Analysis and Evaluation on the Environm ental H ydrogeological Characteristicsin Xishimen Iron M ine Field

W EN Xiao-gui
(Xishimen Iron Mine HebeiProvince Handan 056303)

Absrtact:On the basis of analysis of the environmental hyd rogeological charac teristics in Xishimen iron m ine field,the water environmental pollution comp rehensive index method has been adopted for the evaluation of ground water.The impacts on the underground water resource resu lting from the development of them ining area and the existed old gob area fu ll of water have been briefly described,and some measures to prevent ground water pollution afterm ining have been put forward in this paper,which can p rovide certain reference data for the deeper underground m ining.

environmenta l;hydrogeology;Xishimen iron m ine field;old gob fu ll of water;quality evaluation

P641.4+63

B

1004-1184(2011)01-0150-02

2010-09-07

文孝貴(1984-),男,湖南耒陽人,助理工程師,主要從事水文地質工作。