西石门铁矿环境水文地质分析与评价

文孝贵

(河北省西石门铁矿,河北 邯郸 056303)

西石门铁矿环境水文地质分析与评价

文孝贵

(河北省西石门铁矿,河北 邯郸 056303)

通过分析西石门铁矿环境水文地质特征,依据水环境污染综合评价指数方法对矿区地下水环境质量的现状进行了评价。简要阐述了矿区生产和老窿水的存在对地下水资源造成的影响,矿区井巷工程在地下水位以下施工后地下水环境的一些变化趋势及初步预防措施,为将来矿区深部生产过程中提供了参考资料。

环境水文地质;西石门铁矿;老窿水;质量评价

0 引言

西石门铁矿位于太行山东麓丘陵区之武安盆地西侧,周围被闪长岩体所包围,是一个老矿山,属于大型磁铁矿床,建矿已有 39年历史,现阶段该矿已进入了深部开采阶段,深部开拓工程正在逐步实施。通过遍布全矿区建矿初期的 200多个钻孔和现阶段新增加 50多个钻孔资料可以看出,矿区四周基本为闪长岩体所包围,底部火成岩封闭,石灰岩体近南北延伸并向东倾伏于矿山岩体之中,区内石灰岩体仅通过西北、东北及南部“口子”与区域石灰岩体相连,天然条件下矿区地下水主要接受马河及大气降水的垂向补给,通过三个“口子”向区外流泄,矿区为一相对独立的水文地质单元。本文通过分析研究该区已有的环境水文地质资料,结合矿区深部开拓工程开展以来新收集的环境水文地质数据,进行了矿区环境水文地质现状评价和深部开拓工程施工后的一些趋势,为将来矿区环境保护和环境治理,保障矿山生产生活供水奠定基础。

1 矿区环境水文地质特征

本区属大陆性季风气候区,夏季炎热,冬季寒冷,多年平均降水量 546.1mm,最大年降水量 1 374mm(1963),最小年降水量 243.6mm(1986),多年平均蒸发量为 1 808mm;历年降水量年际变化大,年内分配不均,7、8、9三个月占全年降水量的 70%以上。丰水年和枯水年呈周期性变化,一般7～11年出现一个周期。目前,矿山开采标高 +40 m,正常涌水量为 12 000m3/d左右。深部开拓工程的疏干工程主要是在 -120m水平展开,目的是将地下水位疏干至 -80 m水平以下,为西石门铁矿深部开采提供条件。

马河于锁会弯从西向东进入矿区,至一线附近折向东南,经西石门村东流出矿区。河床标高 +265～+285 m,平均坡度千分之六左右。河床宽度 300～700 m,平均 504 m,河床切割深度 15～20 m,沉积物为洪冲积的砂砾石层,厚度3.5～20m。河床在西北地段切过灰岩,其第四系直接覆盖于奥陶系灰岩之上,长达 2100 m。马河为一间歇性河流,平时干涸,唯洪水期有短暂径流。1973年最大流量 72.9m3/s,流经石灰岩地段漏失量达 4万 m3/d以上。1987年西石门铁矿对马河进行了铺底,并于 2005～2008年又陆续对马河进行了综合治理,取得了显著的效果。

80年代以后,随着工农业的发展和矿山开发,区域地下水开采量逐渐增大,地下水位下降,三个“口子”或者封闭或者联系微弱,矿区地下水与区域地下水联系微弱。

矿区含水层主要有奥陶系中统石灰岩含水层、第四系河床砂砾石潜水含水层及闪长岩风化裂隙潜水含水层,其中,奥陶系中统石灰岩含水层为主要含水层,基底闪长岩、第四系黄土及冰积泥砾层为相对隔水层。

2 水环境质量现状评价

通过进行环境水文地质调查,获取地下水调查分析资料。监测项目包括 pH值、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、挥发性酚类、氰化物 、砷、汞 、铬 (六价 )、总硬 度、铅、氟、镉、铁 、锰 、溶解性总固体、高锰酸盐指数、硫酸盐、氯化物等。在此基础上,进行单项组分评价和综合评价。

2.1 评价计算

首先,根据西石门铁矿地下水的基本特征和所获得的基础数据情况,依据我国 1993年制订的地下水质量标准(GB/T 14848-93),将地下水分为五类。本次研究主要数据为 8个水样分析成果,其中 S4、S7和 S8是确认受老窿水影响的地下水样。通过分析确定,对其中所监测的 pH值、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、铬(六价)、总硬度、铅、氟、溶解性总固体、高锰酸盐指数等单项组分进行了分类。分类结果见表 1。

按式(1)和式(2)计算各水样的综合评分值 F。

本次采用 8个水样的测试成果进行计算和评价。在确定各单项组分所属的质量类别后,参照地下水质单项组分评价分值,分别给予单项组分评价分值 Fi。(表 1、表 2)

2.2 结果评述

在本次评价中,通过计算获得 8个水样的综合指数,以综合指数 4.25为临界值,用来进行地下水环境质量分级(表 3、表4)。

从评价地下水环境质量可以看出,除 S1水质为良好外,其它各水样中,6个水质较差,1个水质极差。矿区地下水的总硬度、硫酸盐普遍超标,地下水为锅垢很多、软沉淀物、不起泡或半起泡、半腐蚀性 -腐蚀性水,水质的化学类型为HCO3-Ca·Mg或 HCO3·SO4-Ca· Mg型。受老窿水影响的地下水,水质分析成果中显示亚硝酸盐含量比未受老窿水影响的地下水高,而总硬度相比较有所降低,但仍属于总硬度和硫酸盐超标的地下水。

受老窿水影响的地下水不能够作为饮用水使用,但经处理后仍能作为工业用水和农业用水。未受老窿水影响的地下水,经处理后可以综合利用。

矿山开采近 30年以来,矿区已成为一个相对独立的水文地质单元,与区域性水文地质单元联系甚微,构成了一个孤立的地下水系统。矿区可使用的供水水源井共有 11口,供水水源井的水位标高均在 0m水平左右,水泵的置泵标高在-40～-155m之间,其中 6个在 -95m(含)以上。矿区供水水源井均未受到老窿水的影响。

表1 单项组分质量类别

表2 地下水质单项组分评价分值(Fi)

表3 评价指数计算结果表

表4 分级结果表

3 水环境变化趋势预测

3.1 水质的变化

随着开采深度的加大,加之疏干后引起的水位下降,以及矿区所在的区域地下水系统地下水位的整体下降,必然导致矿区接受区域地下水补给的进一步减少,矿区现有的地下水循环系统会被打破,从而形成一个更为孤立单一的地下水系统。总硬度、溶解性总固体将受这一因素的影响而增大。

矿井开发过程中,配套生产设施和相应生活设施的持续运行,导致区内污水产出将会进一步累积。一般其组成大致有以下几个部分:矿井废水、选厂及排尾产生的污水、生活污水和医院废水等。目前矿山已建立了多个污水处理池,各类污水中,选厂和排尾产生的污水循环利用率已达到 90%;生活污水和医院污水经处理后也被用作生产用水,其利用率达到 60%左右;矿井废水则绝大多数进入了地下含水层,其成为区内主要的污水累积项。矿井废水的主要污染物为岩粉、爆炸物残留、腐蚀的木支护等,含有较多无机和有机碳元素,会使水中的硝酸盐和 COD值偏高。

老窿水的影响范围扩大,进一步向深部发展,补给水源越来越多的受到老窿水的影响,深部开拓工程的进一步 实施,加快了深部地下水的循环,地下水质中亚硝酸盐含量将升高。

本区属于大陆性季风气候,多年平均降雨量 546.1mm。矿区地下水主要补给源为大气降水,在有限的补给量的基础上,矿坑排水将主要消耗区内地下水的静储量。地下水质量随矿山生产及区内的工农业用水的增多而降低等级。

3.2 水量的变化

本区地下水补给量有限,矿坑排水将主要消耗区内地下水的静储量,而矿山生产及区内的工农业用水也较大,矿山排水将使矿山供水水源地供水井水位下移,出水能力下降,出现掉泵现象。例如中南区的中央采水井群 11口采水井,采水置泵标高多在 -60～-105m之间,仅有 9号管井置泵标高在 -155 m,而南区最终疏干在 -120m水平,届时这些水井可能出现掉泵甚至无水可采现象,生产和生活用水到时将成为问题,因此应做好详细的矿山排水综合利用方案,充分利用矿坑水。

[1]窦贻俭,李春华.环境科学原理[M].南京:南京大学出版社,1998.

[2]陆雍森.环境评价[M].上海:同济大学出版社,1999.

[3]GB/T 14848-93.地下水质量标准[S].

[4]蒋辉.环境水文地质学[M].北京:中国环境科学出版社,1993.

[5]吴恩江.长清井田环境水文地质特征分析与评价[J].中国煤田地质,2001,13(4):45-46.

Analysis and Evaluation on the Environm ental H ydrogeological Characteristicsin Xishimen Iron M ine Field

W EN Xiao-gui
(Xishimen Iron Mine HebeiProvince Handan 056303)

Absrtact:On the basis of analysis of the environmental hyd rogeological charac teristics in Xishimen iron m ine field,the water environmental pollution comp rehensive index method has been adopted for the evaluation of ground water.The impacts on the underground water resource resu lting from the development of them ining area and the existed old gob area fu ll of water have been briefly described,and some measures to prevent ground water pollution afterm ining have been put forward in this paper,which can p rovide certain reference data for the deeper underground m ining.

environmenta l;hydrogeology;Xishimen iron m ine field;old gob fu ll of water;quality evaluation

P641.4+63

B

1004-1184(2011)01-0150-02

2010-09-07

文孝贵(1984-),男,湖南耒阳人,助理工程师,主要从事水文地质工作。