磨山河礦區水文地質特征

郭 強

（山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013）

磨山河礦區位于安丘市城區西南約45km處，行政區劃隸屬安丘市柘山鎮，位于柘山鎮東南5公里。極值地理坐標為：東經：118°56′30″～118°58′00″，北緯：36°07′00″～36°08′00″，面積2.60km2。

1 礦區水文地質

礦區屬丘陵地貌區，地勢整體為西北高，東南低，地面標高為133m～238m，相對高差約105m。礦區的西部及東部為基巖裸露區，北部為覆蓋區。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南約4km，浯河的水量隨季節的交替而變化[1,2]。勘查區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，水面標高133m。詳查工作共圈定2個礦體（Ⅰ、Ⅱ），其地面標高一般為150m～160m，地表徑流條件良好。未來礦床開采方式為地下開采，設計最低開采標高為-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，為中、粗砂夾卵礫石層。厚度一般2m～13m，自河床向兩側變薄[3]。除河床直接裸露外，皆上覆有一定厚度的粘質砂土或砂質粘土，地下水具微承壓性。該含水層結構松散，孔隙度大，透水性好，富水性強[4]。水位埋深季節變化不大，年變幅為1m～2m，其主要補給源為大氣降水，其次為河水的側滲補給和農灌回灌補給，地下水徑流循環較快，主要排泄方式為人工開采，其次為地下徑流和蒸發，單井涌水量1000m3/d～2000m3/d。水化學類型以HCO3-Ca為主，礦化度0.5g/L～0.8g/L之間，水質較好，為當地工農業生產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砂巖、變質灰巖和頁巖，層狀構造，賦水性較好。含水層由裂隙、巖溶發育的奧陶系和寒武系變質灰巖組成，隱伏于第四紀地層之下。灰巖厚度不大，分布范圍較小，巖溶裂隙較發育，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。該含水層水質較好，水化學類型以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向徑流排泄。

（3）基巖裂隙含水層。主要分布在勘查區西部，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。風化帶厚度一般為5m～15m左右，地下水賦存在節理、構造裂隙、風化裂隙和張裂隙發育的斷裂破碎帶，單井涌水量一般小于500m3/d。水化學類型為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育程度而不同。

（4）相對隔水層。根據礦區內巖性特征礦區內隔水層為礦層及頂底板片麻巖類隔水層：礦層致密完整，裂隙不發育，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。因此在本礦區礦層及礦體頂底板可作為隔水層處理。

（5）地下水的補徑排條件及含水層之間的水力聯系。礦區內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、基巖風化裂隙、構造裂隙下滲，分別形成孔隙水、風化裂隙水和構造裂隙水。而孔隙含水層和風化裂隙含水層或風化裂隙含水層和構造裂隙含水體之間，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。其間的徑流條件好壞，取決于巖石孔隙、表層裂隙及深部構造裂隙的發育程度、破碎程度及填充物性質等。本區地下徑流條件一般。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，根據礦床水文地質條件、地形地貌條件和礦體埋深、產狀等情況，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造裂隙水（圖1），而其他方面的因素將是間接補給關系：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 礦區水文地質概念模型圖

3 涌水量預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號孔地面標高160m為基礎，平均靜止水位標高153m，采用巷道開采，依照礦體的走向和分布，礦坑涌水量預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測0m標高水平的涌水量。最大涌水量的預測考慮到礦體埋藏深度,結合本次勘查階段的精度，而且未做群控抽水試驗，可能產生60%～80%的誤差，因此為提高安全程度，最大涌水量預測按正常涌水量的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，當水頭降至礦體后轉變為無壓，坑道涌水量可按無限邊界承壓—無壓水完整井兩側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（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 計算參數的確定

（1）坑道長度（B）。坑道長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（k）。根據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計算的滲透系數分別為：0.00974m/d、0.00537m/d、0.00367m/d，取其算數平均數為：0.00626m/d。

（3）水位降深（S）。根據靜止水位標高為153m，水頭降至0m時對應的降深值153m。

（4）含水層厚度（m）。含水層厚度是指由礦體頂板至預測水位降深水平的距離。根據礦床勘探，礦體頂板埋深約150m，預測降深至0m的含水層厚度為150m。

3.3 涌水量計算結果

根據上述方法預測的涌水量為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 結語

通過礦區水文地質調查，基本查明了礦區的水文地質條件，預測了坑道涌水量。但由于影響寬度的計算公式采用經驗公式，R值偏小，造成涌水量預測結果值可能偏大。

需要說明的是：礦坑涌水量是一動態變化的過程，其涌水量除與地形、地貌、巖性、構造、降雨、巖石的透水性、富水性、補給徑流排泄條件有直接的關系外，還與井筒巷道布置方式、掘進方法、采礦方法、采空區面積、頂板管理等有一定的關系。一般在開采初期，涌水量小，隨著開采面積的增大，上覆地層的采礦導水裂隙帶范圍擴大，彎曲下沉帶將形成，水文地質條件將發生變化，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過程中，據礦井實際涌水量資料，對預測涌水量數據加以修正完善，使其更符合開采區水文地質條件，同時還應準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。在開采深部鐵礦時，加強水文地質工作及邊采邊探也是本礦必須做好和應高度重視的工作。

[1]孔慶友，鄒國強，等.山東省礦產資源儲量報告編制指南.

[2]GB/T13908-2002固體礦產地質勘查規范總則.

[3]GB50027-2001供水水文地質勘察規范.

[4]GB12719-1991礦區水文地質工程地質勘探規范.

[5]DZ-T0047-1993水文水井鉆機技術條件.