柞水縣大西溝鐵礦露天采場涌水量預測探討

張航泊，范軍峰，石 衛

(陜西省地質調查中心，陜西 西安 710016)

柞水縣大西溝鐵礦露天采場涌水量預測探討

張航泊，范軍峰，石 衛

(陜西省地質調查中心，陜西 西安 710016)

礦山開采過程中勢必會影響礦區及周邊地下水水位、水資源量，從礦區所處的水文地質環境背景著手，通過分別采用大井法和降水入滲系數法，對擬建露天采場涌水量進行預測分析，為礦區生態環境治理與保護提供科學依據。

鐵礦;大井法;涌水量;預測

柞水縣大西溝鐵礦是全國特大型菱鐵礦床之一，擁有鐵礦石儲量3.02億 t，占陜西省鐵礦石總儲量的 47.6%，位于柞水縣城以東的小嶺鎮境內，陜西龍鋼集團欲對其開發利用。礦山采取露天開采方式，采口上口尺寸(長×寬)1 840 m×1 100 m，下口尺寸(長 ×寬)330 m×260 m，垂直開采深度達492 m，服務年限31 a。礦山開采后將形成一個上大下小、底部向北東方向傾斜的不規則大坑，體積約1.6億 m3。礦山的開采，勢必會造成周邊地下水位的下降，排出的廢水對下游地下水和地表水造成一定的污染，其污染程度取決于礦坑污水水質和涌水量的大小，因此對礦坑內涌水量的預測顯得尤為重要。本文即從礦山的水文地質環境背景著手，對礦山開采期涌水量進行預測分析。

1 水文地質條件背景

1.1 地形地貌

大西溝鐵礦位于秦嶺南麓中部，屬中低山區，地形復雜，下切作用強烈，地勢陡峭，溝谷發育，屬構造侵蝕地貌。一般高程介于1 000～1 600 m之間，最高點1 857.5 m，位于礦區西北部，最低點位于大西溝出口與車篷溝交匯位置，高程1 000 m左右，地形總體呈現為西高東低(圖1)。

1.2 氣象水文

礦區地處暖溫帶間涼亞熱帶南北過渡氣候區，具有季風性氣候特點，四季分明，因地形閉塞和局地環境影響，多年平均降水量在750 mm左右，主要集中在7－9月。礦區河流均屬長江流域漢江水系的支流金錢河上游，北部為大西溝，東部為車篷溝，均為常年性河流，其中大西溝在礦區北東部流入車篷溝河，多年日平均徑流量為436.5 m3/d。

1.3 地層和地質構造

礦區地質構造上位于秦嶺造山帶北部，華南板塊被動大陸北緣，劉嶺前陸盆地與鳳縣 －鎮安陸緣斜坡帶之間，褶皺和斷裂不太發育，地層出露單一，主要為泥盆系中統青石埡組(D2Q)，傾向北東、傾角20°～45°的單斜巖層，巖性為淺灰色中－薄層粉砂巖、含鈣粉砂巖夾粉砂質板巖、灰巖和灰 －深灰色絹云母板巖與粉砂質板巖，菱鐵砂礦及多金屬礦即賦存于絹云母與粉砂質板巖(D2Q l)之中。

圖1 礦區地形地貌及礦體剖面簡圖

1.4 水文地質條件

礦區地層出露單一，巖性主要為淺變質的絹云母板巖與粉砂質板巖，依含水層介質及賦存條件，礦區地下水類型屬變質巖類基巖裂隙含水巖組。據礦區勘探資料，總體上巖層富水性微弱，垂向上富水性差異亦較大。地下水主要賦存于上部強風化帶裂隙和局部的構造破裂帶內，礦體以下富水性極弱，局部地段具有弱承壓性。單井涌水量 24.54 ～51.24 m3/d，水位降深 11.51 ～11.80 m，滲 透 系 數 介 于 0.000 47 ～ 0.144 6 m/d，平 均 為0.012 08 m/d，單位涌水量 0.168 ～20.045 m3/d·m，給水度為 0.001 9，地下徑流模數為 151.03 m3/d·km2，屬弱富水區。地下水主要接受大氣降水補給，多以侵蝕下降泉的形式出露，不同地層出露區流量有差別，一般是礦區南部為 0.01 ～0.2 L/S，中部為 0.1 ～0.2 L/S，最大1.0 L/S，北部為 0.039 ～0.794 L/S。

2 礦坑涌水量預測

2.1 大井法

隨著礦山開采的不同程度，礦體開挖及礦坑排水所引起的地下水漏失，會形成不規則的敞口漏斗，造成坑周含水巖組地下水位的下降，進而影響到原有的地下水均衡。開采期間不同時段礦坑內地下水涌水量可選用大井法進行預測。其計算采用裘布依公式:

式中:Q為礦坑涌水量(m3/d);K為含水層滲透系數(m/d);H為礦坑含水層厚度(m);S為礦坑涌水水位降深(m);R為礦坑涌水影響半徑(m);r0為礦坑引用半徑(m)。

經計算，不同開采年份不同深度下礦坑涌水量見下表1。

表1 大井法礦坑涌水量計算表

2.2 降水入滲系數法

礦區西部及西南部分位于分水嶺，主體位于大西溝流域內。流域內降水一部分蒸發或為植被截留，一部分形成地表徑流，其余部分經地表入滲補給地下水。

結合水均衡原理，在收集流域內多年降水資料的基礎上，本文同時采用降水入滲系數法對礦坑涌水量進行對比分析計算，見公式(2)。

式中:Q為礦區某一范圍內降水滲入補給量(m3/d);α為大氣降水入滲系數;W為礦區年降水量(mm);Ai為開采影響范圍內匯水面積(km2)。

經計算，不同年份不同開采深度下礦坑涌水量見表2。

表2 降水入滲系數法礦坑涌水量預測表

3 礦坑涌水量分析

從兩種方法預測結果來看，大西溝鐵礦露天采場運行期隨著礦坑深度的增加，礦坑涌水量亦呈上升趨勢，但大井法預測涌水量隨深度增加較大，而降水入滲系數法預測涌水量隨深度增加很小，主要歸結于隨著礦坑深度的增加，含水層滲透系數一般呈遞減趨勢，地下水流場已不符合裘布依穩定流基本條件。從資料來看，秦嶺山區地表基巖風化比較強烈，主要分布于地表下50～70 m以淺范圍內，屬強風化帶，裂隙發育，有利于地下水的賦存和徑流，屬地下水強循環帶，空間上相對富水性好;而地表下50～70 m以深，巖體完整性好，不易風化，節理裂隙不發育，不利于地下水的賦存和徑流，屬地下水弱循環帶，相對富水性差。即礦坑涌水量主要來自于地表強風化帶之內，深部涌水量極少，應用大井法預測深部涌水量誤差較大。另外從大西溝多年長觀資料來看，地表水枯水季節多年日平均徑流僅為436.5 m3/d，大西溝鐵礦的開采，地表上造成分水嶺向外部位移，集水面積增大，另一方面礦坑深度增大，涌水影響半徑亦增大，地面下造成地下水分水嶺向外圍擴展，產生地下水襲奪現象，礦坑涌水量增大。但隨著開采深度的進一步加深，深部地下水主要來源于構造裂隙或層間裂隙，涌水量極為有限，礦坑涌水量將會基本上趨于一穩定值，影響范圍也將處于一定的范圍內，不會隨礦坑的加深進一步擴大。

4 結語

1)礦坑涌水量計算是礦床水文地質勘查中一項重要而復雜的工作，計算方法有多種。本實例中，采用大井法和降水入滲系數法分別對不同開采時段礦坑內地下水涌水量進行了預測。從預測結果來看基于裘布依穩定流的大井法在礦坑深度較淺時涌水量計算效果較好，隨著礦坑深度的增加，水文地質條件已不符合裘布依理論計算的條件，涌水量計算誤差較大;而降水入滲系數法相對較能真實的反映淺部礦坑涌水量大小，而對礦坑深部地下水涌水量預測計算誤差相對較大。

2)由于礦床水文地質的復雜性，對礦坑涌水量預測，應結合礦區水文地質特征，從地下水均衡的角度綜合考慮，正確分析和概化水文地質條件，最終的涌水預測結果應符合客觀實際。

［1］陜西省冶金勘探公司714隊.陜西省柞水縣大西溝鐵礦床地質勘探總結報告書［R］.1974.12.

［2］中華人民共和國行業標準.環境影響評價技術導則地下水環境(HJ610－2011).

［3］陳明佑，等.礦坑涌水量計算方法研究［M］.武漢:武漢地質學院出版社.1985.

［4］陜西省地質礦產局.區域地質調查報告(石嘴子幅－I－49－87－A、鳳凰咀幅 －I－49－87－B)［R］.1990.

S275.9

A

1004－1184(2012)05－0042－02

2012－06－14

張航泊(1983－)男，陜西乾縣人，碩士研究生，主要從事環境地質工作。