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      磨山河礦區(qū)水文地質(zhì)特征

      2018-04-21 07:12:41
      世界有色金屬 2018年2期
      關(guān)鍵詞:隔水層坑道涌水量

      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.

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