萊蕪市谷家臺礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析

李 峰

（山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊，山東 泰安 271000）

1 礦山概況

谷家臺礦區(qū)位于濟南市萊蕪區(qū)市區(qū)西北約8km，該地區(qū)的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，1999年7月12日，發(fā)生淹井事故，定性為“不可抗拒的地質(zhì)自然災(zāi)害”，2003年8月份恢復(fù)生產(chǎn)。因此，研究礦山的水文地質(zhì)條件，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 含水層

礦床內(nèi)的含水層主要為第四系沖、洪積砂礫石孔隙含水層和奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層。

（1）第四系沖、洪積砂礫石孔隙含水層：主要分布在河床及其兩岸階地內(nèi)，含水層厚度受地形控制，一般在10m～15m，其巖性一般為粗砂及礫石，礫石直徑多為5mm左右，最大礫徑可達200mm～300mm[1]。河間階地砂礫地質(zhì)層變細，上部1m～3m為砂質(zhì)粘土，下部為細粉砂。這一層水豐富，孔隙水豐富，是主要含水層之一。

（2）奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r裂隙巖溶承壓含水層：礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的奧陶系灰?guī)r屬馬家溝組五岳山組、各莊組、八組灰?guī)r，主要巖性為黑灰色、灰藍灰色厚層灰?guī)r與薄層白云灰?guī)r混合。豹皮狀灰?guī)r河流泥灰?guī)r閃長巖在接觸帶附近侵入灰?guī)r，形成多晶大理巖礦。礦區(qū)東部灰?guī)r走向南東～北西向，傾向北東，西部走向漸變?yōu)榻鼥|西向，傾向北，傾角25°～40°，礦區(qū)灰?guī)r礦的厚度變化較大，由十米至數(shù)百米不等，一般厚200m～400m，最厚680m?；?guī)r礦頂板埋深一般為100m～200m，最淺僅40m左右，局部地段甚至出露于地表，而礦區(qū)北部灰?guī)r礦頂板最大埋深達400m以上，底板標(biāo)高達-820m左右。石灰?guī)r礦巖溶裂隙發(fā)育，含水豐富，是最重要的含水層。但由于巖溶裂隙的分布不均勻，其含水、含水率各向異性，而石灰?guī)r礦的富水性主要取決于巖溶裂隙發(fā)育程度和充填條件、巖性、構(gòu)造特征、埋藏深度等因素。富水性的強弱一般有如下規(guī)律：灰?guī)r礦埋藏淺的地段強于埋藏深的地段；水循環(huán)交替條件好的部位強于差的部位；閃長巖礦接觸帶的部位強于遠接觸帶的部位；巖性較純的灰?guī)r礦層段強于含雜質(zhì)較多的灰?guī)r礦。

2.2 隔水層

主要隔水層為古近紀(jì)粘土質(zhì)砂巖礦、粉砂巖礦，閃長巖裂隙弱含水層可視為相對隔水層。①古近紀(jì)粘土質(zhì)砂巖礦、粉砂巖礦隔水層。它主要由半固結(jié)的紅土粉砂巖礦和砂巖礦組成，底部常有幾米至幾十米厚的礫巖礦。礫石礦主要是風(fēng)化的石灰?guī)r礦碎片。其厚度變化很大，并受基底巖礦層古風(fēng)化面的地形起伏控制，礦區(qū)北部厚200m～300m，礦區(qū)內(nèi)部一般厚100m～300m，最薄的部分只有7m～24m，部分缺失這一層，使上第四紀(jì)含水層直接與下墊層灰?guī)r含水層接觸，形成所謂的“天窗”。②燕山期閃長巖隔水層。閃長巖礦是礦體的底板礦體，巖性堅硬致密，含水率較弱，是石灰?guī)r礦良好的防水底板，礦體表面風(fēng)化帶含有少量的裂隙水。深部構(gòu)造裂隙中存在裂隙水，但裂隙水較弱。

2.3 充水因素

①奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r礦裂隙巖溶水。區(qū)域奧陶紀(jì)灰?guī)r礦與礦區(qū)奧陶紀(jì)灰?guī)r礦連成一體，水力聯(lián)系密切，有充沛的補給來源，作為礦體的頂板且厚度較大，巖溶裂隙發(fā)育，有利于地下水的賦存和徑流，為礦床開采的主要充水因素。②第四系孔隙水。第四系孔隙水較強含水層雖有充分的補給來源，本身又富水性較強，透水性較好，但與奧陶紀(jì)灰含水層之間被古近紀(jì)紅色砂巖礦相隔，一般沒有水力聯(lián)系，但在古近紀(jì)缺失部位（即所謂“天窗”）和由于過量開采地下水造成的塌陷范圍內(nèi)，兩含水層相互連通。所以該層對礦區(qū)充水不構(gòu)成直接威脅，為礦區(qū)開采的次要充水因素。礦區(qū)附近的“天窗”有趙莊、谷家臺主井、杜官莊、牛王泉四個（見表1）。③地表水。礦區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育，礦區(qū)中部有嘶馬河通過，西部有方下河通過，兩河向南流經(jīng)礦區(qū)匯入汶河。礦區(qū)內(nèi)第四系多為棕黃色松散沖積、洪積物，厚度一般7m～12m，局部達26m；古近系厚度20m～40m，巖性則以紫紅色粘土質(zhì)粉砂巖為主，含水性微弱，為良好的隔水層，有阻擋水滲漏的作用。由于礦坑上部存在兩層隔水層，地表水不能夠通過礦井內(nèi)的斷裂導(dǎo)入礦坑，不會對礦井開采構(gòu)成直接威脅，為礦區(qū)開采的次要充水因素。

表1 礦區(qū)附近“天窗”資料統(tǒng)計表

2.4 水文地質(zhì)類型

礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，礦床直接充水含水層為奧陶紀(jì)石灰?guī)r礦裂隙巖溶含水層，巖溶裂隙較發(fā)育，富水性強，并與外圍奧陶紀(jì)石灰?guī)r礦巖溶裂隙含水層連為一體，水力聯(lián)系密切，在礦區(qū)周邊出露地表或河床內(nèi)形成“天窗”，與第四系砂礫石孔隙含水層及地表水發(fā)生水力聯(lián)系。所以該礦床為水文地質(zhì)條件復(fù)雜。由于礦山采取先探水注漿封堵后再進行采礦,并對采空區(qū)采用尾砂膠結(jié)充填的治水方案等方法，致使礦坑實際排水量比預(yù)測的大大減少，截止到目前,礦山未再發(fā)生過突水事故,但這改變不了原礦床的水文地質(zhì)條件復(fù)雜類型。綜上所述，礦山水文地質(zhì)條件為以巖溶含水層充水為主的復(fù)雜型礦山。

3 防水對策及建議

谷家臺礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬復(fù)雜類型，礦坑涌水量大，地下水頭壓力高，礦山應(yīng)加強對斷裂構(gòu)造發(fā)育分布及其導(dǎo)水、富水性研究，采取有效措施防止由于含水層的溝通和既有的地下水通道造成突水事故，確保礦山安全正常運行，提出建議如下：

①堅持遵循“先探后采”的原則進行采礦活動，采用水平孔超前探水，先探后采，局部高壓帷幕注漿（截流或封堵）仍是礦山目前乃至今后一個時期防治水患的行之有效的方法。礦山應(yīng)制訂詳細的相關(guān)規(guī)劃方案，注重實施，不可懈怠，最大限度地減小地下水對坑道生產(chǎn)產(chǎn)生的不良影響及安全隱患。②建議對坑道接觸帶附近的灰?guī)r礦、大理巖礦巖溶裂隙發(fā)育部位采取有效的支護措施，強化開采，確保安全。③結(jié)合井下開采，進一步學(xué)習(xí)引進研究探索防止井下突水、堵水、排水的新工藝新方法，以確保安全生產(chǎn)，提高效率。④建議對采礦區(qū)內(nèi)所有坑道進行必要的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)編錄，詳細記錄坑道礦體強度、破碎程度、涌水點位置、涌水量及隨坑道開采延深的變化情況，以便超前對坑道水文地質(zhì)、工程地質(zhì)突發(fā)事件做出正確的分析判斷，做到有備無患。⑤建立、健全礦區(qū)地下水動態(tài)觀測網(wǎng)絡(luò)，補充完善區(qū)內(nèi)地下水觀測孔（點），及時了解礦山排水與大氣降水之間對應(yīng)關(guān)系。建檔收集當(dāng)?shù)貧庀筚Y料尤其近年氣象資料，繪制礦山排水總量，各水平巷道的排水量及各涌水點的涌水量的相關(guān)圖表，研究分析與大氣降水之間的相關(guān)性。