基于礦區水文地質模型及試驗參數基礎上的坎上鐵礦礦坑涌水量預測

畢天春

（河南省地質環境勘查院河南鄭州450000）

基于礦區水文地質模型及試驗參數基礎上的坎上鐵礦礦坑涌水量預測

畢天春

（河南省地質環境勘查院河南鄭州450000）

本文根據某鐵礦的水文地質調查的基礎上，闡述了鐵礦礦坑涌水量預測的相關研究，望同行參考指正。

水文地質模型礦坑涌水量坎上鐵礦

1　研究區概況

該鐵礦為鞍山式鐵礦，鐵礦層產于太古界單塔子群白廟子組。礦體呈似層狀產出，產狀向西陡傾。礦區分為南北兩個礦段，兩礦段礦體相距825m。，經地質詳查，取得鐵礦石資源量（332+333）4311.8萬噸，屬中型礦床。礦區水文地質結構由四個含水層和兩個弱透水層構成。

2　水文地質條件的新認識

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條件，并取得了以下新認識：

（1）礦區內不存在斷層。

（2）南礦段第四系第一含水層與第二含水層之間存在穩定的粘性土層，該粘性土層在礦區及其周邊連續分布，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，與基巖裂隙水之間存在水力聯系。

（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附近地段達到中等富水。

3　礦區水文地質模型

3.1礦區水文地質結構

（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。根據民井簡易抽水試驗結果，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、較穩定，底界埋深47.28～75.91m，礦區及周邊不存在透水天窗。巖性為粉質粘土夾薄層淺黃色粉土或灰黑色淤泥質粘土，局部為泥包礫。厚度一般為2.0～20.41m。20個原狀土樣的室內試驗結果表明，該層隔水性較好，垂向滲透系數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粘土為主，分布不穩定，局部缺失，透水性差，7個原狀土樣的室內試驗結果表明，垂向滲透系數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）構造裂隙水：基巖破碎帶總厚度2.0-50.67m。構造裂隙含水層屬于弱富水-中等富水含水層，14個孔單孔穩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附近地段達到中等富水，其它地段為弱富水。在利用礦區地質、水文地質鉆孔，參考物探成果，并搜集了礦區周邊鉆孔資料基礎上，編制了礦區含水層、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系。南礦段構造裂隙水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天抽水結束時累計下降0.13-0.23m。表明構造裂隙水與上覆第四系第二含水層孔隙水存在水力聯系。

（2）第四系第一含水層與基巖裂隙水之間沒有水力聯系在南礦段進行的基巖構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）基巖構造裂隙水與風化裂隙水存在相對較密切的水力聯系孔組抽水試驗表明，無論是在風化裂隙水抽水還是在構造裂隙水抽水，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造裂隙水存在水力聯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

利用已驗證后的數值模型，針對礦區開發利用方案，預測北礦段和南礦段單獨開采與聯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果接近。目前礦區水文地質模型已基本建立，含水層的水力聯系已基本查清，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及非均一含水系統方面，數值法具有大井法無法比擬的優越條件，確定礦坑涌水量采用數值法的預測成果。

5　結論

鐵礦的水文地質條件經過多次勘查后已基本查明。礦區水文地質結構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、風化裂隙水和構造裂隙水構成的復雜的多層越流系統。其中，礦區第四系第二含水層、風化裂隙水、構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